结构体

结构体基础知识

关于结构体的一些基础知识博主在前面的博文：《初始结构体》中有讲到，有兴趣的宝子可以点下面的链接进行学习 这次博主就《初始结构体》进行一个补充

结构的自引用

结构体的自引用就是指在结构体内部，包含指向自身类型结构体的指针。

正确使用方式如下

1. struct Node
2. {
3. int data;
4. struct Node* next;
5. };

这是正确的使用。可是有些同学写成下面的代码

1. struct Node
2. {
3. int data;
4. struct Node next;
5. };

这就错了，切记，结构体自引用，成员定义只能是指针，如果结构体内成员定义为struct Node; 则会报错，因为next定义中又有next，无限循环，系统无法确定该结构体的长度，会判定定义非法

初次之外还有的同学写成下面的代码

1. typedef struct
2. {
3. int data;
4.  Node* next;
5. }Node;

这也是错的，因为我们这里是先打开的stuct，使用了Node，而这时Node还未定义。进行编译后就会出现以下错误

对于这个错误我们可以进行改进一下就可以用了，实现如下

1. typedef struct Node
2. {
3. int data;
4. struct Node* next;
5. }Node;

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。

那么我们该如何计算结构体的大小呢？

结构体也有自己的大小，但是结构体的大小并不是简单地将每个结构体成员的大小相加就能得到。

结构体的大小计算遵循结构体的对齐规则：

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。

      VS中默认的值为8

      Linux中没有默认对齐数，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（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。

结构体大小计算

知道了结构体内存对齐规则，我们就可以计算结构体的大小了。计算结构体的大小可分为 三个步骤。我们拿下面这个结构体举例（博主使用编译器为vs）：

1. struct S1
2. {
3. char c1;
4. int i;
5. char c2;
6. };

第一步：找出每个成员变量的大小将其与编译器的默认对齐数相比较，取其较小值为该成员变量的对齐数

第二步：根据每个成员对应的对齐数画出它们在内存中的相对位置。

第三步：通过最大对齐数决定最终该结构体的大小。

注意：大多数情况下，成员变量已经占用的总字节个数并不一定正好为其成员变量中的最大对齐数的整数倍，这时我们需要将其扩大为最大对齐数的整数倍。如图中绿色后的黄色部分

结构体内有结构体的计算图解

存在内存对齐的原因

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；某些平台只能在某些地址处取得某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

比如，当一个平台要取一个整型数据时只能在地址为4的倍数的位置取得，那么这时就需要内存对齐，否则无法访问到该整型数据。

性能原因： 数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需一次。

在画图时可能有博友会想，内存这么重要，在进行内存对齐的时候怎么还有内存被白白浪费掉呢？

现在看来，其实结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

设计结构体时的技巧

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：

让占用空间小的成员尽量集中在一起。 例如以下代码

1. struct S1
2. {
3. char c1;
4. int i;
5. char c2;
6. };
7. struct S2
8. {
9. char c1;
10. char c2;
11. int i;
12. };

S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。

修改默认对齐数

要修改编译器的默认对齐数，我们需要借助于以下预处理命令：

#pragma pack()

如果在该预处理命令的括号内填上数字，那么默认对齐数将会被改为对应数字；如果只使用该预处理命令，不在括号内填写数字，那么会恢复为编译器默认的对齐数。

1. #pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
2. struct S1
3. {
4. char c1;
5. int i;
6. char c2;
7. };
8. #pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
9. #pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
10. struct S2
11. {
12. char c1;
13. int i;
14. char c2;
15. };
16. #pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认

于是，当结构体的对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。