详解C语言—自定义类型（结构体、枚举、联合）
目录
结构体
1、结构体类型的声明
2、结构的自引用
3、结构体变量的定义和初始化
4、结构体内存对齐
结构体内存对齐的规则：
为什么存在内存对齐?
修改默认对齐数
5、结构体传参
6、结构体实现位段（位段的填充&可移植性）
位段的内存分配
位段的跨平台问题
枚举
1、枚举类型的定义
2、枚举的优点
3、枚举的使用
联合
1、联合类型的定义
2、联合的特点
3、联合大小的计算
结构体
1、结构体类型的声明
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。
例如描述一个学生，我们可以将他的各种信息放到结构体类型中。
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age; //年龄
char sex[2]; //性别
char id[20]; //学号
}; //一定要有分号！！！声明结构体的时候，可以进行不完全声明：
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}*p;这时如果加上这段代码合法吗？
int main()
{
p=&x;
}结果如下：
虽然成员一样，但编译器会把上面两个声明当成完全不同的两个类型。
如果创建一个结构体只需要用一次可以用匿名结构体(如上述结构体变量x)，但一般很少用匿名结构体。
2、结构的自引用
先介绍一下数据结构：描述的是数据在内存中的组织结构线性数据结构。
- 假设要存储 1 2 3 4 5，可以用一块连续的空间储存，这种叫顺序表。
- 也可以将数据存在不同位置没有任何关系，然后通过链条将他们串起来，当找到1时接着找2，找到2时接着找能找到3，以此类推，找到1就能找到后续数据的方式就叫做链表。
链表中每一个存放数据的结构都叫做一个节点，从一个节点找到下一个节点，有人就想到了把节点定义成一个结构体。
struct N
{
int data;
struct Node next;
}这样种方式对吗吗？
当然这种方式不行，第一个数据中next包含着第二个数据的data和next，第一个数据的next会嵌套包含后续所有数据。 无法计算结构体类型的大小。
其实每次存下一个数据的地址就可以解决，结构体想包含同类型结构体需要使用结构体指针形式，指向同类型数据.
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
我们接着往下看，
我们也可以用typedef重命名匿名结构体类型 ，下面代码中好像因为我们重命名了匿名结构体类型为Node，所以在结构体内部又包含结构体指针类型。
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
int main()
{
Node n;
return 0;
}但这种方式忽略了先后顺序问题，我们要对这个匿名结构体类型重命名产生Node，产生条件是结构体必须是合格完整的类型，而重命名之前在匿名结构体类型中就出现Node*了，此时我们还未产生Node，未产生Node就提前使用Node这是绝对不允许的。
我们可以不用匿名结构体，这样先定义struct Node类型再使用Node*这样就可以了。 代码如下：
struct Node
{
int data;
Node* next;
};
int main()
{
Node n;
return 0;
}3、结构体变量的定义和初始化
结构体的定义有以下两种形式
- 一种在结构体分号前定义，
- 另一种在主函数中定义。
struct SN
{
char c;
int i;
}sn1，sn2；int main()
{
struct SN s1,s2;
}初始化使用大括号加对应数据的形式，也可以在大括号内使用类似 .i .c这种点加上结构体成员的方式初始化。初始化的位置可以在结构体处也可以在主函数处。
struct SN
{
char c;
int i;
}sn1 = { 'q', 100 }, sn2 = {.i=200, .c='w'};
int main()
{
struct SN s1 = { 'q', 100 } , s2 = {.i=200, .c='w'};
}我们还可以在结构体内包含数组和结构体 ，为结构体内部赋值需要用大括号。
在输出的时候结构体变量采用变量名加 .结构体成员的方式，结构体里包含结构体也一样。如果是结构体指针，则需->加上结构体成员。
