【C】自定义类型详解

结构体

结构是一些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

结构体类型声明

结构体的关键字是struct。

struct tag
{
member-list;//成员列表
}variable-list;//变量列表

变量列表是我们在声明结构体是创建的变量，该变量一般为全局变量，声明的时候可以创建也可以不创建，但是后面的分号不能省略。
例如描述一个学生：

struct Stu
{
	 char name[20];//名字	
	 int age;//年龄
	 char sex[5];//性别	
	 char id[20];//学号
}；

特殊的声明

我们在声明结构的时候，可以不完全的声明。称为匿名结构体类型。
例如：

struct
{
	 int a;
	 char b;
	 float c;
}x;

这里就省略了结构体标签，这样的结构体只能在声明时候创建变量，使用非常的局限，我们很少使用。

结构的自引用

结构体在自引用是只能引用指针，我们引用自己变量本身，引用自己会出现无限套娃的局面非常的尴尬。
错误的自引用：

struct Node
{
	 int data;
	 struct Node next;
};

正确的自引用：

struct Node
{
	 int data;
	 struct Node* next;
};

结构体的定义和初始化

我们在声明一个结构体后就可以创建该结构体变量了，并且在创建的时候还可以进行赋值，也就是初始化。例如：

struct Stu        //类型声明
{
	 char name[15];//名字
	 int age;      //年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化

结构体的内存对齐

这里主要就涉及到结构体大小的计算，那么对齐规则都有哪些呢？

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。（VS中默认的值为8）
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。

知道了规则以后我们就上手来计算一个结构体的大小：

#include 
struct s
{
	int num;
	char c;
	char ch;
};
int main()
{
	printf("%d",sizeof(struct s));
	return 0;
}

这个大小，首先num要对齐到0偏移量处，占4个字节的大小，然后char和最大对齐数最小的为1个字节，所以两个char就一人占一个字节大小，一共6个字节大小，但是结构的大小是最大对齐数的整数倍，最大对齐数是4，所以要浪费2字节的大小，最后就是8个字节。
运行结果：

可以看到我们计算的结果是没有问题的。

为什么存在内存对齐呢？

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。
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。

总体来说：
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

修改默认的对齐参数

对齐参数我们程序员是可以自己修改的。例如：

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
	 char c1;
	 int i;
	 char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认

我们可以根据实际情况，来设置合适的对齐参数。

结构体传参

我们结构体在传参的时候是传值还是传址呢？
答案当然是传地址了，函数传参的时候，参数是需要压栈，会有时间和空间上的系统开销。
如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。

因此结构体传参的时候，要传结构体的地址。

位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

列如：

struct A
{
	 int _a:2;
	 int _b:5;
	 int _c:10;
	 int _d:30;
};

每个冒号后面的数字代表的是该变量占的字节数。

位段的内存分配

位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型
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。

举一个例子：

struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};

int main()
{
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
}

它的空间是如何开辟的呢？

位段的跨平台问题

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，写成27，在16位机
器会出问题。
位段中的成员在内存中从左向右分配，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，是
舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的。

总结：

跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

枚举

枚举就是把可能得结果一一列举。
例如：

一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举。
性别有：男、女、保密，也可以一一列举。
月份有12个月，也可以一一列举

枚举类型的定义

枚举的关键字是enum。

enum Color//颜色
{
	 RED,
	 GREEN,
	 BLUE
};

以上定义的 enum Color是枚举类型。 {}中的内容是枚举类型的可能取值，也叫 枚举常量 。
这些可能取值都是有值的，默认从0开始，一次递增1，当然在定义的时候也可以赋初值。
例如：

enum Color//颜色
{
	 RED=1,
	 GREEN=2,
	 BLUE=4
};

枚举的优点

我们可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？

增加代码的可读性和可维护性
和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
防止了命名污染（封装）
便于调试
使用方便，一次可以定义多个常量

枚举的使用

enum Color//颜色
{
	 RED=1,
	 GREEN=2,
	 BLUE=4
};
enum Color clr = GREEN;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。

联合（共用体）

联合也是一种特殊的自定义类型 这种类型定义的变量也包含一系列的成员，特征是这些成员公用同一块空间（所以联合也叫共用体）。

联合体类型的定义

联合的关键字是union。比如：

//联合的声明
union Un
{
	 char c;
	 int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;

联合的特点

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）。

用联合来判断当前机器是大端存储还是小端存储

因为联合共用一块内存，所以我们就可以这样设计：

#include 
union un
{
	int a;
	char c;
};

int main()
{
	union un u;
	u.a = 1;
	if (u.c == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

联合大小的计算

联合的大小至少是最大成员的大小。
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。

我们需要注意联合也是需要内存对齐的。

今天的分享就到这里结束了，感谢大家的支持和关注。