解析C语言结构体、位段

一、结构体是C和C++用户自己来定义的一种数据类型。

1、结构体变量的定义方法由三种：

（1）先声明结构体类型再定义结构体变量；

在C语言中，定义结构体变量要在结构体类型名前加关键字struct,而C++也保留了这一用法，例：

struct Student student1, student2;

但C++语言也提出了新的方法，即在定义结构体变量时，不需要加关键词struct。

（2）在声明类型的同时定义结构体变量；例：

struct student{int num;char name[20];char sex;int age;float score;}student1,student2;

（3）直接定义结构体变量，这种方法虽然合法，但不建议使用。

还是提倡第一种用法。

2、结构体变量的初始化：在定义结构体变量时进行初始化。例：

struct Student{int num;char name[20];int age;char sex;float score[6];}student{ 112, "lisi", 85,'M', { 20, 12, 15, 45, 76, 78 } };

3、struct 和 typedef  struct.

(1) 在C语言中定义结构体如果使用 typedef  struct:

typedef struct Student{int num;char name[20];int age;char sex;float score[6];};

在定义结构体变量中就可以直接使用：

int main(){Student student1;return 0;}

如果没有 typedef,在定义结构体变量时，类型前面就要加上关键字 struct。而在C++中，定义结构体时可以直接进行定义，不需要关键字 struct。

（2）然而在C++中使用 typedef 会有不同的意义，例：

typedef struct Student{int num;char name[20];int age;char sex;float score[6];}student1;struct Student{int num;char name[20];int age;char sex;float score[6];}student2;

其中，student1又是一个结构体类型，student2是一个结构体变量，在对其对象访问时有一定的区别。
4、结构体的内存存储
（1）内存对齐规则：

        a)结构体的第一个成员永远都放在结构的0偏移处；

        b)从第二个成员开始，都要对齐到某个对齐数的整数倍；（对齐数为结构体成员自身的大小和系统默认对齐数的较小值，Vs中默认的值为8，linux中默认的值为4）

        c)结构体的总大小必须是最大对齐数的整数倍。

        d)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的整数倍。

#include<stdio.h>#include<iostream>struct Student//Vs系统的默认对齐数为8，该结构体成员类型最大所占字节为4，所以对齐数为4{int num;            //4个字节       0-3偏移处//从0偏移处开始存放，存放4个字节char name[20];      //20个字节      4-23偏移处//存放了4个字节刚好为结构体对齐数的整数倍，则紧挨着从接下来的4偏移处开始存放20个字节int age;            //4个字节       24-27偏移处//存放了24个字节刚好为结构体对齐数的整数倍，则紧挨着从接下来的24偏移处开始存放4个字节char sex;           //1个字节       28偏移处//存放了28个字节刚好为结构体对齐数的整数倍，则紧挨着从接下来的28偏移处开始存放1个字节float score[6];     //24个字节      32-55偏移处//存放了29个字节，不是4的整数倍，则要浪费掉3个字节，从接下来的4的倍数的偏移处开始存放，即从32偏移处开始存放24个字节}student2;//结构体内存存放到了55偏移处，则存放了56个字节，则结构体的大小为56int main(){Student student1;printf("%d\n", sizeof(student2));system("pause");return 0;}

（2）内存对齐的原因：

         a)平台原因：不是所有硬件平台都能够访问任意地址上任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取得某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常；

         b)性能原因：数据结构应该尽可能地在自然边界上对齐。原因是为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问，二对齐的内存访问仅需一次访问。

#include<stdio.h>struct Student{char name;int age;};int main(){Student student;return 0;}

#include<stdio.h>struct Student{int age;int num;double score;};int main(){Student student;return 0;}

二、结构体与位段

1、位段：有些信息的存储并不需要占用一个字节，只需要几个或一个比特位，为了节省空间，C语言提供了一种数据结构----位段。其成员类型可为：int、char、signed int、unsigned int 。

2、结构体实现位段：

#include<stdio.h>#include<iostream>struct Student{int a : 5;signed int b : 1;unsigned int c : 3;};int main(){Student student1{ 5, 1, 2 };printf("%d\n", sizeof(student1));    //占4个字节的空间printf("%d\n", sizeof(Student));     //占4个字节的空间system("pause");return 0;}

3、位段的大小计算

      a)1)如果一个位段存储单元能够存储得下位段结构中的所有成员，那么位段结构中的所有成员只能放在一个位段存储单元中，不能放在两个位段存储单元中；如果一个位段存储单元不能容纳下位段结构中的所有成员，那么从剩余的位段从下一个位段存储单元开始存放。(在VC中位段存储单元的大小是4字节)；

      b)如果一个位段结构中只有一个占有0位的无名位段，则只占1或0字节的空间(C语言中是占0字节，而C++中占1字节)；否则其他任何情况下，一个位段结构所占的空间至少是一个位段存储单元的大小。

例:以结构体实现位段代码为例：

4、位段的跨平台问题：位段不存在对齐，不支持跨平台。