【C语言基础】：自定义类型（一）--＞ 结构体-2

【C语言基础】：自定义类型（一）--＞ 结构体-1

https://developer.aliyun.com/article/1538318

【练习1】

struct S1
{
  char c1;  // 占1个字节
  char c2;  // 占1个字节
  int i;  // 占4个字节
};

【练习2】

struct S2
{
  double d;
  char c;
  int i;
};

【练习3】

结构体中嵌套结构体

struct S3
{
  double d;
  char c;
  int i;
};

struct S4
{
  char c1;
  struct S3 s3;
  double d;
};

解析：这里就要对应规则4，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处，S3中最大的对齐数是8，即要对齐到8的整数倍处。结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍，也是8的倍数。

3.2 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。假设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。如果我们能保证将所有的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。

设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间

• 让占用空间小的成员尽量集中在一起

struct S1
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};

struct S2
{
  char c1;
  char c2;
  int i;
};

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（S1占12个字节，S2占8个字节）。

3.3 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齐数。

【示例】：

#include<stdio.h>
#pragma pack(1)  //设置默认对⻬数为1
struct S1
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
#pragma pack()  //取消设置的对⻬数，还原为默认

int main()
{
  struct S1 s1;
  printf("%zd\n", sizeof(s1));
  return 0;
}

结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

四、结构体传参

【示例1】：

#include<stdio.h>
struct S
{
  int arr[1000];
  int num;
  double d;
};
void print1(struct S s)
{
  for (int i = 0; i < 5; i++)
  {
    printf("%d ", s.arr[i]);
  }
  printf("\n");
  printf("%d\n", s.num);
  printf("%lf\n", s.d);
}
int main()
{
  struct S s = { {1,2,3,4,5}, 100,3.14 };
  print1(s);
  return 0;
}

【示例2】：

struct S
{
  int arr[1000];
  int num;
  double d;
};
void print2(const struct S* ps)
{
  for (int i = 0; i < 5; i++)
  {
    printf("%d ", ps->arr[i]);
  }
  printf("\n");
  printf("%d\n", ps->num);
  printf("%lf\n", ps->d);
}
int main()
{
  struct S s = { {1,2,3,4,5}, 100,3.14 };
  print2(&s);
  return 0;
}

示例1和示例2中首选示例2，因为示例传参时是将结构体在拷贝一份给形参，本身这个结构体所占的空间就比较大，在拷贝一份太占用空间，不太合适，而示例2传的是一个指针，可以通过这个指针直接访问这个结构体，不需要额外创建多余空间，当然，为了结构体内容不被修改，可以加一个const进行修饰。

原因：

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

结论：

结构体传参的时候，要传结构体的地址。

五、结构体实现位段

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 或signed int ，在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型。
2. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

【示例】：

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

A就是一个位段类型。

5.2 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 等类型。
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。

【示例】：

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;
  return 0;
}

5.4 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。

5.5 位段使用的注意事项

位段的几个成员共有同⼀个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配一个地址，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，只能是先输入放在一个变量中，然后赋值给位段的成员。

【示例】：

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

int main()
{
  struct S s = { 0 };
  // scanf("%d", &s._b);  // 这是错误的

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