C++自学12:结构体(struct/typedef)

定义结构体需要使用关键字struct修饰

struct MyStruct1
{  
  int a;
  int c;
};

（重要）下面声明了4个东西，分别是
1.结构体User
2.User指针类型的指针p1
3.User指针类型的指针p3
4.给User起了一个别名叫p2

// 注意p1p3是指针，p2不是
typedef struct User
{
  char name[6];
  int  age;
}* p1,p2,*p3;

使用指针偏移的方式对上面结构体赋值（重要）

User u;
p1 p_user = &u;
// ->推导符号表示指针偏移
p_user->age = 5;
p_user->name[0] = 'a';
// *号叫做间接运算符
std::cout << (*p_user).name[0] << std::endl;
std::cout << p_user->name[0] << std::endl;

结构体是一块连续的内存，下面我将定义2个结构体，并打印出他们的大小

struct MyStruct1
{
    char  a;
    double b;
    int c;
};
int main()
{
    MyStruct1 mys1;
    // 打印出24
    std::cout << sizeof(mys1) << "\n";
}

因为结构体的字节对齐特性导致结构体的大小不一样，下面是我自己对字节对齐特性的理解，仅供同行参考，因为每个人有每个人自己的学习方法与理解方式
字节对齐
我定义了一个结构体，如下，因为为了阐述字节对齐这个特性，我觉得上面两个结构体有些复杂，所以下面的结构体用来解释字节对齐

struct MyStruct3
{
  char  a;//1个字节
  int c;//4个字节
  short b;//2个字节
};

MyStruct3在内存中实际是这样的，其中1表示内存中第1个字节，2表示内存中第2个字节，以此类推，12表示内存中的第12个字节

从图中可以看出，

char a占用了黄色的内存，是4个字节

int c占用了绿色的内存，4个字节

short b占用了浅蓝的内存，4个字节

因为

int4个字节>short2个字节>char1个字节，所以该结构体所有类型都向int看齐

又因为

先定义的char，之后定义的int，之后定义的short

所以从图中可以看出第1排是char，第2排是int，第3排是short

综上两个"因为"，所以才出现上述的图，它占用了12个字节

下面我又定义了一个结构体

struct MyStruct4
{
  int c;//4个字节
  char  a;//1个字节
  short b;//2个字节
};

MyStruct4在内存中是下面这样存在的

其中绿色依然表示int c，黄色表示char a，蓝色表示short b，从图中可知结构体MyStruct4占了8个字节

综上所述，我个人通常会把结构体的"字节对齐"，理解成，"根据最长类型的字节补全内存"

但是一个新的问题产生了，为什么要出现字节对齐这种性质呢？？
我们回到上面的MyStruct3

struct MyStruct3
{
  char  a;//1个字节，我依然用黄色表示
  int c;//4个字节，我依然用绿色表示
  short b;//2个字节，我依然用蓝色表示
};

现在我们进行几个假设：

假设1：不存在字节对齐这个概念

那么MyStruct3在内存中的数据应该是下面这样子的，很简单，就是按照顺序排列呗

黄色表示char a，可以看出占用1个字节

蓝色表示short b，可以看出占用2个字节

绿色表示int c，可以看出占用4个字节

最后的内存8没有使用到，综上，假设不存在字节对齐这个概念，那么该结构体占用7个字节

接下来，我在假设1的基础上，进行假设2

假设2：CPU一次只读取一个字节
若CPU一次只读取一个字节，这是没有什么问题的，完全不需要字节对齐，因为无论如何，CPU如果一次只读取一个字节，那么某个数据占几个字节，CPU就要读取几次数据，所以，若CPU一次只能读取1个字节，那么就不需要，也没必要存在字节对齐

可是，现在的CPU一次并不是读取一个字节，现代CPU一次都是读取4字节，或者8字节，那么这就出现个问题，根据上面的图，可以看出若一次读取4字节，那么，会读取1234，然而4是int c中的第一个字节，也就是说，这会读取int 前四分之一，后四分之三没有读取到，若是再读int，只能读取后面四分之三，然后将前面四分之一和后面读取的四分之三拼接起来，所以我个人认为字节对齐就是为了避免拆分字(word)的一种行为，因为拆分字之后，再将字组合，会很麻烦