一、结构体

1.什么是结构体

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。简单的讲：学校包含了学生、老师、教室、宿舍等 ；人包含了姓名、年龄、性别、体重等；

2.结构体的声明

结构体的声明分为：正常声明和特殊声明（匿名结构体）；

//描述一个学生(正常声明)
struct Stu
{
  char name[10];//学生的姓名
  int age;//学生的年龄
  char sex[10];//学生的性别
  char id[15];//学生的学号
}stu;

//描述一个学生(特殊声明)
struct
{
  char name[10];//学生的姓名
  int age;//学生的年龄
  char sex[10];//学生的性别
  char id[15];//学生的学号
}stu;

这两个不同的声明的区别：

3.结构体的自引用

自引用就是自己引用（包含）自己；

//结构体的自引用
struct Node
{
  int data;
  struct Node* next;
};

4. 结构体变量的定义和初始化

//描述一个学生(正常声明)
struct Stu    //类型声明
{
  char name[10];//学生的姓名
  int age;//学生的年龄
  char sex[10];//学生的性别
  char id[15];//学生的学号
}stu1, stu2 = { "lisi",21,"male","10225678" };//声明类型的同时定义变量 stu1, stu2  并把stu2赋初值
struct Stu stu3 = { "zhangsan",20,"male","1025347" };//定义结构体全局变量 stu3 并赋值
struct Node
{
  int data;
  struct Stu p;
  struct Node* next;
}n1 = { 10, {"lili",21,"female","10225678"}, NULL }; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = { 20, {"wangwu",21,"male","10225678"}, NULL };//结构体嵌套初始化
int main()
{
  struct Stu stu4;//定义结构体局部变量 stu4
  return 0;
}

二、结构体的内存对齐

结构体所占空间大小是多少呢？是不是将成员列表中不同类型所占字节数相加的结果呢？

分析下列代码：

#include <stdio.h>
struct S
{
  char a;
  int b;
  char c;
}s;
struct D
{
  int b;
  char a;
  char c;
}d;
int main()
{
  printf("S所占字节数：%d\n", sizeof(struct S));
  printf("D所占字节数：%d\n", sizeof(struct D));
  return 0;
}

这种题目很简单，小意思嘛！S所占字节数=1+4+1=6byte；D所占字节数=4+2+2=6byte；

真的就这么简单吗？？？？？？？先看运行结果：

结果图的内存大小到底怎么计算呢？

首先得掌握结构体的对齐规则：

       1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

       2. 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

       3. 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。

       4. 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。

结构体嵌套的情况如何计算，代码如下：

#include <stdio.h>
//结构体嵌套问题
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("%d\n", sizeof(struct S4));
  return 0;
}

为什么会存在内存对齐？

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。

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：

       如下代码，两个成员变量相同，但是位置不同，所得到的结果也就存在差异；通过比较，如果将 让占用空间小的成员尽量集中在一起，就能够既要满足对齐，又节省空间；

#include <stdio.h>
struct S1
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
struct S2
{
  char c1;
  char c2;
  int i;
};
int main()
{
  printf("%d\n", sizeof(struct S1));
  printf("%d\n", sizeof(struct S2));
  return 0;
}