【进阶C语言】自定义类型——结构体+枚举+联合体

一.结构体

1.内存对齐

存在的原因

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。

比如：在某些硬件上整形变量只能在四的倍数处的地址进行访问，double类型必须在八的倍数处的地址进行访问。如果不对齐则可能导致硬件异常。

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，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。
   举例：

struct
{
  char i;
  int n;
};

在32位的机器上，读取此结构体，一次读取32个比特位也就是四个字节，那么想要在内存边界上读取到i变量的内存，先要把第一次读取的三个字节拿出来，再把第二次读取的1个字节拿出来，这样省了空间但是浪费了时间，所以为了更快的读取成员变量出现了对齐，这样虽然浪费了空间，但是大大省略了时间，总体来说还是比较赚的。

规则

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

2. 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 该成员大小的较小值。

3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。

4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

注意：
1.这里的最大对齐数包含嵌套结构体成员的对齐数
2.VS中默认的值为8，gcc无默认对齐数
3.#pragma pack()可设置默认对齐数，一般设置偶数，不设置奇数，我认为是按照数据类型一般都为偶数个字节。
4.偏移量：指的是与开辟的结构体的起始位置的地址进行比较，偏移的字节个数就是偏移量，我们可以当做下标进行处理。
5.数组的对齐数为其元素的大小

举例

1.成员变量相同开辟的顺序不同

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

图解：

struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

2.位段

定义：
 C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度，这种以位为单位的成员称为“位段”或称“位域”( bit field) 。利用位段能够用较少的位数存储数据。

1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 或char。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。（数字指的是开辟的内存个数）
3.位段的数字范围是不能超过变量的比特个数，并且大于0.
4.位段是只能在结构体里面出现的。
5.位段变量在开辟时，如果剩余的空间够用，继续使用剩余空间，若不够，则再开辟一个数据类型的变量，继续使用。

举例：

struct A
{
	int a : 2;
	int b : 5;
	int c : 10;
	int d : 30
};

优点：能够很好的节省空间
缺点：

1.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。（比如开辟时是从右边还是从左边在不同的平台上可能不同）
2… int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
3. 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，写成27，在16位机器会出问题。
4. 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，是舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的。

二.枚举

定义

一个集的枚举是列出某些有穷序列集的所有成员的程序，或者是一种特定类型对象的计数。
简单来说，就是一个集合的有限个可能列了出来。

enum Color//颜色
{
RED,//默认是0
GREEN,//默认是1
BLUE//默认是2
};
int main()
{
	enum Color c = RED;//创建一个枚举变量
	return 0;
}

注意
1.枚举类型在定义时，可以进行赋初始值，这个值是整形类型，但是使这个元素是枚举类型，具有值属性（后面的元素如果没有赋初始值则会以上一个元素的值自增一），又因为它可以进行类型的定义，又具有类型的属性，但在变量的定义时整形跟枚举类型是两种类型，所以不能用默认的值（整形），来给枚举变量赋值，而应该用创建的具有实际意义的枚举变量的元素。

枚举的优点

1. 增加代码的可读性和可维护性（相当于放在了一个集合内部，便于整理）
2. 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨（类型属性）。
3. 防止了命名污染（封装，）
4. 便于调试（具有类型属性不会在预编译阶段被改，而define会将其定义的值进行替换）
5. 使用方便，一次可以定义多个常量（不用一直写define，直接一个大括号就搞定）

三.联合体

定义

在进行某些算法的C语言编程的时候，需要使几种不同类型的变量存放到同一段内存单元中。也就是使用覆盖技术，几个变量互相覆盖。这种几个不同的变量共同占用一段内存的结构，在C语言中，被称作“共用体”类型结构，简称共用体，也叫联合体。

特点

1.联合的成员是共用同一块内存空间的，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小（因为联合至少得有能力保存最大的那个成员）。
2.联合体的成员的地址都相同，都是从起始位置读取该类型大小的值
3.联合体的空间是公用的，这也就是说在改变一个变量的值，就可能改变所有成员的值。

内存计算

规则：
1.联合的大小至少是最大成员的大小。
2.当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候，就要对齐到最大对齐数的整数倍

举例：

union Un
{
	int i;
	struct
	{
		short c;
		short d;
	};
};
int main()
{
	union Un c = {0};
	c.i = 0x11223344;
	printf("%x ", c.c);
	printf("%x ", c.d);
	return 0;
}

这里的最大元素为4个字节，最大对齐数为4，因此为联合体大小为四个字节
小端存储：

如果结构体读c则拿到的是 44 33（十六进制）读d拿到的是22 11（十六进制）
大端存储：
11 22 33 44
读取c拿到：11 22（十六进制）
读取d拿到: 33 44 (十六进制)
由此我们可以得到一个结论在大端存储和小端存储拿到的值可能不一样但是会相反。