C语言零基础第18讲：自定义类型—结构体
目录
1.结构体类型的声明
2.结构体变量的创建和初始化
3.匿名结构体类型
4.结构体的自引用
5.结构体内存对齐
5.1 对齐规则
5.2 为什么要内存对齐？
5.3 修改默认对齐数
6.结构体传参
7.特殊的结构体：位段
7.1 什么是位段？
7.2 位段的内存分配
7.3 位段的跨平台问题
7.4 位段的应用
7.5 位段使用的注意事项
正文开始
1.结构体类型的声明
结构体时是一些值的集合，这些值称为成员变量。每个成员可以是不同的类型。
结构体是集合，数组也是集合。结构体有成员，数组也有成员（即元素）。结构体和数组的区别在于，结构体的成员可以是不同的类型，数组的成员必须是同一类型的。
我们来看看结构体的声明：
struct tag //struct是关键字
{ //tag是类型名，这个名字可以自己取 member-list; //成员列表：可以有1个或多个成员 }variable-list; //变量列表，可以省略 比如，描述一个学生：
2.结构体变量的创建和初始化
3.匿名结构体类型
我们再来看一种特殊的声明方式，匿名结构体类型：
我们再看一种情况：
所以，需要注意的是，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。
4.结构体的自引用
在结构体中，包含一个类型为结构体本身的成员，是否可以呢？请看解析：
如上，在结构体中，不能包含一个类型与该结构体相同的结构体。
那么，正确的自引用方式是什么呢？
在介绍自引用之前，我们先简单提一下链表的概念。我们知道，数组中的各个元素，在内存中是连续的。而对于链表，各个数据在物理上并不是连续存储的，那它是怎么存储的呢？每个数据分为两个部分，其中一个部分用来存储数据本身，另一个部分用来存储下一个数据的地址，这样就可以通过一个元素找到下一个元素了。请看图示：
我们来看一下，结构体自引用示例，代码如下：
需要注意的是，在结构体自引用的过程中，如果夹杂了typedef对结构体类型的重命名，结构体内部的指针域，是不能使用重命名后的名字来声明成员的。请看解析：
5.结构体内存对齐
计算结构体的大小，要涉及到结构体的内存对齐。
5.1 对齐规则
我们先通过一个代码来引入这个问题：
如上，S1和S2两个结构体类型，成员变量只有顺序的差异，而计算出的结构体大小却不相同。这是对齐方式不同导致的结果。
在这里，我们先给出对齐规则，然后再对这些规则进行理解：
- 结构体的第1个成员，对齐到结构体变量相对于起始位置偏移量为0的地址处，即结构体的首地址处。
- 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的偏移量处。
- 对齐数 ：用编译器默认的一个对齐数，与该成员的大小作比较，谁更小，谁就是对齐数。VS中msvc默认为8，Linux中gcc没有默认的数，对齐数就是成员自身的大小。
- 结构体中每个成员都有对应的对齐数，取最大的那个对齐数，结构体总大小为这个最大对齐数的整数倍。
- 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员，对齐到自己成员中最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小是所有对齐数（含嵌套结构体中成员对应的对齐数）中最大对齐数的的整数倍。
以S1为例，我们来看看图示：
如上，c1放在偏移量为0处，c2放在偏移量为1处，n放在偏移量为4处。到底对不对呢？
我们可以利用offsetof来进行检验。offsetof是一个宏，可以计算出结构体的成员，相较于结构体起始位置的偏移量，对应的头文件是stddef.h。
请看S1的检验：
如上，结果和我们分析的是一样的，S1的大小也确实为8。
我们再看看S2的情况：
使用offsetof检验一下：
如上，结果和我们分析的是一样的，S2的大小也确实为12。
我们再来看看，嵌套结构体的情况：
我们来看看图示：
5.2 为什么要内存对齐？
大部分参考资料是这样说的：
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，假设一个处理器，每次总是从内存中取出8个字节，这就意味着，地址一定是8的倍数。在这种情况下，若一个double类型的数据，它的地址是不对齐的：7、8、9、10、11、12、13、14，而处理器一次取出8个字节，就得先取0、1、2、3、4、5、6、7中的数据，再取8、9、10、11、12、13、14、15中的数据，这就需要访问2次内存了。如果地址是对齐的：8、9、10、11、12、13、14、15，处理器一次取8个，刚好仅需访问1次内存即可。
3.总结：
结构体的内存对齐，是拿空间换时间的做法。
4.启示：
那么，在设计结构体的时候，我们应该尽可能地，既满足对齐， 又节省空间。
做法就是，让占用空间小的成员，尽量集中在一起：
5.3 修改默认对齐数
前面提到过，VS的msvc中，默认对齐数是8，成员要和这个默认对齐数去做比较，谁更小，谁就是对齐数。
那么，这个默认的对齐数，可以修改吗？当然是可以的。
#pragma这个预处理指令，可以改变编译器的默认对齐数。
6.结构体传参
请看第一种传参方式：
如上，结构体中date成员所占空间非常大，那么这个结构体所占的空间也很大了。如果将结构体变量传给函数，那么形参也会申请这样大一块空间，同时数据的拷贝也需要花时间。因此，结构体在传参的时候，选择传结构体变量，在空间和时间上都会很浪费。
请看第二种传参方式：
如上，结构体传参的时候，选择传结构体的地址比较好。
7.特殊的结构体：位段
接下来，我们来讨论一下，结构体实现位段的能力。
7.1 什么是位段？
我们可以把位段看作一种特殊的结构体。
位段的声明，和结构体是类似的，但有2个不同：
- 位段的成员必须是int、unsigned int或signed int，在C99中也可以选择其他类型。
- 位段的成员名后边，有一个冒号和一个数字。
我们来看一个例子：
上面的A就是一个位段类型。
可知，使用位段是可以节省空间的。
上面的结果显示，位段A的大小为8个字节。那么，位段是如何存储的呢？
7.2 位段的内存分配
- 常见的位段成员有：int、unsigned int、signed int或char等类型。
- 位段的空间是按照需要，以4个字节（int）或1个字节（char）的方式来开辟的。
- 位段涉及很多不确定因素，是不跨平台的，注重可移植性的程序应该避免使用位段。
我们来看一个例子：
7.3 位段的跨平台问题
- int位段，被当成有符号数还是无符号数，是不确定的。
- 位段中最大位的数目不能确定。如16位机器最大16，写成30，就会出现问题。
- 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。
- 对于位段中第n个成员和第n+1个成员，在内存中，如果第二个位段成员比较大， 无法放进第一个位段剩余的位时，是否舍弃剩余的位，是不确定的。
总而言之，跟结构体相比，位段可以达到同样的效果，并且很好地节省空间，但是存在着跨平台的问题。
7.4 位段的应用
下图是网络协议中，IP数据报的格式。我们可以看到，其中很多的属性只需要几个bit位就能够描述了。这里使用位段，不仅可以实现想要的效果，也节省了空间。这样，网络所传输的数据报也会较小一些，对网络的畅通是有帮助的。
7.5 位段使用的注意事项
我们知道，内存中以字节为单位分配地址，一个字节内部的比特位，是没有地址的。
位段中，有时候可能几个成员是放在同一个字节中的。这样的话，有些成员的起始位置，并不是某个字节的起始位置，这些成员是没有地址的。
所以，不能对位段的成员使用取地址操作符（&），也就不能使用scanf()直接给位段的成员输入值，只能是先将输入放在一个变量中，然后赋值给位段的成员。
我们来看一个示例：
完结