结构体

结构的基础知识
结构是一些值得集合，这些值被称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

结构体的声名

struct tag
{
member-list;
}variable-list;

struct是关键字，tag 是标签名，标签名是可以根据需求改变的。 member-list是成员列表 ，struct tag是结构体类型

struct stu
{
	char name[20];
	int age;
	char sex [10];
	float score;
};

特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明

• 匿名结构体类型

在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）

struct
{
	char c;
	int i;
	char ch;
	double d;
} s;

虽然下面两个声名的成员变量相同，但是编译器会把下面的两个声明当成完全不同的两个类型

---

struct
{
	char c;
	int i;
	char ch;
	double d;
} s;

struct
{
	char c;
	int i;
	char ch;
	double d;
}* ps;

int main()
{
	ps = &s;
	
	return 0;
}

结构成员的类型

结构的成员可以是标量 ，数组 ，指针 ，甚至可以其他结构体。

结构的自引用

代码一：

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

---

代码二：

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

代码一是错误的 ，代码二是正确的 。 在结构体里，不是包含同类型的结构体变量， 而是包含同类型的结构体指针。

结构体变量的定义和初始化

struct stu
{
	char name[20];
	int age;
	char sex[10];
	float score;
}s4, s5 ; 
int main()
{
	struct stu   s1 , s2 ,s3;
	return 0;
}

s1 ,s2 ,s3 是局部变量 ，s4,s5是全局变量

struct stu
{
	char name[20];
	int age;
	char sex[10];
	float score;
};
int main()
{
	     struct stu   s1 = { "zhangsan" , 20 , "nan" , 95.5f };
	     struct stu  s2 = { "旺财", 21, "保密", 59.5f };
		 printf("%s %d %s %f\n", s2.name, s2.age, s2.sex, s2.score);
	return 0;
}

结构体内存对齐

结构体对齐规则

• 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
• 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。
• 对齐数 = 编译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
• 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。
• 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。

---

 struct S1
   {
 char c1;
 int i;
 char c2;
    };
 printf("%d\n", sizeof(struct S1));

第一个成员（c1)在与结构体变量偏移量为0的地址处
i的大小是4个字节，默认对齐数是8 ，取其较小值（4）就是i的对齐数
偏移量4才是i的对齐数（4）的倍数，这里需要浪费3个字节
i在内存中占4个字节 ，偏移量的范围是4到7
c2的自身大小是1 ，默认对齐数是8 ，取其较小值（1）为c2的对齐数
8偏移量是对齐数（1）的倍数，这里不需要浪费空间
根据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
结构体s1 总共占了9个字节 ，结构体s1的最大对齐数是4 ，所以还需要浪费3个字节才能是4的倍数， 所以s1的总大小是12个字节

---

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

结构体嵌套结构体

struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
printf("%d\n", sizeof(s4));

第一个成员（c1) 放到偏移量为0的地址处
如果嵌套了结构体，s3要对齐自己的最大对齐数(8)的整数倍处
s3 的偏移量的范围是8到23，总共占了16个字节
d 的自身大小是8 ，默认对齐数是8 ，取其较小值（8）就是对齐数
偏移量24是d的对齐数（8）的整数倍， 不需要浪费空间
d的偏移量的范围是24到31 ，占了8个字节
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
s4的整体大小是32个字节 ，s4中的最大对齐数是8 ，32是8的倍数

---

那为什么要内存对齐？

• 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。

• 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。

---

总结： 结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法

修改默认对齐数

结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数

#pragma pack(2)//设置默认对齐数为2
struct S
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

---

#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
struct S
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

结构体变量访问成员

结构体变量的成员是通过点操作符（.)访问的
点操作符接收两个操作数

---

代码一：

struct S
{
	int a;
	char c;
};


struct P
{
	double d;
	struct S s ;
	float f;

};
int main()
{
	struct P p = { 5.5 , { 100 ,'b'} , 3.14f };
	printf("%d %c\n",p.s.a , p.s.c);
	return 0;
}

---

结构体传参

#include <stdio.h>
struct S
{
	int a;
	char c;
};


struct P
{
	double d;
	struct S s ;
	float f;

};
void Print1( struct P sp)
{
	printf("%lf %d %c\n", sp.d, sp.s.a, sp.s.c);
}
void Print2(struct P *  p1)
{
	printf("%lf %d %c\n", (*p1).d , (*p1).s.a , (*p1).s.c );
	printf("%lf %d %c\n",  p1->d , p1->s.a , p1->s.c);

	

 }
int main()
{
	struct P p = { 5.5 , { 100 ,'b'} , 3.14f };
	Print1(p);//传值调用 
	Print2(&p); //传址调用
	return 0;
}

代码二中的（*p1)使用结构体指针访问指向对象的成员

---

上面的 print1 和 print2 函数哪个好些？
答案是：首选print2函数。
原因：
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。

所以结构体传参的时候，要传结构体的地址

结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

• 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字
• 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
• 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。

struct A
{
	//4个字节 - 32bit
	int _a : 2;//_a 成员占2个bit位
	int _b : 5;//_b 成员占5个bit位
	int _c : 10;//_c 成员占10个bit位
	//15
	//4个字节 - 32bit
	int _d : 30;//_d 成员占30个bit位
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct A));//8
	return 0;
}

位段的内存分配

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;
	return 0;
}

转换成16进制

一个数据在使用的时候，从低位向高位使用，从右向左使用的（仅适配vs）

---

位段和结构体相比来说 ，位段可以达到和结构体一样的效果，而且位段还可以更好的节省空间 ，但是位段有个很严重的问题 ：跨平台

位段的跨平台问题

• int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
• 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。
• 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。
• 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。

枚举

把可能的取值一一列举。

枚举类型的定义

enum Color  //枚举类型 
{
	RED,    //枚举常量
	GREEN,  //枚举常量
	BLUE   //枚举常量
};

enum Color 是枚举类型。
{}中的内容是枚举类型的可能取值，也叫 枚举常量
这些可能取值都是有值的，默认从0开始，一次递增1，当然在定义的时候也可以赋初值

enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};

枚举的优点

• 增加代码的可读性和可维护性
• 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
• 防止了命名污染（封装）
• 便于调试
• 使用方便，一次可以定义多个常量

枚举的使用

//声明枚举类型
enum Color
{
	RED,
	GREEN,
	BLUE 
};
int main()
{  
	enum Color c = BLUE;
	return 0;
}

联合体

联合也是一种特殊的自定义类型
这种类型定义的变量也包含一系列的成员，特征是这些成员公用同一块空间,所以联合也叫共用体

联合类型的定义

//联合类型的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};
//联合变量的定义
int main()
{
	union Un u = { 0 };
	u.i = 1000;
	u.c = 100;
	return 0;
}

联合的特点

联合的成员是共用同一块内存空间的，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小（因为联
合至少得有能力保存最大的那个成员）

union Un
{
	char c;
	int i; 
};
int main()
{
	union Un u;
	printf("%d\n", sizeof(u));
	return 0;
}

联合大小的计算

联合的大小至少是最大成员的大小。
当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候，就要对齐到最大对齐数的整数倍。

union Un
{
	char a[5];
	int i;
};
int main()
{
	union Un u;
	printf("%d\n", sizeof(u));
	return 0;
}

char 的对齐数是1
i 的对齐数是4
根据 联合的大小至少是最大成员的大小（5）
5不是最大对齐数（4）的整数倍
所以要浪费三个字节
总共大小是8个字节

---

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