C语言struct关键字详解

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  struct 是个神奇的关键字，它将一些相关联的数据打包成一个整体，方便使用。

  在网络协议、通信控制、嵌入式系统、驱动开发等地方，我们经常要传送的不是简单的字节流（char 型数组），而是多种数据组合起来的一个整体，其表现形式是一个结构体。

  经验不足的开发人员往往将所有需要传送的内容依顺序保存在char型数组中，通过指针偏移的方法传送网络报文等信息。这样做编程复杂，易出错，而且一旦控制方式及通信协议有所变化，程序就要进行非常细致的修改，非常容易出错。这个时候只需要一个结构体就能搞定。平时我们要求函数的参数尽量不多于4个，如果函数的参数多于4个使用起来非常容易出错（包括每个参数的意义和顺序都容易弄错），效率也会降低（与具体CPU有关，ARM芯片对于超过4个参数的处理就有讲究，具体请参考相关资料）。这个时候，可以用结构体压缩参数个数。

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C语言中struct的内存对齐

  为了让CPU能够更舒服地访问到变量，struct中的各成员变量的存储地址有一套对齐的机制。这个机制概括起来有两点：

1. 每个成员变量的首地址，必须是它的类型的所占字节数的整数倍，如果不满足，它与前一个成员变量之间要填充(padding)一些无意义的字节来满足；
2. 整个struct的大小，必须是该struct中所有成员的类型中占字节最大者的整数倍，如果不满足，在最后一个成员后面填充。

  举个例子：

struct student{    char sex;    int score;};

  第一个char类型成员与第二个int类型成员之间会填充数据，以满足第一个要求；

  最大长度为整型占用4个字节的空间，所以其占用的空间为4的倍数，这样s占用的空间就是8个字节。

  另外，数据成员的书写顺序也会影响结构体占用的空间的大小：

struct student{    char sex;    int score;    char subject;};

  占用的是4x3为12个字节，内存结构为先为sex分配一个字节的空间，然后执行对齐操作，下一个int型变量在下一个四字节的空间，然后，后面的subject为了对齐还占用4个字节的空间。

  而如果是下面这种书写顺序：

struct student{    char sex;    char subject;    int score;};

  占用的是2X4为8个字节的空间，因为前两个字符连续存放在了四字节的空间的前两个里面。为了执行对齐，空了两个字符的空间，下一个int型的变量存放在下一个四字节的空间中。

  总结：因为struct结构体的存储顺序会影响空间的使用率，所以以后应该尽量将相同数据类型的变量连续写。

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空结构体多大？

  注意下面这个空结构体：

struct student{}stu;

  sizeof(stu)的值是多少呢？很遗憾，不是0，而是1。为什么呢？你想想，如果我们把struct student 看成一个模子的话，你能造出一个没有任何容积的模子吗？

  显然不行。编译器也是如此认为。编译器认为任何一种数据类型都有其大小，用它来定义一个变量能够分配确定大小的空间。既然如此，编译器就理所当然的认为任何一个结构体都是有大小的，哪怕这个结构体为空。那万一结构体真的为空，它的大小为什么值比较合适呢？

  假设结构体内只有一个char 型的数据成员，那其大小为1byte（这里先不考虑内存对齐的情况）.也就是说非空结构体类型数据最少需要占一个字节的空间，而空结构体类型数据总不能比最小的非空结构体类型数据所占的空间大吧。这就麻烦了，空结构体的大小既不能为0，也不能大于1，怎么办？定义为0.5个byte？但是内存地址的最小单位是1 个byte，0.5 个byte 怎么处理？解决这个问题的最好办法就是折中，编译器理所当然的认为你构造一个结构体数据类型是用来打包一些数据成员的，而最小的数据成员需要1 个byte，编译器为每个结构体类型数据至少预留1 个byte的空间。所以，空结构体的大小就定位1 个byte。

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柔性数组

  也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。

  C99 中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做柔性数组成员，但结构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。柔性数组成员允许结构中包含一个大小可变的数组。sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。包含柔性数组成员的结构用malloc()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组的预期大小。

  柔性数组到底如何使用呢？看下面例子：

typedef struct st_type{   int i;   int a[0];}type_a;

  有些编译器会报错无法编译可以改成：

typedef struct st_type{   int i;   int a[];}type_a;

  这样我们就可以定义一个可变长的结构体， 用sizeof(type_a) 得到的只有4 ， 就是sizeof(i)=sizeof(int)。那个0 个元素的数组没有占用空间，而后我们可以进行变长操作了。通过如下表达式给结构体分配内存：

type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));

这样我们为结构体指针p 分配了一块内存。用p->item[n]就能简单地访问可变长元素。

  但是这时候我们再用sizeof（*p）测试结构体的大小，发现仍然为4。是不是很诡异？我们不是给这个数组分配了空间么？

  别急，先回忆一下我们前面讲过的“模子”。在定义这个结构体的时候，模子的大小就已经确定不包含柔性数组的内存大小。柔性数组只是编外人员，不占结构体的编制。只是说在使用柔性数组时需要把它当作结构体的一个成员，仅此而已。再说白点，柔性数组其实与结构体没什么关系，只是“挂羊头卖狗肉”而已，算不得结构体的正式成员。

  需要说明的是：C89不支持这种东西，C99把它作为一种特例加入了标准。但是，C99所支持的是incomplete type，而不是zero array，形同int item[0];这种形式是非法的，C99支持的形式是形同int item[];只不过有些编译器把int item[0];作为非标准扩展来支持，而且在C99发布之前已经有了这种非标准扩展了，C99发布之后，有些编译器把两者合而为一了。

  当然，上面既然用malloc函数分配了内存，肯定就需要用free函数来释放内存：

free(p);

  经过上面的讲解，相信你已经掌握了这个看起来似乎很神秘的东西。不过实在要是没掌握也无所谓，这个东西实在很少用。

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struct与class的区别

  在C++里struct关键字与class关键字一般可以通用，只有一个很小的区别。struct的成员默认情况下属性是public的，而class成员却是private的。很多人觉得不好记，其实很容易。你平时用结构体时用public修饰它的成员了吗？既然struct关键字与class关键字可以通用，你也不要认为结构体内不能放函数了。