轻松拿捏C语言——自定义类型之【结构体】
1. 结构体类型的声明🌙
结构体是一些值的集合
这些值叫做 成员或 分量或 域或 项。
结构的每个成员变量可以是不同的类型
例如描述一个学生：
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}; //分号不能丢这是结构体的声明
struct 是结构体关键字，struct Stu 是这个结构体类型名
2. 结构体变量的创建和初始化🌙
#include <stdio.h>
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};
int main()
{
//按照结构体成员的顺序初始化
struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };
printf("name: %s\n", s.name);
printf("age : %d\n", s.age);
printf("sex : %s\n", s.sex);
printf("id : %s\n", s.id);
//按照指定的顺序初始化
struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex =
"⼥" };
printf("name: %s\n", s2.name);
printf("age : %d\n", s2.age);
printf("sex : %s\n", s2.sex);
printf("id : %s\n", s2.id);
return 0;
}在进行结构体声明时，也可以进行不完全声明：
//匿名结构体类型
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], *p;上⾯的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签
上⾯的两个声明是完全不同的两个类型。
匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使⽤⼀次 。
在结构中包含⼀个类型为该结构本⾝的成员是不可以的
例如 ：
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};这是错误的用法。
因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量，这样结构体变量的大小就会⽆穷的⼤，是不合理的
正确自引用方式：
struct NOde
{
int data;
struct Node* next;//定义一个结构体类型指针
};在结构体自引用使用的过程中，夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名，也容易引入问题，比如：
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;这是错误用法，因为Node是对前面的匿名结构体类型的重命名产⽣的，但是在匿名结构体内部提前使用Node类型来创建成员变量，这是不行的
所以定义结构体不要使用匿名结构体了
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;3. 结构体内存对齐🌙
结构体成员在内存中存在对齐现象
内存对齐的原因：
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的；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)应该尽可能地在自然边界上对齐。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访问。
所以结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法，提高程序运行效率，节省空间
对齐规则：
1. 结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
2. 其他成员变量的首地址与结构体首地址的偏移量要为 该成员对齐数的整数倍
对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数 与 该成员变量大小的较小值
VS 中默认的值为 8 ， Linux中 gcc 没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小
3、结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的）的 整数倍
4、 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中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（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。
如果我们把让占用空间小的成员尽量集中在⼀起，更节省空间，比如：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};S1中结构体大小为 12字节，S2结构体大小为8，因为S2中两个char类型的变量放在了一起（放在int类型的前后都一样，都是8）.
使用 offsetof()能够计算结构体成员变量到结构体起始位置的偏移量，需要包含头文件 stddef.h，例如：
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
typedef struct {
int a;
char b;
double c;
} MyStruct;
int main() {
printf("%zu\n", offsetof(MyStruct, b));
printf("%zu\n", offsetof(MyStruct, c));
return 0;
}我们可以使用#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对齐数
#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}这里结果为6，因为默认对齐系数改为了1，所以是1+4+1
可以用#pragma pack()//取消设置的对齐数，还原为默认
4. 结构体传参🌙
结构体传参的时候，要传结构体的地址
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;
}print1和print2这两个函数中，print2函数更好，
因为函数传参的时候，参数是需要压栈，会有时间和空间上的系统开销。
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。
5. 结构体实现位段🌙
位段的声明和结构是类似的，有两个不同：
1. 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 或者是 char 等类型，在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型。（一般就是int家族）
2. 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。
例如：
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};这里位段A所占内存大小为8字节
位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的
位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段
跟结构体相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在：
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。
位段的几个成员共有同⼀个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位 置处是没有地址的。
内存中每个字节分配⼀个地址，⼀个字节内部的bit位是没有地址的。
所以不能对位段的成员使用&操作符，这样就不能使用scanf直接给位段的成员输入值，只能是先输入放在⼀个变量中，然后赋值给位段的成员。
例如：
struct A
{int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
struct A sa = {0};
scanf("%d", &sa._b);//这是错误的
//正确的⽰范
int b = 0;
scanf("%d", &b);
sa._b = b;
return 0;
}