C语言程序设计——结构体、枚举、联合

一、结构体

1. 概念

        结构体是一种自定义的数据类型，它是一些值的集合，这些值称为成员变量，结构体由多个数据成员组成，这些成员可以是不同类型的变量。

2. 结构体的声明

2.1 一般声明

struct student {
    char name[10];
    int age;
};

2.2 特殊声明

//匿名结构体类型
struct {
    char name[10];
    int age;
}s1,s2;

        匿名结构体类型，只能在声明结构体类型时，顺带创建其结构体变量，其余地方无法再创建该类型的变量。也就是只能使用一次。

注意：

        即使多个匿名结构体的成员完全一致，它们也属于不同的结构体类型。

3. 结构体的自引用

在结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员是否可以？

struct ListNode {
	int val;
	struct ListNode next;
};

注意：这种自引用方式是不可以的，结构体的成员不能是自身类型，因为编译器无法确定结构体的大小。

正确的自引用方式：

struct ListNode {
	int val;
    //使用指针来保存自身类型成员的地址
	struct ListNode* next;
};

4. 结构体变量的定义和初始化

struct ListNode {
	int val;
	struct ListNode* next;
}n1, n2;//声明类型的同时定义变量n1，n2
//定义变量同时赋初始值
struct ListNode n3 = { 10, NULL };

5. 结构体内存对齐

5.1 结构体内存对齐规则★

（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 = min(编译器默认对齐数, 该成员变量大小)

（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，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。

5.2 为什么存在内存对齐？

（1）平台原因

        不是所有平台的硬件都能访问任意地址上的任意数据，某些硬件平台只能在某些地址处取出某些特定类型的数据。

（2）性能原因

        数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐；因为为了访问未对齐的内存，处理器需要两次内存访问，而对于对齐的内存访问只需要一次访问。

（3）总结

        本质是因为硬件平台限制，导致数据读取可能会出现低效率问题，通过“浪费”一些空间的方式，来达到快速读取目标数据的目的。

5.3 修改默认对齐数

#pragma pack(4)//修改默认对齐数为4
struct Node {
	char ch;
	int a;
	char cr;
};
#pragma pack(8)//修改默认对齐数为8

二、位段

1. 概念

        位段是C语言中的一个特性，用于在结构体中以位为单位定义和访问数据。它允许我们对结构体成员进行精确的位级别的控制，以节省内存空间。

（1）位段成员只能是整型类型（包括有符号和无符号整数类型）或枚举类型，不能使用浮点类型、结构体类型等非整型类型；

（2）位段的成员名后有一个冒号和数字。

struct A {
	int a : 2;//表示只需要2个bit
	int b : 5;
	int c : 10;
};

2. 位段的内存分配

（1）位段在空间上是按照需要以4字节或1字节的方式来开辟的；

（2）位段涉及很多不确定因素，是不支持平台的，若是注直可移植性的程序应该避免使用位段。

3. 位段的跨平台问题

（1）int位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的；

（2）位段中最大位的数目不能确定（比如在16位机器中最大为16，32位机器最大为32）；

（3）位段中的成员在内存中是从左向右分配，还是从右向左分配，标志尚未定义；

（4）当一个结构包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳第一个位段剩余位时，是舍弃剩余位还是利用，这是不确定的。

4. 位段的应用

        多用于计算机网络中一些协议首部结构，比如：

 三、枚举

1. 枚举类型的定义

enum day {
	mon,  // 0
	tues, // 1
	wed,  // 2
	thur, // 3
	fri,  // 4
	sat,  // 5
	sun   // 6
};

        {}中的内容是枚举类型的可能取值，也叫枚举常量。取值默认从0开始，依次递增1，如果在定义的时候赋予了初始值，则后续在此基础上依次加一。

enum day {
	mon,  // 0
	tues = 2, // 2
	wed,  // 3
	thur, // 4
	fri = 8,  // 8
	sat,  // 9
	sun   // 10
};

2. 枚举的优点

（1）增加代码的可读性和可维护性；

（2）相比较于#define定义的标识符，枚举有类型检查，更加严谨；

（3）防止命名污染；

（4）便于调试；

（5）使用方便，一次可以定义多个常量。

四、联合（共用体）

1. 联合类型的定义

        联合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，特点是这些成员共用同一块空间，所以联合也叫共用体。

union re {
	int a;
	char ch;
};

2. 联合的特点

        联合的所有成员共用同一块内存空间，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）。

3. 联合大小计算

（1）联合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，就需要对齐到最大对齐数的整数倍。

比如：

union {
	char arr[5];
	int i;
};

        该联合最大成员大小为5，最大对齐数是4，所以需要对齐到最大对齐数整数倍数，即该联合大小为8。