C语言_自定义类型之结构体

即使C语言本身已经有很多种类型，但在实际应用中还是不够的，我们还需要有一些自定义的类型，例如结构体，联合，枚举

结构体

• 结构体的类型创建：

//例如描述一个学生
struct Student //Student叫做结构体标签
{
    char name[20];//这里的name age sex class 叫做结构体成员
    int age;
    char sex[5];
    char class[20];
}; //分号不能忘记

struct Student a1；//这里的a1叫做结构体变量

创建结构体时，结构体标签可以省略，这叫做匿名结构体，但此时结构体变量必须在第二个大括号后面创建。例如：

struct 
{
    char name[20];
    int age;
    char sex[5];
    char class[20];
}stu;  //这里的stu叫做结构体变量

• 结构体成员的访问：

struct Student S;
strcpy(S.name, "zhangsan");//通过S.name来访问结构体的成员name
S.age = 18;
strcpy(S.sex, "男");
strcpy(S.class, "高三一班");

结构体访问指向变量量的成员 有时候我们得到的不不是⼀一个结构体变量量，⽽而是指向⼀一个结构体的指针。那该如何访问成员。 如下：

struct S
{
    char name[20];
    int age;
}s;
void print(struct S* ps)
{
    printf("name = %s age = %d\n", (*ps).name, (*ps).age);//对指针解引用，然后用.访问
    printf("name = %s age = %d\n", ps->name, ps->age);//用箭头->访问
}

结构体中还可以包含结构体，但不是这样：

struct Node
{
    int data;
    struct Node next;
};

正确姿势：

struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;
};

• 结构体的内存对齐规则

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）整数倍的地址处。
   对齐数 = 编译器器默认 的一个对齐数 与 该成员大小的较小值
   VS中默认的值为8 Linux中的默认值为4。
3. 结构体总大小为最大对齐数的整数倍。
4. 如果是嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数的整数倍。

例如：

struct S1
{
    char c1;//vs默认对齐数8 char大小为1 所以对齐数为1
    int i;//vs默认对齐数8 int大小为4 所以对齐数为4
    char c2;//vs默认对齐数8 char大小为1 所以对齐数为1
};
printf("%d\n", sizeof(struct S));

如下图所示，从0偏移处开始申请内存，char c1对齐数为1，占一个字节，放一个格子，然后接下来放int i，但是int的对齐数为4，需要从4的倍数的偏移处开始放，所以要往下数3个格子，从4偏移处开始放int，4字节4个格子，再下来放char c2，c2的对齐数也是1，后面任何数都是1的倍数，所以直接往后放一个格子，所以这个结构体的大小为9。中间的灰色是浪费掉的3个字节。

• 为什么存在内存对齐?

1. 平台原因(移植原因)： 不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
2. 性能原因： 数据结构(尤其是栈)应该尽可能在自然边界上对齐。 原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次。

总体来说：
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到：
让占用空间小的成员尽量集中在一起。

//例如：
struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
struct S2
{
    char c1;
    char c2;
    int i;
};

S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别

• 结构体传参

struct S
{
    int data[1000];
    int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//结构体传参
void print1(struct S s)
{
    printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
    printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
    print1(s); //传结构体
    print2(&s); //传地址
    return 0;
}

讲解函数栈帧的时候，我们讲过函数传参的时候，参数是需要压栈的。
如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。

结论： 结构体传参的时候，要传结构体的地址。

• 结构体实现位段的能力

struct A
{
    int _a:2;
    int _b:5;
    int _c:10;
    int _d:30;
};

这里的A就是一个位段类型

位段的类型必须是int，unsigned int，signed int，还可以是char
位段的成员后面有一个冒号和数字

位段的内存分配

第一次开辟int 4个字节 共32个比特位 用了2个 还剩30个
第二次用了刚才剩下的30个中的5个 还剩25个
第三次用了刚剩下的25个中的10个 还剩15个
第四次要30个 刚剩下的不够了 就重新开辟int 4字节
所以一共用了8个字节。

位段的跨平台问题

1. int位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
2. 位段中最大位的数目不能确定。（16位机器最大16，32位机器最大32，写成27，在16位机器会出问题。）
3. 位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义。
4. 当一个结构包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的。

总结：
跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。