【自定义类型详解】（结构体、位段）

文章目录

一、结构体 

• 结构体类型的声明
• 结构的自引用
• 结构体内存对齐

二、位段

• 什么是位段
• 位段的内存分配
• 位段的跨平台问题
• 位段的应用

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前言

本章干货满满，仔细看噢！！！

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一、结构体

1.1 结构体的声明

  

例如：描述一个学生

typedef struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}Stu；//分号不能丢

1.2 特殊声明

在声明结构体的时候，可以不完全声明。

可别觉得这是错误的，这是C语言语法支持的。 

 

 问题来了，这两个匿名结构体成员都一样那可不可以写成p=&x呢？

当然是不行的，这样写编译器会报一个警告。

因为匿名结构体的成员如果一样，在编译器看来也是不同类型的结构体！

 1.3 结构体的自引用

如果你学了数据结构中的链表，这一块那还是很好理解的。

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢

struct stu
{
	int age;
	struct stu next;
};

这样是否可行呢？如果可行sizeof(struct stu)的大小是多少呢？

不会真去算了吧。

这个代码肯定是错误的啦。

正确的自应用应该是这样：

struct stu
{
	int age;
	struct stu* next;//指针
};

 那么问题又来了写成匿名结构体这样可行吗？

typedef struct
{
	int data;
	Node* next;
}Node;

肯定也是错的啦。这是一个先有鸡还是先有蛋的问题。

这里typedef重命名用Node,但是结构体里面就要用Node，这是不是冲突了。 

这才是正确的写法：

typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;

 可不要写错了。

重点来了！！！敲黑板！！！

1.4 结构体内存对齐

这是许多大厂的热门考点。

先来看看这段代码。

是不是和你想的不太一样，为什么结果是12呢？ 

先来了解一下结构体内存对齐的规则：

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
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。

解释：

是不是感觉自己又行了。那就在多练几题吧。

讲了那么多动手算一算吧

答案是：16 

在有些编译器下没有默认对齐数的时候，自身的大小就是对齐数 

那么结构体里面嵌套了一个结构体大小又是多少呢？

当然这里我偷了下懒int i没有画，后面的做法和上面一样，此结构体的大小是32。

说了这么多，你们不会该质疑我，偏移量到底有没有算对？该不会是在蒙你们吧？

冤枉啊，其实还真不是在蒙你们。往下看。

offsetof—宏

计算结构体成员相对于起始位置的偏移量的

size_t offsetof( structName, memberName );

头文件

 

 没蒙你们吧。

 那么为什么要结构体对齐呢？

大部分的参考资料都是如是说的：
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。
做法：让占用空间小的成员尽量集中在一起。
例如：

struct S2
{
char c1;//1
char c2;//1
int i;//4
};

1.5 修改默认对齐数 

 #pragma 这个预处理指令，可以改变我们的默认对齐数

 这里虽然我们可以修改默认对齐数，但是我们也不能随意改，一般我们修改的数值是2的指数次方，因为我们的机器一般读取的是4或8个字节长度，这样也方便机器读写。

结论：结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数。

 二、位段

结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能力。

2.1 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 、char或signed int。 
   2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
例如： 

struct s
{
	int a : 2;
	int b : 5;
	int c : 10;
	int d : 30;
};

 s就是一个位段类型，那么位段s的大小是多少呢？

为什么是8呢？

往下看。

在实际我们写代码中，我们用不到那么大的内存空间，而位段正好帮我们解决了这个问题，节省了不必要的空间。

2.2 位段的内存大小分配  

敲黑板！！！ 重点来了！！！

struct s
{
	int a : 2;//_a这个成员只占2个bit位
	int b : 5;//_b这个成员只占5个bit位
	int c : 10;//_c这个成员只占10个bit位
	int d : 30;//_d这个成员只占30个bit位
};

结果：

 解释：

 不难看出位段还是会有空间的浪费，但是浪费的不多，相比于结构体来说已经很节省了，所以不要矫枉过正了。

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。（vs是从右向左的）
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。（不同的编译器不一样）

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。

 2.4 位段的应用

 如果没有位段的话就很难实现上图的功能了。