【C语言】结构体&&内存对齐问题

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📇文章目录

• 🏷️ 结构体
• • 📜1.什么是结构体
  • 📜2.结构体类型的声明
  • • ⭐特殊的声明
  • 📜3.结构体的自引用
  • 📜4.结构体变量的定义和初始化
  • 📜5.结构体的内存对齐⭐
  • • ⭐具体的对齐规则是什么呢？
    • 🏷️offsetof--宏
    • ⭐为什么存在对齐呢？
  • 📜6.修改默认对齐数
  • 📜7.结构体传参

🏷️ 结构体 📜1.什么是结构体

之前我们 *** 作的都是数字，在计算机中我们如何描述一个复杂对象呢
比如描述一个学生：
1.学号
2.姓名
3.年龄
4.成绩
都需要我们进行定义
因此出现了结构体-----用于描述复杂对象

📜2.结构体类型的声明

struct tag{
	member-list;//成员列表
}variable-list;//用结构体创建的变量列表

以描述一个学生为例：

struct Stu{
	char name[20];//学生姓名
	int age;//学生年龄
	char sex[5];//学生性别
	 char id[20];//学生学号
};//分号不可丢掉！

这就声明了一个结构体类型 Stu

⭐特殊的声明

在结构体声明中 可以不完全声明：省略结构体标签 tag------匿名结构体类型

struct     //这里省略结构体标签
{
	int a;
	char c;
	double c;
}x;
struct 
{
	int a;
	char c;
	double c;
}a[20],*p;

这时候其实就会出现一些问题
虽然两个匿名结构体的成员一模一样
但是编译器会认为 上面定义的两个结构体不是同一类型的
所以

	p=&x; 

这条语句是不合法的！！
其实，匿名结构体 只能在定义的时候这里使用一次
之后就不可以使用了(你连个名字都没有，怎么创建新的变量呢？
所以 这东西根本没什么用

📜3.结构体的自引用

顾名思义 结构体自己引用自己

struct Node
{
	int data;
	struct Node Next;
};

这样可以吗？
一个结构体中包含一个int 数据和 一个同类型的结构体
但是这样就会有一个问题：
结构体的大小是 int + 内部结构体的大小
而内部结构体的大小又是它内部int和内部的结构体大小的和
这就成死递归了
所以我们不这样自引用
正确的自引用方式是：

struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;//里面是同类型结构体的地址
};

这里可以使用typedef–类型重定义进行定义

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

即–把struct Node重新定义成了 Node

📜4.结构体变量的定义和初始化

下面是常见的结构体变量的定义方式和其初始化

struct Point
 { 	
 	int x;
  	int y;
 }p1; //声明类型的同时定义变量
 p1 struct Point p2;//定义结构体变量p2
 
 //初始化：定义变量的同时赋初值。


struct Point p3 = { x, y };

 struct Stu  //类型声明 
{
 	char name[15];//名字
  	int age;    //年龄
}; 
struct Stu s = { "zhangsan", 20 };//初始化
struct Node 
{
 	int data;
  	struct Point p;
	struct Node* next; 
}n1 = { 10, {4,5}, NULL }; //结构体嵌套初始化 

struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };//结构体嵌套初始化

📜5.结构体的内存对齐⭐

嗨害嗨~ 好玩的来咯~

我们先来看两个例子


我们换一下顺序

嗯嗯嗯? 这怎么换一下顺序就不一样了呢？？？
这是因为结构体在内存中是存在某种对齐的
使得原来的空间因为对齐而变大了

---

⭐具体的对齐规则是什么呢？

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没有默认对齐数 自身大小就是默认对齐数
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

偏移量如下图所示

现在我们对上面的 结构体S1为什么是 12进行解释

相信结构体S2你能知道为什么是8了吧
再举嵌套结构体的例子

🏷️offsetof–宏

offsetof用来计算结构体成员相对于起始位置的偏移量
头文件：stddef.h
使用：offsetof(struct tag,member）

以上面的嵌套结构体为例：

---

⭐为什么存在对齐呢？

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

比如某个平台只能在4的倍数的地址处进行数据读取，那么这时候就需要吧数据对齐到地址为4的倍数的地方 否则无法读取内存

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。
   

   
   

举个例子：
对于

struct S
{
	char c;
	int i;
};
struct S s

在32位机器上–一次读写4个字节
如果不考虑对齐：

如果你想拿出其中的i
你需要读取两次
>

总的来说

结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法

在设计结构体的时候-要既要满足对齐，又要节省空间：

让占用空间小的成员尽量集中在一起

📜6.修改默认对齐数

可以看到 不同默认对齐数情况下定义的结构体 大小是不一样的！
需要注意的是 默认对齐数 至少为1
那既然这样为什么不知直接改成1呢？----改成一就不对齐了
我们一般改对齐数为2的几次方 以匹配机器的读取习惯

定义S1的时候为什么需要恢复 对齐数呢？
如果未对#pragma pack进行取消，那么其作用域便是本文件,如果是头文件,则会影响到包含它的模块,如此一来，由于没有及时地设回去，可能会莫名其妙地引起程序崩溃 所以一定要设回去

📜7.结构体传参

显然 我们直接可以利用形参，把结构体拷贝一份传入函数
但是我们知道 结构体的大小一般是比较大的，如果结构体过大，这样会在栈空间开辟一大块用于存放形参的空间，显然造成了内存的浪费
如：

这样太浪费空间了
所以我们一般不这样传递
一般我们直接传递结构体的指针
利用指针访问结构体成员



可以看到 两种结果是一样的
总结：
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
所以！ 结构体传参的时候，要传结构体的地址！！！