【C语言】自定义类型（结构体+枚举+联合）
一、结构体
1、结构体类型的声明
（1）结构的基础知识
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。
（2）结构的声明
举例：
// 形容一名学生
struct Stu
{
char name[20]; // 名字
int age; // 年龄
char sex[5]; // 性别
char id[20]; // 学号
};注意：结构体最后的分号不能丢！
（3）特殊的声明
在声明结构的时候，可以不完全的声明。
比如：
// 匿名结构体类型
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], *p;上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（ tag）。在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？
p = &x;⚠ 警告 ：在编译器看来，虽然成员是一模一样的，但是编译器仍然认为它们是两个完全不同的类型。 因为不相同，所以 *p 不能存变量 x 的地址。
2、结构的自引用
结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员，包含同类型的结构体指针（不是包含同类型的结构体变量）。
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？如果可以，那 sizeof(struct Node) 是多少？
答：不行。
// 正确（子引用方式）代码： struct Node { int data; struct Node* next; };
typedef struct { int data; Node* next; }Node; // 这样写是否可行？ -- 不可行 // 解决方案： typedef struct Node { int data; struct Node* next; }Node;原因：在结构体定义中使用了一个未定义的 Node 类型来声明 next 指针，这会导致编译错误。因为在结构体定义之前，编译器无法识别 Node 类型。
在结构体定义中使用 struct Node 来指明 next 指针的类型，而不是直接使用 Node。这样编译器就能正确识别 Node 类型了。
3、结构体变量的定义和初始化
（1）结构体定义变量的种形式
struct Point
{
int x;
int y;
}p1; // 声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; // 定义结构体变量p2（2）结构体初始化变量
// 接上续代码
struct Point p3 = {x, y}; // 初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Stu // 类型声明
{
char name[15]; // 名字
int age; // 年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20}; // 初始化
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = {10, {4,5}, NULL};
// 结构体嵌套初始化
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};4、结构体内存对齐
（1）如何计算？
结构体的对齐规则：
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为 0 的地址处。
- 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。
- VS 中默认的值为 8。Linux中没有默认对齐数概念！
⚪ 结构体嵌套问题
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。
（2）为什么存在内存对齐？
- 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。
- 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。
在设计结构体的时候，既要满足对齐，又要节省空间，得如何做到呢？
让占用空间小的成员尽量集中在一起。
struct S1
{
char c1; //0（1~3）
int i; //4~7
char c2; //8（9~11）
};
struct S2
{
char c1; //0
char c2; //1（2~3）
int i; //4~7
};
S1 和 S2 类型的成员一模一样，但是 S1 和 S2 所占空间的大小有了一些区别。
5、修改默认对齐数
#pragma 可以改变我们的默认对齐数。
#include
// 默认对齐数是8
#pragma pack(2) // 把默认对齐数改为2
struct S
{
char c1; //1
int i; //4
char c2; //1
#pragma pack() // 取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S)); //12
return 0;
} 
结论 ：结构在对齐方式不合适的时候，可以自己更改默认对齐数。
⚪offsetof
作用：该宏用于求结构体中一个成员在该结构体中的偏移量。
#include
#include
struct S
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
printf("%d\n", offsetof(struct S, c1)); //1
printf("%d\n", offsetof(struct S, i)); //4
printf("%d\n", offsetof(struct S, c2)); //1
return 0;
} 6、结构体传参
#include
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
struct S s = {{1, 2, 3, 4}, 1000};
// 结构体传参
void print1(struct S s)
{
printf("%d\n", s.num);
}
// 结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
print1(s); // 传结构体
print2(&s); // 传地址
return 0;
} 
print1（传结构体） 和 print2 （传地址）函数哪个更好?
首选 print2 （传地址）函数。原因在于：
- 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。
结论 ： 结构体传参时，要传结构体的地址。
7、结构体实现位段（位段的填充 & 可移植性）
（1）位段
a.什么是位段
位段，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。
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：member_name : number 。
// A就是一个位段类型
struct A
{
int _a:2; // _a 成员占2个比特位
int _b:5; // _b 成员占5个比特位
int _c:10; // _c 成员占10个比特位
int _d:30; // _d 成员占30个比特位
}
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A)); //8
return 0;
}
// 四个成员占47个比特位，而8个字节是64个比特位b.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。
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;
}
空间是如何开辟的？
c. 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，但是位段可以很好的节省空间，但缺陷是位段有跨平台的问题存在。
d.位段的应用
二、枚举
1、什么是枚举
在数学和计算机科学理论中，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。这两种类型经常（但不总是）重叠。
枚举是一个被命名的整型常数的集合，枚举在日常生活中很常见。例如表示星期的星期一、星期二、星期三... ...就是一个枚举。
2、枚举类型的定义
enum Day // 星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex // 性别
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
}；
enum Color // 颜色
{
RED,
GREEN,
BLUE
};以上定义的 enum Day ， enum Sex ， enum Color 都是枚举类型。 { } 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（可赋初值，上面赋值如果下面不赋，随上一个赋的值 +1 ) ，当然在定义的时候也可以赋初值。
enum Color // 颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};3、枚举的优点
可以使用 #define 定义常量，那选择枚举的原因是什么呢？
- 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。
4、枚举的使用
enum Color
{
RED,
YEELOW,
BULE
};
int main()
{
enum Color c = BULE; // 创建一个变量c，并将BULE赋给它
c = YEELOW; // 这时将YEELOW赋给它，完全没有问题
// 只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异
BULE = 6; // error - 枚举常量是不能改变的
return 0;
}三、联合（共用体）
1、联合类型的定义
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），可以在相同的内存位置存储不同的数据类型 。
#include
union Un
{
char c; //1
int i; //4
};
int main()
{
union Un u;
printf("%d\n", sizeof(u)); //4
return 0;
} #include
union Un
{
char c; //1
int i; //4
};
int main()
{
union Un u;
printf("%p\n", &u);
printf("%p\n", &(u.c));
printf("%p\n", &(u.i));
return 0;
}
为什么是 4 个字节呢？
他们的内存地址都是一样的。
结论：联合体的成员是共用同一块内存空间的，因为联合至少要有保存最大的那个成员的能力，所以一个联合变量的大小至少是最大成员的大小。
注意：在同一时间内你只可以使用联合体中的一个成员。
2、联合体大小的计算
- 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。
#include
union Un
{
char a[5]; //5 - 对齐数是1
int i; //4 - 对齐数是4
};
int main()
{
union Un u;
printf("%d\n", sizeof(u)); //8 - 所以最后取了8个字节为该联合体的大小
return 0;
} 3、判断大小端
#include
int check_sys()
{
int a = 1;
return *(char*)&a;
}
int main()
{
int ret = check_sys();
if(ret == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
} 通过联合体的方式来判断：
#include
int check_sys()
{
union U {
char c;
int i;
} u;
u.i = 1;
return u.c;
// 返回1 - 小端
// 返回0 - 大端
}
int main()
{
int ret = check_sys();
if(ret == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
}