【C语言】进阶——结构体+枚举+联合
①前言：
在之前【C语言】初阶——结构体 ，简单介绍了结构体。而C语言中结构体的内容还有更深层次的内容。
一.结构体
结构体(struct)是由一系列具有相同类型或不同类型的数据项构成的数据集合，这些数据项称为结构体的成员。
1.结构体的声明
// 创建结构体
struct student
{
char name[10]; // 学生名字
int num; // 学生学号
int age; // 学生年龄
}stu;
struct student 是类型，stu是结构体类型变量
2.结构体的定义和初始化
2.1结构体的初始化
struct Stu //类型声明
{
char name[15]; //名字
int age; //年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20}; //初始化2.2结构体的自引用
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}; //结构体嵌套初始化3.结构体内存对齐
首先得掌握结构体的对齐规则：
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 = 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
struct S1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1)); 
s1在内存中所占的字节大小是多少？
VS默认对齐数是8
Linux没有默认对齐数自身大小就是其对齐数
首先c1是char类型 占1个字节与8比，8大，对齐数是1，放在偏移量为0的位置
c2也是char 类型对其数是1放在1的整数倍处也就是放在偏移量为1的位置
i是int型占4个字节，最大对其数是4，放在偏移量为4的位置
最后s1偏移量为7一共占用了8个字节，8是最大偏移量4的整数倍，所以s1在内存中占用了8个字节
3.1为什么存在内存对齐?
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到？
让占用空间小的成员尽量集中在一起。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。
总结：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法
3.2修改默认对齐数
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认3.3offsetof宏
用法：计算偏移量
头文件：#include
offsetof (type,member)struct address {
char name[50];
char street[50];
int phone;
};
int main()
{
printf("address结构中的name 偏移 = %d 字节\n", offsetof(struct address, name));
//0字节
printf("address结构中的street 偏移 = %d 字节\n", offsetof(struct address, street));
//50字节
}模拟实现
//模拟实现宏offsetof
#define my_offsetof(struct_name, member_name) (int)&(((struct_name*)0)->member_name)
//例如shtruct S{char a; char b;};
//用宏替换：(int)&(((struct S*)0)->a)
//解释：把结构体的首地址看成0，那么每个成员的地址（减去首地址0）也就是相对于首地址的偏移量，所以取到成员的地址并转换为int型就是偏移量；
//注意：以上把0强制转换成struct S*类型之后（把0转换成一个结构体指针类型），那么从0地址往后看就是一个结构体的形式看
//也可以说是在0地址的位置上放了一个结构体；注：结构体传参主要以传地址为主。
二.位段
- 位指的是二进制位；
- 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int、char
- 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字；
- 可以使数据单元节省储存空间，当程序需要成千上万个数据单元时，这种方法就显得尤为重要；
- 不支持跨平台
struct str
{
int _a : 2;
int _b : 3; //后面的数字是bit位，不是字节
};
int main()
{
unsigned char puc[4];
struct tagPIM
{
unsigned char ucPim1;
unsigned char ucData0 : 1;
unsigned char ucData1 : 2;
unsigned char ucData2 : 3;
}*pstPimData;
pstPimData = (struct tagPIM*)puc;
memset(puc, 0, 4);
pstPimData->ucPim1 = 2;
pstPimData->ucData0 = 3;
pstPimData->ucData1 = 4;
pstPimData->ucData2 = 5;
printf("%02x %02x %02x %02x\n", puc[0], puc[1], puc[2], puc[3]);
return 0;
}
puc是一个char数组，每次跳转一个字节，结构体不是，它只有第一个元素单独享用一字节，其他三个元素一起共用一字节，所以puc被结构体填充后，本身只有两个字节会被写入，后两个字节肯定是0，
然后第一个字节是2就是2了，第二个字节比较麻烦，首先ucData0给了3其实是越界了，1位的数字只能是0或1，所以11截断后只有1，同理ucData1给的4也是越界的，100截断后是00，只有5的101是正常的。填充序列是类似小端的低地址在低位，所以排列顺序是00 101 00 1。也就是0010 1001，
所以结果为02 29 00 00
三.枚举
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SUNDAY、MONDAY、TUESDAY、WEDNESDAY、THURSDAY、FRIDAY、SATURDAY就是一个枚举。
枚举就是一个对象的所有可能取值的集合
#include
enum sex
{
male,
female,
secret,
}; 枚举的关键字是enum 在括号内部注意每个成员名后面要加逗号，同时别忘了括号外面的分号
枚举内部的成员被依次赋值为0,1,2
我们假如将female赋值为1，secret就被赋值为2，male赋值为0
3.1枚举的优点
1.增加代码的可读性和可维护性
2. 和 #define 定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
3. 防止了命名污染（封装）
4. 便于调试
5. 使用方便，一次可以定义多个常量
enum Sex //枚举的申明定义
{
Male, //枚举常量，默认值是0开始，一次递增1
female,
secret
};
enum Color
{
RED=1, //也可以手动赋值
GREEN=2,
BLUE=4
};
int main(){
enum Sex a = Male; //枚举顾名思义就是一一列举。
enum Color b = RED;
printf("%d %d %d\n", Male, female, secret);
printf("%d %d %d\n", RED, GREEN, BLUE);
}
四.联合（共用体）
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）。
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
// 联合体/共用体 - 里面的成员同一时间只能用一个
union Un
{
char c; // 1
int i; // 4
};
union U
{
short s[7]; // 14
int i; // 4
};
int main()
{
union Un u = { 0 };
printf("%d\n", sizeof(u)); // 输出 4
// 下面三行输出同样的地址
printf("%p\n", &u);
printf("%p\n", &(u.c));
printf("%p\n", &(u.i));
union U c = { 0 };
printf("%d\n", sizeof(c)); // 输出 16 内存对齐了（最大对齐数4的倍数）
printf("%p\n", &c); // 输出
printf("%p\n", &(c.s)); // 输出
printf("%p\n", &(c.i)); // 输出
return 0;
}
联合体、大小端结合
int check_sys()
{
union J
{
char m;
int n;
};
J s1;
s1.n = 1;
return s1.m;
}
int main()
{
if (check_sys())
{
printf("小端\n");
}
else
{
printf("大端\n");
}
return 0;
}int main()
{
union
{
short k;
char i[2];
}*s, a;
s = &a;
s->i[0] = 0x39;
s->i[1] = 0x38;
printf("%x\n", a.k);
return 0;
}union只有2字节，2字节的十六进制只有4位，所以答案CD排除。而位顺序类似小端，低地址在低处，所以39是低地址，在低位，38在高位，所以是3839
以上就是我对【C语言】结构体的全部介绍了，身为初学者自知有很多不足，望各位大佬指点得以改正！！！感激不尽。
