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那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到？
结构体
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。
它可以用来描述复杂对象。? ? ? ?比如：当描述一个学生的基本情况，c语言里提供的（int、char、double.....）类型无法满足描述这种复杂类型,所以结构体就可以很好来解决这类情况。
结构的声明
struct stu
{
char name[20];//姓名
char sex[5];//性别
int age;//年龄
char id[20];//学号
};//分号不能丢?? ?char name[20];//姓名
?? ?char sex[5];//性别
?? ?int age;//年龄
?? ?char id[20];//学号? ?------------------成员变量，用来描述学生个人信息
特殊的声明
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], * p;我们发现struct后面没有结构体标签，这种类型叫做匿名结构体。
匿名结构体特点
1、定义变量时只能在创建结构体同时定义，在后面不能定义。
2、如果遇到两个匿名结构体成员变量一样，编译器也会把这两种声明当成完全不同的类型。
//在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？
p=&x;
警告： 编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。 所以是非法的。
?结构的自引用
在一个结构体中包含一个类型为该结构体类型是否可以呢？
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
//可行否？
如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？
?
?这用定义是不正确的。一个结构体里面不能包含一个类型为该结构体类型。
计算sizeof时：
struct Node next;在调用时会不断递归 / 死循环下去，不断消耗栈空间。造成系统崩溃。
正确改进方法：
#include<stdio.h>
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct Node));
}计算结果如下：
?int 是4个字节 struct Node*是指针，在32位平台上也是4个字节，根据结构体内存对齐原理（在后面会详细介绍），不难算出大小事8个字节。
注意
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
这样的代码正确吗？?
Node*next;在定义时，Node是在后面定义的，在这里还没有声明出来，编译器还不能识别。
改进：
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;结构体内存对齐
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
? ? ?Linux中的默认值为4
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
是不是感觉无从下手，接下来我们来举个栗子：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
? ?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中的默认值为4char是1个字节char 1个字节< 8个字节 ------- 偏移量为1
int? ? 4个字节< 8个字节 ------- 偏移量为4
char 1个字节< 8个字节 ------- 偏移量为1
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。
下一个位置偏移量为1，不是4的倍数，所以要浪费3个字节的空间到偏移量为4的位置。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
和上面同理。
char的偏移量为1,8是1的倍数。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
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。
? ? 此时结构体的大小事9个字节，不是最大偏移量（4）的倍数，所以要继续浪费3个字节的空间。此时结构体的大小为12。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
到这里是不是对结构体内存对齐有个大致的了解了？
对于结构体嵌套结构体的情况举个栗子：?
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
struct S1 s1;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}char 偏移量为1
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
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
struct S1在通过上面的计算已知为12。
嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处：struct S1里面成员最大的对齐数为4（int）。但是在对齐数之后填充的字节个数为struct S1的字节大小。
double的类型为8（要从偏移量为8的倍数处开始往后填充）
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?此时结构体的大小为24，是最大偏移量的整数倍。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?为什么存在结构对齐
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
?
在这里解释下性能原因：
假设CPU一次读取4个比特位，如果存在内存对齐，每次读到的都是有效地址，此时CPU只需要读取一次就可以了。?
第一次在读取时，假设CPU一次往后读取了4个比特位，其中0x00ff42 和它后面的地址对应的空间也被读取了。
在第二次读取时，又从0x00ff42那个位置开始读取，和第一次读取内存时地址0x00ff42访问了两遍。
这种重复的过程占用了不该消耗的CPU，导致性能下降。
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，如何做到？
1、让占用空间小的变量尽量集中在一起
?
//例如：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
S1和S2的成员变量一样，但是结构体大小却不一样。
2、修改默认对齐数
#pragma pack(2)//假设设置默认对齐数为2
#pragma pack() //取消默认对齐数，还原为默认
实际比较一下：
#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为8
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
//输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}结果如下：
? ??
?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。
?注意：尽量设置为2的次方个数。
offsetof 宏实现? ??
既然了解了结构体偏移量，在这里介绍一个函数:offsetof(计算结构体中某变量相对于首地址的偏移量)
? ? ? ? ? ? ?
structNama：结构体类型名
memberName：对应结构体成员中的变量名
#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
//例如：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
}s1;
int main()
{
int ret = offsetof(struct S1, i);
printf("%d\n", ret);
return 0;
}运行结果：
?位段
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 或signed int....（整型）?。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
举个栗子：
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};A就是一个位段类型。那位段A的大小是多少？
测试结果如下：
? ? ? ? ??
