一文带你走进结构体

​大家好，我是KookNut39，在这里分享我所学的一些知识，希望可以帮助你进步，更希望能成为你生活中的朋友。大家如果遇到了任何的问题，都可以找我倾诉，我有空的时候，一定及时回复大家，愿大家心中有梦，眼中有光，一往无前！

       前言：今天有一个粉丝问我，结构体是什么？为什么要用结构体？这样的问题对于一个萌新来说是再正常不过的事情，但是我很高兴，其中的原因就是：他会真正的思考问题，会提出自己的问题和看法，而我也确实愿意为各位初学者去力所能及的解决问题，毕竟我也是这么过来的，也算是让自己的人生能够更加有意义一些吧！

        ok，让我们首先来解决他的疑惑！首先来说结构体是什么？结构体，他肯定是一个数据结构，而我们把单独的一些数据元素整合在一起，就形成了结构体！那为什么要有结构体呢？结构体是为了方便我们管理那些有联系的数据啊！举个例子，就拿学生管理系统来说吧，每一个学生最起码有的就是他的学号、姓名、专业、学院等等吧，这4个类型的数据，都属于同一个人，如果我们想根据学生的姓名查学号，查专业等，怎么操作才方便呢？如果把这些数据放在结构体中，那是不是就搞定了？结构体把这些数据整合在一起，对于程序员，我们就方便去管理了！这位粉丝还提到了类，类是C++中才有的，所以对于C语言程序员来说，那结构体就是他们的 “类” 啊！！

        先来看个结构体声明：

typedef struct _STUDENT_INFO_
{  
    char Name[20];//学生姓名  
    int  age;//年龄
}STUDENT_INFO, *PSTUDENT_INFO;
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       这个结构体的声明方式可能和大家在书本中看到的不一样，但是这个和个人的编程习惯有关系，我习惯了这样写，解释一下这样写是为什么，以及各个部分各自代表什么。首先映入我们眼帘的是两个关键字，分别是typedef 和 struct，用这两个关键字来定义结构体，被typedef标记过，可以理解为这个结构体就成为一种类型了吧，类似于int。此时_STUDENT_INFO_是结构体的名称，但是我们一般不使用他，为了避免出现struct _STUDENT_INFO_这种繁琐的声明方式。真正使用的是STUDENT_INFO，相当于我们平时使用的int这些类型一样，还有逗号隔开的PSTUDENT_INFO是结构体的指针，举个例子：

STUDENT_INFO Stu2 = { 0 };//Stu2是一个结构体对象
PSTUDENT_INFO Stu_ptr = NULL;//Stu_ptr是一个结构体指针,将来指向一个结构体
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       就像上面这样，我们书写的时候就方便了很多，直接就写个结构体的名称就可以声明变量了，不用像你们课本中教的那样，每次声明变量都得写那个struct关键字，类似这样：

struct _STUDENT_INFO_ Stu1 = {0};//没有必要每次这样去写
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       我们都知道指针和普通变量访问结构体中的成员时候方式是不同的：

  memcpy(Stu2.Name, "Tony", 4);//设置学生姓名 
  Stu2.age = 10;//设置学生年龄  
  Stu_ptr = &Stu2;//对Stu2取地址操作，使Stu_ptr指向Stu2这个结构体  
  Stu_ptr->age = 12;//修改学生年龄
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       对于普通的成员来说，它是通过点运算符来访问成员的，指针是通过->来访问成员的，这是他们访问方式的不同。

       C语言或者C++内存粒度对齐是我们经常提到的问题，而对内存的有效合理的利用，必然会使我们写出来的代码更加高效。之前写代码过程中出现了一个bug，就是由于内存粒度原因导致，所以总结一下。

       首先我们来看一下理论知识(我个人理解的)：

       结构体中数据成员内存对齐的原则：按照一个结构体中的成员中最大字节数整数倍对齐，比如在x86下，出现int(4字节) char(1字节) double(8字节)，则肯定是按照最大的8字节整数倍对齐，8字节就相当于一个基准一样，如果遇到的字节数可以在8字节内存放，那就ok，否则需要重新申请8字节来存放，至于说是8的几倍，那需要看数据存放的顺序，内存满足多插少补的原则。

       接下来我就结合代码和调试信息来说明内存粒度对齐的相关问题：
以下提到的测试数据，基于x86：

typedef struct _STRUCT_A_
{    
    char a;     
    int  b;    
    char c;
}STRUCT_A;
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       面对以上的一个结构体，初学者可能认为是1+4+1总共6个字节。那么我们来实际看看它的大小究竟是多少：

       它是12字节的大小，那么我们再来看看它的内存分布情况：

       确实初始化为12个字节的0，那我们字符赋值字符‘a’,int值5以及字符‘c’之后，内存中又是如何存放的呢？

       那我们接下来就要思考如何优化这个结构体，让他它占有更少的内存呢？我们可以写成以下两种形式：

typedef struct _STRUCT_A_{    int  b;    char a;     char c;}STRUCT_A;typedef struct _STRUCT_A_{    char a;     char c;    int  b;}STRUCT_A;
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       我们再来看看内存中的情况以及结构体大小为多少：

       以上证实了我们一开始的说法，当char存放占4字节基准为1字节，接下来的成员还是char，拿它就可以继续存放，存放第二个char之后，还有2字节空余，但是遇到了4字节的int，不够了，只能存放在另外的4字节内存中了。
那我们有没有办法，就是不管我们怎么存放，让它都有固定的内存对齐粒度呢？当然是可以的：

#pragma pack(push)
#pragma pack(2)
typedef struct _STRUCT_A_
{   
    char a;    
    int  b;    
    char c;
}STRUCT_A;
#pragma pack(pop)
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       我们可以使用以上代码，使内存粒度对齐按照2字节对齐，我们来验证一下：

       当然也可以按照1字节对齐，只需要修改pack中的值为1，如下：

#pragma pack(push)
#pragma pack(1)
typedef struct _STRUCT_A_
{    
    char a;    
    int  b;    
    char c;
}STRUCT_A;#pragma pack(pop)
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       但是我们在实际情况中，可能会遇到更加复杂点的情况，比如结构体的成员是结构体或者联合体。这种情况又是如何对齐的呢？我们来看一个稍微复杂一点的结构体：

typedef struct _STRUCT_A_
{    
    uint32_t a;  
    uint32_t b;
}STRUCT_A;
typedef union _UNION_A_ 
{    
    char*  m1;   
    STRUCT_A m2;
}UNION_A;
​typedef struct _STRUCT_B_
{   
    UNION_A a;   
    UNION_A  b;  
    UNION_A c;   
    UNION_A d;    
    uint16_t e;//2字节
}STRUCT_B;
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       按照我们的想法，那应该UNION_A所占内存大小为8字节，那么STRUCT_B应该按照8字节对齐，那么5个数据成员，大小应该使5*8=40字节，但是实际情况好像并不是这样：

       怎么会出现36这个情况呢？原因出现在STRUCT_A中，虽然unionA的大小确实为8字节，但是其8字节的主要原因是STRUCT_A是8字节，那STRUCT_A中是两个4字节的成员，所以内存粒度对齐还是4字节，这样就不难理解最后的STRUCT_B为36字节了，其中前4个成员是32字节，最后一个是2字节，但是按照4字节对齐，所以是36字节。

       初来乍到，如果文中有不足之处，还请大家指正！吟诗一句：“大鹏一日同风起，扶摇直上九万里”