你好！感谢支持孔乙己的新作，本文就结构体与大家分析我的思路。

希望能大佬们多多纠正及支持 ！！！

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目录

1. 声明结构体

1.1. 结构体的声明

1.2. 结构体变量的创建与初始化

1.3. 结构体的特殊声明

1.4. 结构体的自引用

2. 结构体内存对齐

 2.1. 对齐规则

         2.1.1. 常规内存对齐

         2.1.2. 嵌套结构体内存对齐

 2.2. 为什么存在结构体对齐

         2.2.1. 平台原因（移植原因）

         2.2.2. 性能原因

         2.2.3. 改善方法

 2.3. 修改默认对齐数

3. 结构体实现传参

4 . 位段

  4.1. 什么是位段

  4.2. 位段的内存分配

  4.3. 位段的跨平台问题

  4.4. 位段的应用

  4.5. 位段注意事项

1. 声明结构体

 Leading  ~~   结构体（struct）是一种用户自定义的数据类型，它可以包含多个不同数据类型的成员变量，这些成员变量可以根据需要进行组合，形成一个新的数据类型。结构体可以用来表示现实世界中的复杂数据结构，比如表示一个学生或者一辆车的信息等。

 1.1. 结构体的声明

     例如，描述一个学生的信息：

struct student   { 	char name[20];//姓名 	int age;//年龄 	char sex[9];//性别 	char number[20];//学号  }; 

         其中，包含学生的姓名、年龄、性别、学号这些字符数组，整形数据等等不同数据类型的成员变量。

1.2. 结构体变量的创建与初始化

          创建结构体变量，对其进行初始化，可以依次进行赋值（输入数据），也可以使用“ . +成员变量名 ”来指定顺序赋值（输入数据 ）。

#include  struct Stu {  char name[20];//名字  int age;//年龄  char sex[5];//性别  char id[20];//学号 }; 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);    //按照指定的顺序初始化  struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .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

          在声明结构体的时候，可以不完全的声明。当然，这样声明的结构体只能在创建的时候对其      进行赋值（输入数据）。

//创建匿名结构体变量 struct { 	char name[20]; 	int age; 	double height; } S = { "李四", 23, 1.82 }; 

          如果要再次使用，必须要对结构体类型重命名（使用typedef对其重命名），如下：

//对匿名结构体重命名 typedef struct Stu  { 	char name[20]; 	int age; 	double height; }Stu; 

1.4. 结构体的自引用

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

      究其根本，其实是行不通的，毕竟在一个结构体中再包含一个同类型的结构体变量，内存就会   变得无穷大，我们可以采取指针的方式进行自引用，如下：

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

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

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

2. 结构体内存对齐

       2.1. 对齐规则

              首先，我们来了解一下结构体内存对齐规则，如下：

          我们通过一些例题具体分析结构体对齐的场景，如下：

  2.1.1. 常规内存对齐

struct s1 { 	char c1; 	int i; 	char c2; };

 在s1结构体中，有char类型的c1，int类型的i以及char类型的c2，如果仅仅从类型字节大小来说，这里应该占用1+4+1=6（字节），但由于结构体中存在内存对齐，结果却是12（字节）。

究其原因， 我们分析一下这些变量在内存中的排布情况：

        首先，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,所以我们将char （绿色区块）放在起始位置偏移量为0的地址。对于int  i （占用4个字节）要对齐到对齐数的整数倍（VS中默认对齐数是8，int是4，因此对齐数取4）的地址处，也就是偏移量为4的地址处，因此前3个字节将会被浪费。紧接着char c2（黄色区块）默认对齐数是1，又根据“ 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”，也就是4的整数倍（12），因此也会损耗3个字节空间。

2.1.2. 嵌套结构体内存对齐

    根据上述结果推算出struct S3在内存中占用16个字节，将其嵌套在struct S4中结果会是多少呢

struct S3 { 	double d; 	char c; 	int i; };  struct S4 { 	char c1; 	struct S3 s3; 	double d; }; int main() { 	//printf("%d\n", sizeof(struct S3)); 	printf("%zd\n", sizeof(struct S4)); 	return 0; }

这里我们就要注意对齐的最后一条规则：

 从上述源码中，不难看出嵌套结构体成员（struct S3）的最大对齐数就是8，以及S4中最大对齐数也是8，因此结构体（struct S4）的大小就8的整数倍，从内存排列情况如下：

        结果，无疑就是占用32个字节 ！ ！！

       2.2. 为什么存在结构体对齐

2.2.1. 平台原因（移植原因）

         毕竟，不是所有硬件平台都能访问任意地址上的任意数据，对于某些硬件平台只能在某些地址处取某些特特定类型的数据，否则会发生硬件异常。

2.2.2. 性能原因

         数据结构（尤其是栈）应该尽可能在自然边界对齐。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；而对齐的内存仅需要一次访问。假如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。假如我们能保证所有的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。

2.2.3. 改善方法

         我们在设计结构体的时候，我们既需要满足对齐，又要节省空间，因此，我们可以在创建结构体的时候，让占用空间小的成员集中在一起，如下：

struct S1 { 	char c; 	int i; 	char b; }; 

struct S1 { 	char b; 	char c; 	int i; };

         在这两组数据中，我们可以发现，他们的成员变量是一致的，但由于在创建时先后顺序不一致，致使他们在内存中存储情况不相同。

       2.3. 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  #pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1 struct 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. 结构体实现传参

我们在传入参数的时候，有两种形式，一种是“传值输入”，另一种是“传址输入”。

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(const struct S* ps) {  printf("%d\n", ps->num); } int main() {  print1(s); //传结构体  print2(&s); //传地址  return 0; }

通过实践说明 ，print2相对于print1，会更加优越，原因如下：

总而言之， 结构体传参的时候，我们要传递结构体的地址。

4 . 位段

     4.1. 什么是位段

我们可以定义一个结构体中的字段使用的位数(bit位)。这样可以在存储数据时更加灵活和节省空间。接着我们分析一下位段与结构体的一些差异，如下：

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

     4.2. 位段的内存分配

#include 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; 	printf("%zd", sizeof(struct S )); 	return 0; } 

相对比结构体而言，位段有效地节省了空间大小 ,接下来，我们观察位段在内存中的具体情况

     4.3. 位段的跨平台问题

     4.4. 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。

     4.5. 位段注意事项

        因为位段中的成员变量有可能在同一个字节上，因此有些成员的起始地址并不是某个字节的地址，那么这些位置其实就是没有地址的，再者说，内存中每个字节分配一个地址，故而一个字节内部的bit位是没有地址的。所以不能对位段的成员使⽤&操作符，这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值，只能是先⼊放在⼀个变量中，然后赋值给位段的成员。

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    //正确的⽰范  int b = 0;  scanf("%d", &b);  sa._b = b;  return 0; }