?这时候我们发现计算出来的结果大小和我们的预测很不一样。通常我们会以结构体的计算方式来，但是在这里并不是这样。
那具体是怎么计算的呢？
在存放_a的时候首先开辟一个4个字节的空间 - 32个比特位;
_a占2个字节；紧接着_b会在同一块空间存放；_c也会接着存放；此时一共占用了17个比特位<32个比特位。
_d在存放时，第一次开辟的32个比特位空间大小不够了，会重新开辟一次；
整体一共开辟8个字节。
位段的内存分配
1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型
2. 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。
3. 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。
我们接下来以VS为例，来测试一下。
举个栗子：
struct S
{
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;用一张图来解释~
?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。
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。
?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。
位段的应用
? ? ? ?假如我们给某个人发消息时，传输信息时?并不简简单单的把消息传输到后台服务器，而是将分装好的消息进行传输，由上图可知，有效的利用了位段的特点，将各类要分装的信息空间利用合理化，有效节省空间，这样整个网络状态就大大提高。
? ? ? 如果不使用位段的，好比高速公路上全是大卡车在行驶；如果使用位段，好比高速公路上全是小轿车在跑。这两者对比起来我们不难发现后者情况交通会更加流畅。
枚举
枚举顾名思义就是一一列举。
把可能的取值一一列举。
比如我们现实生活中：
一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举。
性别有：男、女、保密，也可以一一列举。
月份有12个月，也可以一一列举
颜色也可以一一列举。
枚举的定义
enum Day//星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex//性别
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
}；
enum Color//颜色
{
RED,
GREEN,
BLUE
};以上定义的 enum Day ， enum Sex ， enum Color 都是枚举类型。 {}中的内容是枚举类型的可能取值，也叫枚举常量 。
这些可能取值都是有值的，默认从0开始，一次递增1，当然在定义的时候也可以赋初值。 例如：
enum Color//颜色
{
?? ?RED = 1,
?? ?GREEN = 4,
?? ?BLUE?
};
对于每个变量的数值情况：
? ? ? ? ? ? ? ? ??
?枚举的优点
为什么使用枚举？
我们可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？ 枚举的优点：
1. 增加代码的可读性和可维护性
2. 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
3. 防止了命名污染（封装）
4. 便于调试
5. 使用方便，一次可以定义多个常量
枚举的使用
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
enum Color clr = GREEN;这种方法可行不？此时clr的大小是多少？
? ? ? ? ?
?枚举也可以像结构体一样在开始设置变量。
enum Color//颜色
{
RED = 1,
GREEN = 2,
BLUE = 4
}clr;
int main()
{
clr = RED;
printf("%d\n", clr);
return 0;
}比如：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?联合（共用体）
联合类型的定义
联合也是一种特殊的自定义类型 这种类型定义的变量也包含一系列的成员，特征是这些成员公用同一块空间（所以联合也叫共用体）。 比如：
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算大小
printf("%d\n", sizeof(un));
测试如下：
? ? ? ? ? ? ?
?在这联合体中，成员变量中最大的是int 类型，则un的大小最小是4个字节。
联合体大小计算也存在对齐情况，要对齐到最大对齐数的整数倍。所以在这里un大小是4。
在后面也会有具体介绍。
联合体的特点
联合的成员是共用同一块内存空间的，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小（因为联合至少得有能力保存最大的那个成员）。
union Un
{
int i;
char c;
};
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗？
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));?我们发现它们的起始地址是一样的。
//下面输出的结果是什么？
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);具体涉及到大小端的存储方式，结果如下：
?
面试题：
判断当前计算机的大小端存储
?
#include<stdio.h>
int Check()
{
union U
{
int i;
char a;
}u;
u.i = 1;
//返回1---小端
//返回0---大端
return u.a;
}
int main()
{
int ret = Check();
if (ret == 1)
{
printf("小端\n");
}
else
{
printf("大端\n");
}
return 0;
}? ? ?
?联合大小的计算
联合的大小至少是最大成员的大小。
当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候，就要对齐到最大对齐数的整数倍。
比如：union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));c是一个数组，包含5个char类型每个大小为1个字节；数组总共是5个字节
int是4个字节；
所以这个共用体大小至少为5个字节；最大对齐数又是4，所以要浪费3个字节的空间。
则该共用体的大小事8个字节。
printf("%d\n", sizeof(union Un2));c是一个数组，包含7个short类型每个大小为2个字节；数组总共是14个字节
int是4个字节；
所以这个共用体大小至少为14个字节；最大对齐数又是4，所以要浪费2个字节的空间。
则该共用体的大小事16个字节。
测试结果：
