【c语言】自定义类型-结构体

结构体：是一个自定义的类型，成员可以有一个或者多个，类型可以不同。

结构体的声明与使用

结构体的声明与初始化

struct  结构体名
{
	成员变量；
	....
};

//结构体初始化
struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	char sex[10]；
};
int main()
{
	struct Stu s1={"lisi",18,"man"};
	return 0;
}

结构体还存在一中特殊声明：匿名结构体

struct 
{
	成员变量;
	...
};

这个结构体在声明时不需要写入结构体名，但是在使用时，只能使用一次
比如下面这段代码：

struct 
{
	int a;
	int b;
	float c;
}x;
struct 
{
	int a;
	int b;
	float c;
}*p;
int main()
{
	p=&x;
	return 0;
}

这段代码在编译时会报警告，因为编译器会把这两个声明当成两个不同的类型。

结构体变量的声明与初始化：
直接上代码：

//在声明结构体的同时声明结构体变量并初始化
struct stu
{
	int a;
	int b;
	float c;
}x={1,2,1.0};
int main()
{
	
	return 0;
}
///
struct stu
{
	int a;
	int b;
	float c;
};
int main()
{
	struct 	stu x={1,2,1.0};//声明结构体变量并初始化
	return 0;
}

对结构体数组成员初始化。

struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
	char sex[10]；
};
int main()
{
	struct Stu s1={"lisi",18,"man"};
	printf("%s %d %s",s1.name,s1.age,s1.sex);//输出结构体的值
	return 0;
}

结构体的自引用

若结构体中包含一个结构体本身的成员（自引用），是否可以?
比如定义一个链表节点：

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

思考一下，这段代码正确吗？
答案当然是“错误”的。因为以这样的方式嵌套定义结构体，那么这结构体的大小将是无穷大的。
正确的自引用应该是下面这样的：

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

这在后面将会学到，这其实是建立了一个链表的节点，定义一个结构体指针，让结构体指针指向结构体的数据域（data），再让被指向的结构体的指针成员（next）指向下一个结构体的数据域（data）。

typedef关键字
typedef关键字使用来对类型进行重命名的。
比如：

typedef int i;
将int 重命名为i 
typedef char c;
将char重命名为c。

或许你会有这么一个想法“int、char一个就3个字母，一个就4个字母，我为什么还有重命名？重命名它俩还要多打一个typedef，不是更麻烦吗？”

确实，在这中情况下，确实没必要对数据类型重命名，但是在c语言中除了基本数据类型，还有自定义的数据类型。就如我们这篇文章的所讲的结构体类型，当我们定义了一个结构体类型后，要声明一个结构体变量就需要将struct 结构体名 都打出来，但是如果我们使用typedef关键字对它重命名，就能方便很多了。

typedef struct Student
{
	int age;
	char name[20];
}S;
int mian()
{
	S s1={18,"lisi"};
	return 0;	
}

但是要注意一点，重命名的类型需要重命名完后才能使用，否则编译器过不了编译，比如：

typedef struct Student 
{
	int  age;
	S *next;
}S;

这里，提前使用了结构体struct Student类型重命名后的名字S，是不可以的，因为编译器是从上往下编译代码的，当编译到S*next时，S还没有被编译到，所以对于编译器来说，S类型是不存在的。正确的形式应该像下面这样子。

typedef struct Student
{
	int age;
	char name[20];
}S;
int main()
{
	S s1={18,"lisi"};
	return 0;
}

结构体的内存对齐

到这里，我们已经掌握了结构体的基本使用，那么我们再接着思考“定义的结构体的大小是多少？int是4字节，char是1字节，那么结构体呢？”
在讨论结构体大小之前，我们先了解一下结构体的对齐规则

