C语言--结构体的大小与内存对齐，位段详解
一.前言
为了保证文章的质量和长度，小编将会分两篇介绍，思维导图如下，上篇已经讲过了概念部分，本文主要讲解剩余部分，希望大家有所收获🌹🌹
二.结构体的大小与内存对齐
2.1 存在对齐的原因
- 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
- 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，处理器需要做两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。（假设一个处理器总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数，那么就可以用一个内存操作来读或者写值了，否则，我们可能需要执行两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中）
<总的来说>：结构体的内存对齐就是拿空间换取时间的做法
2.2 规则
- 结构体的第⼀个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
- 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。
对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数 与 该成员变量大小的较小值
·VS 中默认的值为 8
·Linux中 gcc 没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小 - 结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的）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的成员中最大对齐的整数倍处，
结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍
示例：
- 在设计结构体时，我们如何做到既满足对齐，又节省空间呢？
答：让占用空间小的成员尽量集中在一起 例如：
2.3 #pragma修改默认对齐数
#pragma是一个预处理指令，用于修改默认对齐数，其中
示例如下：
- 注意：别忘了
对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数 与 该成员变量大小的较小值
结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有⼀个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。
三.结构体实现位段
3.1 什么是位段
位段是C语言中的一种特殊数据类型，它允许讲一个字节分成几个部分，并为每个部分指定特定的位数，以便在内存中存储和访问这些部分。
结构和联合中的int类型以及unsigned类型成员可以声明为指定的二进制位宽，这样的成员被称为位字段或者“位域”。
位段的声明和结构体是类似的，有两个不同：
- 位段的成员必须是int、unsigned或signed int，在C99中位段成员的类型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
3.2 位段的内存分配
- 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。
- 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
- 给定了空间后，在空间内部是从左向右使用还是从右向左使用是不确定的 注意：下面我给出的示例都是假设从右向左的
- 当剩下的空间不足以存放下一个成员时，空间是浪费还是使用不确定假设：浪费
例1：
例2：
3.3 位段的跨平台问题
跟结构体相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题出现
- 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（16位机器最大16 32位机器最大32 这意味着若在16位机器上写的数目超过16会出问题）
- 位段中的成员在内存中从左向右还是从右向左分配标准尚未定义
- 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，浪费or使用不确定
3.4 位段使用的注意事项
位段的几个成员共用同一个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位置处是没有地址的，所以不能对位段成员用&，这样也就不能用scanf直接给位段输入值，只能先输入放在一个变量中，然后赋值给位段的成员。
四.总结
结构体、位段的讲解在次就全部讲解完毕了，创作不易，希望大家多多支持，有什么想法欢迎讨论🌹🌹