C 语言中的结构体是一种自定义的数据类型，它允许我们将不同类型的数据组合成一个整体。结构体是 C 语言中实现复杂数据结构的基础，也是面向对象编程中"类"概念的雏形。
结构体的定义使用 struct 关键字：
// 定义结构体类型
struct 结构体类型名
{
类型 变量名1;
类型 变量名2;
类型 变量名3;
// ...
};
// 定义结构体类型的变量
struct 结构体类型名 变量名;
例如，定义一个表示玩家信息的结构体：
// 定义结构体类型 struct Player
struct Player
{
char name[64]; // 名称
int hp; // 生命值
int mp; // 魔法值
};
// 入口函数
int main(void)
{
// 定义 struct Player 类型的变量 p1 p2
struct Player p1 = {'Mario', 6, 10};
struct Player p2 = {'Luigi', 5, 15};
}
这里定义了一个名为 Player 的结构体类型，它包含名称（name），生命值（hp）和魔法值（mp）三个成员。
然后定义了 struct Player 类型的变量 p1 和 p2：
前者的名称为 Mario，拥有 6 点生命值和 10 点魔法值
后者名为 Luigi，拥有 5 点生命值和 15 点魔法值
通过结构体类型的变量访问其内部成员时需要使用 . 运算符，例如：
#include <stdio.h>
// 定义结构体类型 struct Player
struct Player
{
char name[64]; // 名称
int hp; // 生命值
int mp; // 魔法值
};
int main(void)
{
struct Player p1 = {'Mario', 6, 10};
printf("name: %s\n", p1.name); // 通过 . 访问成员 name
printf("hp: %d\n", p1.hp); // 通过 . 访问成员 hp
printf("mp: %d\n", p1.mp); // 通过 . 访问成员 mp
return 0;
}
通过结构体指针类型的变量访问其内部成员时需要使用 -> 运算符，例如：
#include <stdio.h>
// 定义结构体类型 struct Player
struct Player
{
char name[64]; // 名称
int hp; // 生命值
int mp; // 魔法值
};
int main(void)
{
struct Player p1 = {'Mario', 6, 10};
struct Player* ptr = &p1; // 指针指向 p1
printf("name: %s\n", ptr->name); // 通过 -> 访问成员 name
printf("hp: %d\n", ptr->hp); // 通过 -> 访问成员 hp
printf("mp: %d\n", ptr->mp); // 通过 -> 访问成员 mp
return 0;
}
显然，结构体的大小就是其成员大小之和。例如：
#include <stdio.h>
// 定义结构体类型 struct Player
struct Player
{
char name[64]; // 64 字节
int hp; // 4 字节
int mp; // 4 字节
};
int main(void)
{
printf("struct Player 的大小是 %zu 字节\n", sizeof(struct Player));
return 0;
}
运行结果：
struct Player 的大小是 72 字节
这里 struct Player 的大小为 \(64 + 4 + 4 = 72\) 字节
但是有时候简单的相加结果却不正确。例如：
#include <stdio.h>
// 定义结构体类型 struct Player
struct Player
{
char name[65]; // 65 字节
int hp; // 4 字节
int mp; // 4 字节
};
int main(void)
{
printf("struct Player 的大小是 %zu 字节\n", sizeof(struct Player));
return 0;
}
运行结果：
struct Player 的大小是 76 字节
这里将数组 name 从 64 个 char 改为了 65 个 char，而 struct Player 并非 \(65 + 4 + 4 = 73\) 字节，而是 76 字节。
这是因为这里发生了内存对齐，导致 name 和 hp 之间空了 3 个字节。
内存对齐（Memory Alignment） 是指数据在内存中的存储位置（地址）必须是某个数值的整数倍。
这样做的目的是提高硬件访问数据的性能。现代计算机硬件中的CPU在数据 自然对齐 的情况下，能够最高效地执行内存读写操作。