struct SN
{
char c;
int i;
}sn1，sn2；
struct S
{
double d;
struct SN sn;
int arr[10];
};
int main()
{
struct S s = { 3.14, {'a', 99}, {1,2,3} };
printf("%lf %c %d\n", s.d, s.sn.c, s.sn.i);
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
printf("%d ", s.arr[i]);
return 0;
} 输出结果：
4、结构体内存对齐
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
int i;
char c1;
char c2;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}输出结果：
这与我们想象的char类型占一个字节，int类型占四个字节，所以两个char类型和一个int类型的结构体S1的大小是六个字节显然不符，那这是为什么呢？
这时就引出了结构体对齐。
我们用宏offsetof( )可以计算结构体成员相较于结构体起始位置的偏移量，需要包含头文件
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));输出结果：
由此我们画图来看一下，按照offsetof()计算出的偏移量，好像结构体S1只占了九个个字节，但事实上在前面我们已经得知结构体S1的大小为十二个字节，这又是为什么呢？
通过上面的现象分析， 我们发现结构体成员不是按照顺序在内存中连续存放的，而是有一定的对齐规则。
结构体内存对齐的规则：
- 结构体的第一个成员永远放在相较于结构体变量起始位置偏移量为0的位置。
- 从第二个成员开始，往后的每个成员都要对齐到某个对齐数的整数倍处。
- 对齐数：结构体成员自身的大小和默认对齐数的较小值
- VS上默认对齐数是8，gcc 没有默认对齐数，对齐数就是结构体成员的自身大小。
- 结构体的总大小，必须是最大对齐数的整数倍。
- 最大对齐数是所有成员的对齐数中最大的值。
- 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。
这时我们就明白了：
- char c1为第一个成员假设就放在偏移量0处， 第二个成员int i 的大小为4个字节，与VS的默认对齐数8相比，则 i 的对齐数为较小的4。所以 i 要偏移对齐数4的整数倍处，即为4处，储存4个字节，占用偏移量4到7。
- c2的对齐数为1，所以偏移1到8处即可。
- 最大对齐数是4，结构体的总大小是最大对齐数的整数倍，也就是4的整数倍，而目前结构体的大小为9，所以向后再占用3个空间凑成12，符合4的整数倍，这样结构体S1的大小最终为12个字节。
现在解释S2：
- 第一个成员int类型 i 放在0处，占用四个字节，char类型c1对齐数为1，放在4处.char类型c2对齐数为1，放在5处。
- 最大对齐数为int i的对齐数为4，所以结构体的大小为4的整数倍，目前为6个字节，再向后占用两个字节，大小为八个字节则符合要求，结构体变量S2的大小为八个字节。
例一：
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};double类型占用八个字节，d占用0偏移处到7偏移处。char c对齐数为1，占用8偏移处。int i对齐数为4，偏移到4的整数倍12偏移处，占用12到15偏移处。整个结构体大小位16个字节正好是最大对齐数double的对齐数 8 的整数倍，结构体S3的大小为16个字节。
例二：
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};- char c1占用一个字节放在0偏移处。
- 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。
- 结构体S3的最大对齐数为8，所以对齐到8偏移处，占用S3的大小十六个字节到23偏移处。
- double d的对齐数为8，偏移到8的整数倍24偏移处，占用8个字节到31偏移处。
- 目前大小为32，正好为最大对齐数为8的整数倍，结构体的大小为32个字节。
为什么存在内存对齐?
