C语言_自定义类型：结构体
1. 了解结构体类型
1.1 结构体声明
若想描述一个学生，我们可以声明下方的结构体：
struct Stu
{char name[20];int age;char sex[5];char id[20];
};
1.2 结构体变量的创建和初始化
#include<stdio.h>
struct Stu
{char name[20];int age;char sex[5];char id[20];
};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);//按照指定顺序初始化struct Stu S2={.age=18,.name,"李四",.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;
}
1.3 结构体的特殊声明
特殊声明即不完全声明，比如：
// 匿名结构体
struct
{int a;char b;float c;
}x;
struct
{int a;char b;float c;
}a[20], *p;
上面的结构体在声明的时候省略了结构体标签。
那么在上面代码的基础上，下方的代码还成立吗？
p=&x;
答案是不成立哦。
在编译器中会把上面的两个声明当成两个完全不同的结构体类型，所以是非法的。
匿名的结构体类型，如果没有进行重命名的话，基本上只能使用一次。
1.4 结构体的自引用
让我们想一个问题——在结构中包含一个类型为该结构本身的成员可以吗？比如：
struct Node
{int data;struct Node next;
};
上面的代码如果正确的话，那不妨让我们想一想sizeof(struct Node)是多少呢？一个结构体中再包含一个同类型的结构体变量，这样的结构体内存大小是无穷大，没有合理性，所以上面代码是错误的。
正确的自引用方式应该如下：
struct Node
{int data;struct Node* next;
};
还有一个需要思考的地方，那就是可以用typedef的方式在匿名结构体中自引用吗？比如：
typedef struct
{int data;Node* next;
} Node;
答案是不行。因为编译器在重定义完成前，在结构体解析中遇见了Node* next，会发生编译错误。
2. 结构体内存对齐
现在让我们讨论一个问题：计算结构体的大小（涉及到结构体内存对齐的问题）
2.1 对齐规则
1、结构体第一个成员对齐到结构体变量起始内存地址处
2、对齐数是编译器默认的一个对齐数与该成员变量相比之下的较小值，而其他成员变量要对齐到对齐数的整数倍的地址处
注：VS 中默认对齐数是8；Linux中gcc没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小
3、结构体中每个成员变量都有一个对齐数，其中最大的数被称为最大对齐数。结构体总大小为最大对齐数的整数倍
4、如果结构体中嵌套了其他结构体，则被嵌套结构体最大对齐数的计算范围是自身成员，而嵌套结构体最大对齐数的计算范围是全部成员（两个结构体的成员）
这里有几道练习题，大家可以看一下：
// 1)
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
printf("%d\n",sizeof(struct S1));// 2)
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
printf("%d\n",sizeof(struct S2));// 3)
struct S3
{double d;char c;int i;
};
printf("%d\n",sizeof(struct S3));// 4）
struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
};
printf("%d\n",sizeof(struct S4));
2.2 为什么要内存对齐？
1、平台原因：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。假设⼀个处理器总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对齐成8的倍数，那么就可以⽤⼀个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执行两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中
总的来说：就是拿空间换时间
在设计结构体时，我们既要满足对齐，又要节省空间的话，就让占用空间小的成员尽量集中在一起，比如：
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
//换成
struct S1
{char c1;char c2;int i;
};
2.3 修改默认对齐数
预处理指令#pragma可以改变编译器的默认对齐数，用法见下方：
#include <stdio.h>#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1struct S
{char c1;int i;char c2;
};#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认int main()
{//输出的结果是什么？printf("%d\n", sizeof(struct S));return 0;
}
3. 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;
}
print1和printf2函数，均可以接收并使用结构体参数，但我们日常推荐使用print2，为什么呢？
那是因为函数传参时，参数需要压栈，会有时间和空间上的系统开销，如果参数是一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈开销就会大，会导致性能下降
所以结构体传参时，要传结构体地址
4. 结构体实现位段
4.1 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，在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型
2、位段的成员后有一个冒号和一个数字
比如：
struct A
{int _a:2;int _b:5;int _c:10;int _d:30;
};
这就是一个位段类型
注：位段的空间上是按照需要以4个字节（int）或者是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。
4.2 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。
总的来说，跟结构体相比，位段可以达到同样的效果，并且可以节省空间，缺点是有跨平台的问题
4.3 使用位段注意事项
位段的几个成员可能会共用一个字节，这样的话某些成员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，而字节内部的bit位是没有地址的）
所以不能对位段的成员使用取地址符&，不能用scanf直接给位段成员赋值，赋值操作只能是先输入在一个变量中，然后赋值给位段成员
如下：
struct A
{int _a:2;int _b:5;int _c:10;int _d:30;
};int main()
{struct A s = {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;
}