我们知道，C语言是允许我们自己来创造类型的，这些类型就叫做——自定义类型。

自定义类型又包括结构体类型，联合体类型还有枚举类型。

今天的文章，我们就着重讲解这其中的结构体类型。

目录

结构体的声明

1.1结构的基础知识

1.2结构的声明

1.3 匿名结构体的情况

1.4结构的自引用

 1.5重命名匿名结构体的情况

1.6 结构体变量的定义和初始化

 1.7 结构体内存对齐

1.8为什么存在内存对齐?

1.9我们可以耍些小聪明达到节省空间的效果。

2.1修改默认对齐数

2.2 结构体传参

3.1位段

3.2 位段的内存分配

3.3 位段的跨平台问题

结构体的声明

1.1结构的基础知识

结构是一些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

1.2结构的声明

struct tag

{

member-list;

}variable-list;

我们以这种方式来描述一个结构体。下面是简单的示范，我们来描述一个学生：

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

 定义局部变量和全局变量的关系：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}s1,s2,s3; //全局变量
int main()
{
struct Stu s4;
struct Stu s5;//局部变量
return 0;
}

1.3 匿名结构体的情况

也可以省略不写结构体标签，不过这样会导致一个结果，结构体只能定义一次类型。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
struct 
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}s1; //全局变量
struct 
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}*ps; //全局变量
int main()
{
s1.age = 1;
printf("%d", s1. age);
return 0;
}

  

在上述的代码中，体现为定义结构体变量s1之后，无法再次定义诸如s2，s3等结构体类型。

不过要是你本来就准备只用一次结构体的话，定义一个匿名结构体也不错就是了。 

//在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？ 

ps=&s1; 

 答案是否定的，及时两个结构体里面的元素都相同，编译器也会他们当成两个完全不同的类型，所以是非法的。

1.4结构的自引用

我们想要使用结构体实现类似于链表的功能。

#include<stdio.h>
struct Node
{
int data;
struct Node n;
};
int main()
{
return 0;
}

 我们开动小脑筋，立马就发现了错误。

struct Node这个节点它所占用的空间有多大呢？

它不仅要存放一个整形，还要存放一个n。

这就无限循环下去了，struct Node里面还有一个struct Node。

大小是无法得出的，这是一个错误示范。

我们转变战略，用指针来实现。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
struct Node
{
int data;//4
struct Node *next;//4/8
};
int main()
{
struct Node n1;
struct Node n2;
n1.next = &n2;
return 0;
}

创建两个节点n1,n2，把它们像链条一样串起来。 

 编译器没有报错，这样的写法是正确的，同时我们发现，struct Node的大小可以轻而易举地算出，我们得出一个结论：

不是在自己的类型里面包含一个自己类型的变量，而是在自己的类型里面包含一个自己类型的指针。这样的实现方式才是可行的。

 1.5重命名匿名结构体的情况

下面的代码是否可行呢？

#include<stdio.h>
typedef struct 
{
int data;
}S;
int main()
{
return 0;
}

 可行，不过S不再是匿名结构体的变量，而是变成了匿名结构体类型。

怎么用呢？这么用：

#include<stdio.h>
typedef struct 
{
int data;
}S;
int main()
{
S s;
s.data = 1;
printf("%d", s.data);
return 0;
}

能用这种方式模拟实现上面的链表呢？

这样写行吗？

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

不行，在没有重命名出Node时就调用了Node。

在这种情况下，我们只能老老实实地写出类型名了！

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

1.6 结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那如何定义变量，其实很简单。 

 int x;
 int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //定义结构体变量
struct Point
{
p2
//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {x, y};
struct Stu        //类型声明
{
 char name[15];//名字
 int age;      //年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化
struct Node
{
 int data;
 struct Point p;
 struct Node* next; 
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化

 1.7 结构体内存对齐

 计算以下的结构体大小。

#include<stdio.h>
int main()
{
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}

 是不是跟想的完全不一样？

没错，结构体的大小并不是成员大小的简单相加，而是有自己的一套规则的。

1.  结构体的第一个成员永远是放在零偏移处。
2. 从第二个成员开始，以后每个对齐成员都要对齐到某个对齐数的整数倍处。
3. 这个对齐数是成员自身大小和默认对齐数的较小值。
4. VS中默认的值为8
5.  结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。
6.  如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的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（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。如果不够，则浪费空间来对齐。

我们以s1为例子来试验一下上述规则，如图所示。 

因为从第二个成员开始，以后每个对齐成员都要对齐到某个对齐数的整数倍处。

所以1,2,3三个字节被浪费，int类型的存储从4开始到7，char类型存到8处。

最后结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。

 S1中最大对齐数为4,结构体总大小要为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。而现在大小为9，为了让其变为4的倍数，结构体S1的总大小变为12。

再看S4的情况：

白色为浪费部分，黄色为char，绿色是double，粉色是int。

1.8为什么存在内存对齐?

//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。

2.1修改默认对齐数

我们可以通过#pragma pack()指令来修改默认对齐数。

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)
//设置默认对齐数为1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
//输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}

 可以看到，答案不再是12，默认对齐数确实被修改了。

想要取消的话就引入一个空指令。

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
 
int main()
{
//输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}

 

2.2 结构体传参

 下面print1和print2那个比较好？

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;
}

• 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。

所以结构体传参数时，要传结构体的地址。

3.1位段

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

 A就是一个位段的类型，位段可以控制所给的空间大小，达到节省空间的目的。

 它所占空间是多大？

#include <stdio.h>
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));
return 0;
}

 它占了8*8=64个比特位。

从16个字节优化到8个字节，位段的功能可以说是十分强大。

3.2 位段的内存分配

1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型

2. 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。

3. 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。

#include <stdio.h>
//一个例子
struct S
{
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
struct S s = { 0 };
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
//空间是如何开辟的？
return 0;
}

• 首先做一个假设，假设内存中的比特位是由右向左使用的。
• 一个字节内部，剩余的比特位不够使用时，直接浪费掉。

 

 我们猜想是这个样子。

转换成16进制为：

62  03  04

我们来调试看看：

 我们的猜想是正确的！

3.3 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。

这篇博客旨在总结我自己阶段性的学习，要是能帮助到大家，那可真是三生有幸！😀如果觉得我写的不错的话还请点个赞和关注哦~我会持续输出编程的知识的！🌞🌞🌞