自定义类型：结构体、位段、枚举、联合

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前言

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1. 结构体

a. 关键字：struct

b. 结构体基础知识：

i. 成员变量：结构体是一些值的集合，这些值称为成员变量，每个成员可以是不同类型的变量
ii. 与其类似的，数组：一组相同元素的集合

c. 结构体声明：

i.

struct student //结构体名称
{
	//成员列表
	char name[20];
	int age;
}stu1;//变量名

d. 特殊的声明

i. 匿名结构体类型

1. 适用范围：仅用一次，后不再用
2. 使用：

struct
{
	int a;
	float b;
};

3. 解释：没有名称可读性差，调用的时候会比较麻烦，故一般适用于只用一次的场景

e. 结构的自引用

i. 数据结构：描述的是数据在内存中的存储和组织结构

1. 线性数据结构：顺序表
   a) 包含数据域和指针域，指针域存放着指向下一个位置的指针，这就是一种自引用
2. 树形数据结构：树、二叉树等
   ii. 自引用
3. 结构体中除了数据（数据域）之外还需要包括一个指向下一位置的指针（指针域）
4. 引用方式：

struct Node
{
	int a;
	struct Node* next;//存放执行下一个结构体的指针
};

f. 结构体变量的定义与初始化

i. 变量定义

//声明类型的同时定义结构体变量
struct student
{
	int a;
	float b;
}p1;

//定义结构体变量
struct student p2;

int main() {
	//定义结构体变量
	struct student p3;
	return 0;
}

ii. 初始化

1. 顺序初始化（默认）

struct student
{
	int a;
	float b;
}p1 = {12,32.5};//定义的同时初始化


struct student p2 = {18,99.9};//初始化

int main() {

	struct student p3 = {12,13.4};//初始化
	return 0;
}

2. 指定顺序初始化

struct student
{
	int age;
	char name[20];
};

int main() {

	struct student p3 = { .name = "张三",.age = 18};
	return 0;
}

3. 复杂类型

struct point
{
	int x;
	int y;
};

struct student
{
	int age;
	char name[20];
	struct point p;
	struct student* next;
};

int main() {
	struct student s = { 12,"张三",{12,23},NULL };
	return 0;
}

g. 结构体内存对齐

i. 引入

1. 例子：

struct stu1 {
	char a;
	char b;
	int c;
};

struct stu2 {
	char a;
	int c;
	char b;
};

int main() {
	printf("%d\n", sizeof(struct stu1));
	printf("%d\n", sizeof(struct stu2));
	return 0;
}

2. 结果：
   
3. 问题：两个结构体中，只有成员的顺序发生了变化，为什么会导致大小发生改变？

ii. offsetof（宏，可以直接使用）

1. 功能：用于计算结构体成员相较于其实位置的偏移量（相较于起始位置偏移了几个字节，偏移量就是几）
2. 使用：
   a) 介绍：
   

 i) 头文件：
 ii) 参数：两个参数，类型与对象
 iii) 返回值：返回偏移量
b) 示例：

struct stu1 {
	char a;
	char b;
	int c;
};

struct stu2 {
	char a;
	int c;
	char b;
};

int main() {
	printf("%d\n", offsetof(struct stu1,a));
	printf("%d\n", offsetof(struct stu1,b));
	printf("%d\n", offsetof(struct stu1, c));
	return 0;
}

结果：
在这里，我们清楚的看到了每个元素存储的起始位置，那么，它们为什么会这样存储？

iii. 如何计算

1. 对齐规则：
   a) 起始位置
   第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处
   b) 对齐数
   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
   c) 结构体总大小
   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。
   d) 结构体嵌套
   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。

iv. 为什么要对齐

1. 平台原因：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。
3. 总结：拿空间换取时间
4. 怎样设计结构体
   a) 让占用空间小的成员尽量 在一起

v. 修改默认对齐数

1. 可以使用#pragma 这个预处理指令，可以改变我们的默认对齐数。
2. 一般设置为2的某次方
3. 例如：

#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

#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
int main()
{
	//输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

h. 结构体传参

i. 传值调用（少用）

1. 缺点
   a) 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。
   ii. 传输地址（传址调用）
   iii.示例：

struct stu {
	char name[20];
	int age;
};

struct stu s = {"张三",12};

void print1(struct stu s) {
	printf("%s %d\n",s.name,s.age);
}

void print2(struct stu* s) {
	printf("%s %d\n",s->name,s->age);
}

int main() {
	print1(s);
	print2(&s);
	return 0;
}

结果：

2. 位段

a. 设计目的：节省空间

b. 什么是位段

i. 位段的声明和结构类似，但有两个不同

1. 位段的成员：只有int、unsigned int 、signed int 、char（属于整形家族）
2. 成员名：后面可以有冒号和数值
3. 举例

struct stu
{
	char a : 1;
	char b : 2;
	char c : 6;
	char d : 3;
};

struct stu s = { 1,2,3,4 };

int main() {
	printf("%d\n",sizeof(s));
}

结果：

赋值详情：

ii. 位段的位指的是二进制位

1. 位段成员冒号后面的数字就是它占用了几个bit位的空间

c. 位段的内存分配

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

ii. 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。

iii. 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。

iv. 在VS怎么使用

1. 单个字节中，从右往左由低到高使用
2. 如果剩余空间不够就舍弃

d. 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。
2. 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。
3. 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。
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。

3. 枚举

a. 关键字：enum

b. 枚举的定义

i. 枚举的取值默认从0开始
ii. 枚举可能的值是可以修改的，可以在初始时为其设置值
iii. 枚举类型占4个字节
iv. 初始化的时候设定了一个值，则其后的值默认从此开始增加
举例：

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
};

c. 枚举的优点

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

d. 枚举的使用

enum Color//颜色
{
	RED,
	GREEN,
	BLUE
};
int main() {
	printf("%d %d %d\n",RED,GREEN,BLUE);
	return 0;
}

结果：

2.

enum Color//颜色
{
	RED = 5,
	GREEN,
	BLUE
};
int main() {
	printf("%d %d %d\n",RED,GREEN,BLUE);
	return 0;
}

结果：

4. 联合（共用体）

a. 关键字：union

b. 定义

union stu 
{
	int age;
	char sex[2];
}p1;

union stu p2;

int main() {
	printf("%d\n",sizeof(p1));
	return 0;
}

结果：

c.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）。
这个从上一步的结果就可以看出

d.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。
举例：

union stu
{
	int age;
	char name[7];
}p1;

union stu p2;

int main() {
	//按类型，最大的是int类似，4个字节，所以需要时4的倍数
	//char数组大小为7，至少要比7大
	printf("%d\n", sizeof(p1));
	return 0;
}

结果：