结构体

之前有讲解结构体相关知识，这里对其进行补充说明一下要点。之前的文章请点击这里了解一下结构体。

1.1 疑惑

1.1.1 结构体类型是什么？

1.1.2 匿名结构体类型是什么？

1.1.3 typedef定义结构体类型问题

1.1.4 初始化的两种方法理解

1.2 结构体内存对齐（计算结构体大小）

如何计算？

1.第一个成员在相对于结构体变量偏移量为0的地址处。

2.其他成员要对齐到某个对齐数的整数倍的偏移处(对齐数是什么？编译器默认的对齐数与该成员大小中两者的较小值(其中,VS的默认对齐数的值是8,Linux环境默认对齐数是该成员自身的大小))。

3.结构体总大小是最大对齐数的整数倍(最大对齐数是什么？每个成员变量都有一个对齐数)。

4.如果嵌套了结构体的情况，嵌套结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，此时结构体的整体大小是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。

如何计算？看下面实例

1.2.1 实例一

struct S1
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
int main()
{
  printf("%zd\n", sizeof(struct S1));
  return 0;
}
//最终输出是多少？

解释：

1.2.2 实例二

struct S2
{
  char c1;
  char c2;
  int i;
};
int main()
{
  printf("%zd\n", sizeof(struct S1));
  return 0;
}
//最终输出是多少？

解释：

上图中S1应该是S2。手误！

1.2.3 实例三

struct S2
{
  char c1;
  char c2;
  int i;
};
struct S3
{
  char c1;
  struct S2 s;
  double d;
};
int main()
{
  printf("%d\n", sizeof(struct S3));
  return 0;
}
//最终输出是多少？

解释：

1.3 为什么存在内存对齐？

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。

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。

总结：结构体的内存对齐都是拿空间来换时间

注意：设计结构体时，我们应该尽量让占用空间小的成员集中在一起，就像上述的实例二中的做法一样。

1.4 修改默认对齐数

这里用到#pragma预处理指令，如果想把对齐数改为4，就用这样的代码进行操作：#pragma pack(4) 使用完后要恢复操作：#pragma pack()

1.5 位段

1.5.1 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、signed int。
2. 位段的成员名后有一个冒号和一个数字（这个数字的单位是bit）

位段展示：

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

1.5.2 位段的内存分配

位段的成员可以是int、unsigned int、signed int、char类型。（必须是这四个类型）

2.位段的空间上是按照需要以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。

实例：

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\n", sizeof(struct S));
  return 0;
}

解析：

这里是只是一种存储方式，存储方式不同，结果也会不同，这只是猜想的存储方式，正好满足visual studio 2022的结果。

1.5.3 位段的跨平台问题

1.int位段被当成有符号还是无符号不确定。

2.位段中最大位数不确定（16位机器下最大是16位，32位机器下是32位，这里如果在32位机器下分配空间>32的话是有问题的。

3.位段的成员在内存中从左向右分配还是从右向左分配是不确定的。

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。

总结：跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

1.5.4 位段的应用

虽然位段使用的时候有很多不确定性，但是它可以节省空间成本。特定场景下还是可以用起来的，比如：我们使用手机发送消息时，对方接收到消息时，网络中就用到了相关位段的知识。