结构体内存对齐和位段（重点）！！！

前言

前面的博客学习了整形和浮点型在内存中的存储，接下来学习计算结构体的大小之前博客提及过结构体C语言操作符之神秘，我们这篇博客将深入学习结构体的具体内容。

1.结构体类型的声明

结构是⼀些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

结构的声明

   struct tag
//关键字  结构体名称
   {
     member-list;//成员列表
   }variable-list;//变量列表

结构的特殊声明

//匿名结构体类型
struct
{
     int a;
     char b;
     float c;
}x;

警告：匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只能使⽤⼀次。

2.结构的自引用

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 Node
{
    int a;
    struct Node next;
};

但是我们要计算该结构体的大小，仔细分析，其实是不⾏的，因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量，这样结构体变量的⼤⼩就会⽆穷的⼤，是不合理的。

正确的自引用方法：

struct Node
{
    int a;
    struct Node* next;//指针
};

3.结构体内存对齐

3.1对齐规则

1.结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处 2.其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。 对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数与该成员变量⼤⼩的较⼩值。 3.结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数（结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数，所有对⻬数中最⼤的）的整数倍。 4.如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体中成员的对⻬数）的整数倍。

注： VS 中默认的值为 8 Linux中?gcc?没有默认对⻬数，对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩

练习 1

struct S
{
	char c1;//1
	char c2;//1
	int i;//4
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S));//8
}

在这里插入图片描述

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练习 2（嵌套）

struct S1
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct S
{
	char c1;
	struct S1 s3;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S));
}

在这里插入图片描述

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3.2为什么存在内存对⻬?

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⻬。原因在于，为了访问未对⻬的内存，处理器需要作两次内存访问；⽽对⻬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⻬成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：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。 那在设计结构体的时候，我们既要满⾜对⻬，⼜要节省空间，

或许让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起是一个不错的方法：

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%zd %zd", sizeof(struct S1), sizeof(struct S2));
}

在这里插入图片描述

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⻬数

#pragma pack(1)
struct S
{
	char c1;//1
	char c2;//1
	int i;//4
};
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S));//8
}

在这里插入图片描述

4.结构体实现位段

4.1什么是位段

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。

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;
	printf("%d", sizeof(struct S));
}

在这里插入图片描述

运行结果为什么是8呢？，这要我们了解位段的内存分配

4.2位段的内存分配

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。 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。

在这里插入图片描述

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。

4.3位段的使用

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。

struct A
{

	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};
int main()
{
	struct A sa = { 0 };
	//scanf("%d", &sa._b); //这是错误的
	//正确的⽰范
	int b = 0;
	scanf("%d", &b);
	sa._b = b;
	return 0;
}

完结

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