【自定义类型引领视觉盛宴】（上）：https://developer.aliyun.com/article/1424800

再来练习一个

#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct S1
{
  int i;
  char c1;
  char c2;
};
int main()
{
  //offsetof可以计算结构体成员相较于结构体起始位置的偏移量
  printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
  printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
  printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));
  return 0;
}

代码图解：

验证：

结构体嵌套问题的字节大小求解

#include<stdio.h>
//练习3-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 S4));
  return 0;
}

代码图解：

验证：

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。

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： 让占用空间小的成员尽量集中在一起。

//例如：
struct S1
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};//12字节
struct S2
{
  char c1;
  char c2;
  int i;
};//8字节

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。

1.7 修改默认对齐数

之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
    //输出的结果是什么？
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0;
}

运行结果：

1.8 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);
  printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
  print1(s);  //传结构体
  print2(&s); //传地址
  return 0;
}

上面的 print1 和 print2 函数哪个好些？

       print2更好，因为函数传参的时候，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。

2. 位段

2.1 什么是位段

• data_type：表示位段的数据类型。通常可以是整数类型（例如int、char、unsigned int等），也可以是自定义的枚举类型等。
• member_name：是位段的成员名，用于访问和操作该位段。
• number_of_bits：是指定该位段所占用的位数。这决定了位段可以表示的最大值范围。通常情况下，位段的位数不能超过其数据类型所能表示的位数。

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 。
2. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

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

A就是一个位段类型。 那位段A的大小是多少？

printf("%d\n", sizeof(struct A));

运行结果：

解释：

       总共需要2个整型（int）来存储结构体struct A的位段成员。而一个整型通常占用4个字节（32位），所以结构体struct A的大小为8个字节。

2.2 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 （属于整形家族）类型
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。
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。

//一个例子
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;
  return 0;
}

空间是如何开辟的？

2.3 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。
2. 位段中最大位的数目不能确定。（16位机器最大16，32位机器最大32，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。
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，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

位段的优点：

       位段允许将多个小的数据成员按位进行存储，从而节省内存空间。在某些嵌入式系统或资源受限的环境中，使用位段可以显著减小数据结构的内存占用。

【自定义类型引领视觉盛宴】（下）：https://developer.aliyun.com/article/1424807