结构体类型的声明
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。而数组是一些类型相同元素的集合，每个元素的类型都是一样的。
结构的声明
struct tag
{
member-list;
}variable-list;//分号不能少
//tag，结构体标签
//member-list，成员列表
//variable-list，变量列表
什么情况下，我们要用到结构体呢？当我们想要描述一些复杂变量时，例如：一本书，要描述其作者，出版社，出版日期…… 一个学生，可以从姓名，学号，年龄，性别……来分别描述。
现在就可以创建一个结构体类型：学生
struct stu//创建了一个结构体类型学生
{
char name[20];//姓名
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};
结构体变量的创建和初始化
#include <stdio.h>
struct stu//创建了一个结构体类型学生
{
char name[20];//姓名
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};
int main()
{
//创建一个学生类型的结构体变量，并且初始化
//一个中文汉字表示两个英文字符
struct stu s1 = { "zhangsan", 18, "男", "20240305" };
printf("%s %d %s %s\n", , s1.age, s1.sex, s1.id);
struct stu s2 = { "李四", 20, "男", "20220305" };
printf("%s %d %s %s\n", , s2.age, s2.sex, s2.id);
}
结构的特殊声明
在声明结构的时候，可以不完全的声明。
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（tag）
那么就有一个问题来了？这两个结构体变量是一样的吗？或者说是：*p = &a;
答案是：编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型，所以是非法的。 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。因此，我们在创建结构体类型时，要完全声明。
结构的自引用
在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？ 比如，定义一个链表的节点：
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};上述代码正确吗？如果正确，那 sizeof(struct Node) 是多少？ 仔细分析，其实是不行的，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。
正确的自引用方式：
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};这个是把下一个结构体的的地址拿到了，然后就可以逐级的去找了。
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。
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;这个Node是我们对匿名结构体重命名之后才产生的，但是我们却在匿名结构体内部使用了这个Node来创建成员变量。这就相互矛盾了。最好的解决办法就是我们不要在创建匿名结构体 。
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
在重命名时，这个struct Node类型已经有了，因此我们在创建成员变量时使用struct Node就是没问题的。可能有小伙伴不知道那个代码是什么意思，下面有介绍：
结构体内存对齐
我们已经掌握了结构体的基本使用了。 现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小。 这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐。
对齐规则
首先得掌握结构体的对齐规则： 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. 其他成员变量要对齐到某个数字（这个数是对齐数）的整数倍的地址处。 对齐数 = 编译器默认的一个对数数 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。
接下来，我们就用一些练习来彻底理解它们。 （下面所有打印时，都是用的%d，没有用%zd，两者都可以，不过用%zd更好，而且也没有警告。）
#include <stdio.h>
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}
#include <stdio.h>
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
这个的分析过程没有第一个详细，如果没有看懂的话，可以去多看看第一个练习。
#include <stdio.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
}
#include <stdio.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}
为什么存在内存对齐
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。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。
总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到呢？让占用空间小的成员尽量集中在一起。
struct S1
{
char c1;//0
//3
int i;//4~7
char c2;//8
};
struct S2
{
char c1;//0
char c2;//1
int i;//4~7
};我们就会发现s1是8个字节的空间，s2是7个字节的空间
修改默认对齐数
#pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对⻬数#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
char c1;//0
//4（int） > 1（VS），1
int i;//1~4
//1(char) == 1(VS)，1
char c2;//5
//总共的大小是6个字节
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}
结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。注意一般都是改成2的次方数。例如：1是2的0次方。
结构体传参
#include <stdio.h>
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
//结构体（数值）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);//传值调用
print2(&s);//传址调用
return 0;
}我们前面在学习函数的时候，就学习了传值调用与传址调用的区别以及选用。
传值调用：会重新创建一个变量来接收，会浪费内存空间和时间。
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。
传址调用：拿到的是地址，会修改这个变量本身的值。（如果我们用const来修饰会更好）
总结：我们在结构体传参的时候，应该采用传址调用，并用const修饰指针。
结构体实现位段
什么是位段
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（只要是整型家族即可）。 2. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
例如：
#include <stdio.h>
struct A
{
//与结构体不同，多了个冒号和数字
//这里的数字是指比特位
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(struct A));
return 0;
}A就是一个位段类型。那位段A所占内存的大小是多少？
为什么是8个字节呢？我们现在就一起来分析一下。
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 等类型（只要是整型家族即可） 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（一次只能开辟1个字节的空间或者4个字节的空间）。 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。
现在我们就来具体分析这个位段的内存分配。
#include <stdio.h>
struct S
{
//冒号后面的数字，是这个变量对应的空间，单位是比特位
//创建了char类型的变量，分别给出3，4，5，4个比特位的空间
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
struct S s = { 0 };
//分别给对应的变量赋值
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
return 0;
}因为这个位段全部是char类型，是一个字节一个字节的分配，所以是先分配一个字节（8个比特位）的空间给s，a先是用了3个比特位，后面b又用了4个比特位，当c要来使用这个空间时，就会发现这个空间不足，这时就会另外分配一个字节的空间给c来用。但是就有一个问题出来了：这个c会用前面那个字节剩下的一个比特位吗？如果不用的话，就会舍弃最终的结果是3个字节。如果用的话，最终的结果就是2个字节。
从结果来看，在内存中分配的空间是按下面的方式来的
至于到底是不是按照从低地址到高地址这样的分配，我们就需要通过赋值来观察。
上面这个是我们分析出来的结果。下面这个是在内存中的情况。
可以看到我们分析的结果是正确的。（注意这些数字都是十六进制，因为在操作符中我们学习了四个二进制数字对应一个十六进制数字） 。
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，就是这个位段成员的类型是int 时，我们不知道这个int 是signed int 还是unsigned int。 2. 位段中最大位的数目不能确定。（16位机器最大(int)16；32位机器最大(int)32，会被写成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（我们刚刚测试的结果是VS自己这样设置的）。 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（刚刚那个也是VS自己设置的，因此VS对于新手是非常友好的）。
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（例如：表示真假：用一个比特位就能够表示0/1，我们就没必要用一个字节或者是四个字节了），但是有跨平台的问题存在。
位段的应用
下图是网络协议中，IP数据报的格式，我们可以看到其中很多的属性只需要几个bit位就能描述，这里使用位段，能够实现想要的效果，也节省了空间，这样网络传输的数据报大小也会较小一些，对网络的畅通是有帮助的。
位段使用的注意事项
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。因为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取地址操作符（&），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。
#include <stdio.h>
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,编译器这里也会报错
//正确的⽰范
int b = 0;
scanf("%d", &b);
sa._b = b;
return 0;
}
好啦！本期结构体的学习就到此结束了！我们下一期再一起学习吧！