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。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
修改默认对齐数
#pragma pack(1)
struct S
{
char c1;//1 1 1
int a; // 4 1 1
char c2;//1 1 1
};
#pragma pack()
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}输出结果： 
，通过#pragma pack(1)修改默认对齐数，使每个成员的对齐数都为1，这时他们都不存在对齐，依次排列在内存中。大小为六个字节。
结构体使用完对齐数1之后，通过#pragma pack()取消设置的默认对齐数，还原为默认。
结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数。
5、结构体传参
struct S
{
int data[100];
int num;
};
void print1(struct S tmp)
{
printf("%d\n",tmp.num);
}
void print2(struct S* ps)
{
printf("%d\n",ps->num);
}
int main()
{
struct S s = { {1,2,3}, 100 };
print1(s);
print2(&s);
return 0;
}输出结果：
传参首选print2函数 ：
- 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。
6、结构体实现位段（位段的填充&可移植性）
1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字，这个数字是说明存放的二进制位的大小。
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};位段的内存分配
1. 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2. 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。3. 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。
我们来看看这个例题：
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;
}首先定义名为 puc 的包含4个无符号字符的数组
定义了一个名为
tagPIM的结构体，其中包括：
- 一个无符号字符
ucPim1。- 三个位字段
ucData0、ucData1和ucData2，它们的大小分别是1位、2位和3位。
然后创建了一个名为 pstPimData 的 struct tagPIM 类型的指针。
将 puc 的地址赋给了 pstPimData。这意味着 pstPimData 现在指向 puc 的内存位置。
使用 memset 函数将 puc 的所有字节设置为0。
设置了由
pstPimData指向的结构体的成员的值：
ucPim1被设置为2。ucData0被设置为3。但由于它是一个1位字段，它只能容纳0或1的值。因此，将其设置为3相当于将其设置为1（二进制：11，但只考虑最低有效位）。ucData1被设置为4。它是一个2位字段。4的二进制表示是100，但只考虑两个最低有效位，所以它被设置为0。ucData2被设置为5。它是一个3位字段。5的二进制表示是101，这适合3位，所以它被设置为5。
现在，让我们看看 tagPIM 的内存布局是怎样的：
ucPim1 | ucData2 | ucData1 | ucData0
8位 | 3位 | 2位 | 1位 00000010 | 101 | 00 | 1
- unsigned char puc[4]分配了四个字节
- 所以在内存中为00000010 00101001 00000000 00000000
- 以十六进制形式打印结果为02 29 00 00
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。（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。
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在。
枚举
1、枚举类型的定义
枚举顾名思义就是一一列举。把可能的取值一一列举。比如我们现实生活中：
- 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
enum Color
{
RED,//0
GREEN,//1
BLUE//2
};
int main()
{
enum Color c = GREEN;
printf("%d\n", RED);
printf("%d\n", GREEN);
printf("%d\n", BLUE);
return 0;
}输出结果： 
枚举类型默认值从0开始，依次递增1。
也可以在定义时赋初值：
enum Color
{
RED = 9,
GREEN,
BLUE
};
enum Color
{
RED,
GREEN = 9,
BLUE
};
2、枚举的优点
- 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
3、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
1、联合类型的定义
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));
2、联合的特点
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un));
return 0;
}输出结果： 
为什么是4呢？我们打印联合类型Un和内部成员的地址一探究竟。
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un));
union Un un = { 0 };
printf("%p\n", &un);
printf("%p\n", &(un.i));
printf("%p\n", &(un.c));
return 0;
}输出结果： 
他们在内存空间应该是这样的： 
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un));
union Un un = { 0 };
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%p\n", &un);
printf("%p\n", &(un.i));
printf("%p\n", &(un.c));
return 0;
}
un.i 的地址： 
un.c的地址：
这证明了联合类型的成员共用同一块空间。
但是当我们以十六进制形式打印出来，可以看到un.i最低位被修改为un.c的值了了
#include
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
union Un un = { 0 };
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", (un.i));
printf("%x\n", (un.c));
return 0;
}
联合体实现判断当前计算机的大小端存储：
int check_sys()
{
union
{
int i;
char c;
}un = {.i = 1};
return un.c;
}
int main()
{
int ret = check_sys();
if (ret == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
}check_sys函数定义了一个匿名联合体（union）un，这个联合体包含了一个整数i和一个字符c。- 联合体的特点是所有成员共享同一块内存，因此在一个给定时间只有一个成员是有效的。
- 在联合体
un中初始化了一个整数i的值为1。 check_sys函数返回了联合体un中字符c的值。- 在
main函数中，调用check_sys函数并将返回值存储在变量ret中。 - 然后，代码检查
ret是否等于1。 - 如果
ret等于1，则打印 "小端"，表示系统是小端字节序。 - 如果
ret不等于1，则打印 "大端"，表示系统是大端字节序。
3、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。
union Un1
{
char c[5];
//5个字节 每个元素占1个字节 默认对齐数8 对齐数为1
int i;
//4个字节 默认对齐数8 对齐数为4
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
//5不是最大对齐数的整数倍，所以5+3 = 8
return 0;
}