对齐规则

结构体对齐规则：是指结构体中每个成员变量的存放地址要满足一定的条件，以提高内存的访问效率。
结构体对齐规则：

• 结构体的第一个成员对齐到结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
• 结构体其余成员对齐到对齐数的整数倍的地址处
• 对齐数=编译器默认的对齐数与该成员变量自身大小两者之间的较小值，vs中默认对齐数为8，Linux中gcc没有默认对齐数
• 结构体总大小为最大对齐（所以成员变量都有一个对齐数，选最大的那一个）的整数倍
• 如果结构体2嵌套了一个结构体1则这个嵌套的结构体1的对齐数=自身成员变量的最大对齐数，结构体2的大小就是最大对齐数的整数倍

比如：

struct Stu
{
	int age;
	char a;
	int b;
}S;

则这个结构体的大小为计算过程：

在思考的过程中，你应该已经发现了：内存对齐存在内存浪费。是的，内存对齐就是一种用空间换时间的做法。

为什么存在内存对齐

硬件平台限制：并不是所有硬件都能够任意读取任意地址处的数据的，某些硬件只能访问某些特定地址下的数据，如果不进行内存对齐，则cpu将不会读取到特定地址处的数据。
性能问题：cpu在读取内存时，是按照一个固定的粒度来读取的（比如一次四字节、8字节），如果结构体不按照一定的规则进行内存对齐，那么cpu在读取一份数据的时候，可能需要读取两次、三次甚至更多次才能把一份数据读完，而进行内存对齐后，cpu则只需要读取一次就行了。

修改默认对齐数

#pragma，这个预处理指令可以修改默认对齐数 。

#pragma(1);//将默认对齐数修改为1
struct Stu
{
	int age;
	char [name];
}s;
int main()
{
	printf("%zd",sizeof(struct Stu));//输出12//若把#pragma(1)注释掉，默认对齐数恢复到8，次数输出6
	return 0;
}

当结构体的对齐数不合适的时候，我们就可以通过#pragma来修改默认对齐数。

结构体的传参

struct S
{
    int age;
    char name[20];
    float i;
};

struct S s = {18,"lisi",1.0};


void print1(struct S s)
{
    printf("%d %s %lf\n",s.age,s.name,s.i);
}

void print2(struct S *s)
{
    printf("%d %s %lf\n",s->age,s->name,s->i);
}

int main()
{
    print1(s);
    print2(&s);
    return 0;
}

结构体传参也分为两类：

• 传值调用
• 传址调用

在传参时，推荐使用传址调用，因为函数传参的时候，参数是需要压栈的，会有时间与空间上的系统开销。
传值调用，如果传入的参数过大，这个开销也就会变大。
但如果传入地址，地址大小就两种情况：4字节/8字节，所有推荐使用传址调用。

结构体实现位段

什么是位段

什么是位段：是一种数据结构，它允许将数据以位（bit）的形式紧凑地存储，并允许程序员对此结构的位进行操作
位段的声明与结构体类似：

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

这段代码中，struct A占8个字节：
int占4个字节，所以第一次开辟空间大小为4字节，4字节=32bit，但是struct A里，四个成员共占47bit，所以4字节的空间无法存储struct A类型的数据，，需要在开辟一个Int类型的空间，所以该位段大小为8字节。

位段的内存分配

1. 位段的成员可以是Int家族，或者char等

2. 位段空间的分配按照需要以4个字节或者1个字节的方式来开辟的

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

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

给定空间后，空间内存按照从左到右还是从右到左使用呢？这个不确定，标准没有定义

当剩下的空间不足以分配位段成员时，是浪费这部分空间还是继续使用？没有定义

我们假设空间是从右往左使用，空间是被浪费的

此时最后一个字节就完全倍浪费掉了。

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，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在

位段使用的注意事项

位段的有些成员的起始位置并不是字节的起始位置，就好比上图中的‘a’,‘b’，我们知道，每个字节都有自己的地址，1字节=8bit，这8bit是没有地址的，所以在使用位段时，我们不能对位段成员使用&（取地址）操作符，也不能进行scanf操作，如果需要给位段成员赋值，需要先给一个变量赋值，在通过这个变量赋值给位段成员