所谓 自然对齐 就是 N 字节的数据类型按照 N 字节对齐，即内存地址是 N 的整数倍。
上述结构体中的 hp 是 4 个字节，自然对齐即 4 字节对齐，也就是内存地址是 4 的整数倍。
假设 struct Player 的内存地址从 0 开始，那么如果不对齐的话，hp 的内存地址应当是 65。
而 4 字节对齐时，65 不是 4 的正数倍，大于 65 的 4 的最小整数倍数是 68，因此 hp 会空 3 个字节放置到地址 68 的内存位置。
#include <stdio.h>
// 定义结构体类型 struct Player
struct Player
{
char name[65]; // 65 字节
int hp; // 4 字节
int mp; // 4 字节
};
int main(void)
{
struct Player p;
printf("struct Player 的大小是 %zu 字节\n", sizeof(p));
printf("p 的地址是 %p\n", &p);
printf("p.name 的地址是 %p，偏移量为 %td\n", &p.name, (char*)&p.name - (char*)&p);
printf("p.hp 的地址是 %p，偏移量为 %td\n", &p.hp, (char*)&p.hp - (char*)&p);
printf("p.mp 的地址是 %p，偏移量为 %td\n", &p.mp, (char*)&p.mp - (char*)&p);
return 0;
}
运行结果：
struct Player 的大小是 76 字节
p 的地址是 0x7ffd69a20b90
p.name 的地址是 0x7ffd69a20b90，偏移量为 0
p.hp 的地址是 0x7ffd69a20bd4，偏移量为 68
p.mp 的地址是 0x7ffd69a20bd8，偏移量为 72
可以使用预处理指令 #pragma pack 可以修改对齐方式。
#pragma pack(n) // 设为 n（1, 2, 4, 8, 16...）字节对齐
#pragma pack() // 设为默认的对齐方式，通常是自然对齐
#pragma pack(push) // 保存当前的对齐方式
#pragma pack(pop) // 恢复之前保存的对齐方式
例如：
#include <stdio.h>
#pragma pack(push) // 保存当前的对齐方式
#pragma pack(1) // 设为 1 字节对齐，也就是不对齐
// 定义结构体类型 struct Player
struct Player
{
char name[65]; // 65 字节
int hp; // 4 字节
int mp; // 4 字节
};
#pragma pack(pop) // 恢复之前保存的对齐方式
int main(void)
{
struct Player p;
printf("struct Player 的大小是 %zu 字节\n", sizeof(p));
printf("p 的地址是 %p\n", &p);
printf("p.name 的地址是 %p，偏移量为 %td\n", &p.name, (char*)&p.name - (char*)&p);
printf("p.hp 的地址是 %p，偏移量为 %td\n", &p.hp, (char*)&p.hp - (char*)&p);
printf("p.mp 的地址是 %p，偏移量为 %td\n", &p.mp, (char*)&p.mp - (char*)&p);
return 0;
}
运行结果：
struct Player 的大小是 73 字节
p 的地址是 0x7ffe1e9ef8c0
p.name 的地址是 0x7ffe1e9ef8c0，偏移量为 0
p.hp 的地址是 0x7ffe1e9ef901，偏移量为 65
p.mp 的地址是 0x7ffe1e9ef905，偏移量为 69
定义结构体类型时，可以在其成员后面通过添加 : bit 的方式注明该字段的位数。
这个功能常用在硬件操作、格式解析等底层开发中。例如：
// 定义 UART 的 SR 寄存器
struct UART1_Register_SR
{
int PE : 1; // 奇偶校验错误
int FE : 1; // 帧错误
int NF : 1; // 噪声标识
int OR : 1; // 溢出错误
int IDLE : 1; // 空闲
int RXNE : 1; // 接收寄存器非空
int TC : 1; // 传输完成
int TXE : 1; // 发送寄存器非空
};
这里定义了一个结构体类型用于表示 UART（通用异步收发器）的 SR（状态） 寄存器。
该结构体包含 8 个字段，每个字段都只有 1 位；不考虑内存对齐的前提下，该结构体的大小是 1 字节。