（C语言）自定义类型——结构体+枚举+联合
目录
- 1 结构体的声明
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- 1.1 结构的基础知识
- 1.2 结构的声明
- 1.3 特殊的声明
- 1.4 结构的自引用
- 1.5 结构体变量的定义和初始化
- 1.6 结构体内存对齐
- 1.7 修改默认对齐数
- 百度笔试题：
- 1.8 结构体传参
- 2. 位段
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- 2.1 什么是位段
- 2.2 位段的内存分配
- 2.3 位段的跨平台问题
- 3.枚举
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- 3.1 枚举类型的定义
- 3.2 枚举的优点
- 3.3 枚举的使用
- 4.联合（共用体）
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- 4.1 联合类型的定义
- 4.2 联合的特点
- （面试题）判断当前计算机的大小端存储
- 4.3 联合大小的计算
1 结构体的声明
1.1 结构的基础知识
数组是一组相同类型值得集合，而结构也是一些值的集合，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。
1.2 结构的声明
struct tag
{
member-list;
}variable-list;
struct是关键字
tag是结构体得标签，标明结构体是关于什么的
当前结构的声明，和int、double等一样只是一个类型
variable-list是利用这个结构体类型创建的变量
例子：
struct Stu
{
//学生的相关属性
char name[20];
int age;
} s1,s2;//s1,s2是全局变量
int main()
{
struct Stu s3;//s3是局部变量
return 0;
}
1.3 特殊的声明
在声明结构的时候，可以不完全的声明。
就像下面的匿名结构体类型
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], *p;
1、匿名结构体类型只能在声明时定义变量，下面就不能定义该类型的变量了（定义变量时就一个struct关键字，无法再定义）。
2、上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。
虽然说他们内部的成员都一样，但是编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型，所以当你使用p = &x;时，编译器会报警告。
1.4 结构的自引用
在数据结构中，我们常常要使用链表来解决一些问题，这里就引出了结构体自引用的概念
在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？
在刚接触结构体时我们会认为结构体的自引用是下面的这种形式
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
其实这样是不行的，如果可以，那sizeof(struct Node)将是无穷大。
所以说正确的做法是下面的这种形式
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
通过定义结构体类型的地址来找到下一个结点，来实现链表才是可行的办法。
自身疑惑：
既然成员里struct Node能定义一个指针就说明这个结构体已经存在了，但是这个结构体的定义还需要内部的成员，那这个怎么理解呢？
解释：这里只是声明了这是一个结构体指针类型的变量，跟结构体类型还关系不大，实际上这时候结构体类型还没有定义完毕。这里只是说明这里有个指针变量，具体到用的时候需要你对它进行赋值，那时候类型才算定义完毕了.
再看下面的代码可行吗？
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
要想typedef匿名结构体为Node，就说明现在现在这个匿名结构体类型是存在的，存在才能定义。
而现在这个匿名结构体类型的成员Node* next；的Node还得需要你外边typedef定义好了我才能用，这就很矛盾，所以说这样不行。
正确处理方法：
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
当前struct Node已经被定义好了，外面的typedef也和你内部的成员没有任何关联。
1.5 结构体变量的定义和初始化
struct Point
{
int x;
int y;
}p1 = {2,3};//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct score
{
int n;
char ch;
};
struct Stu
{
char name[20];
int age;
struct score s;//结构体嵌套定义
};
int main()
{
struct Point p2 = { 3,4 };//定义结构体变量p2同时初始化
struct Stu s1 = { "zhangsan", 20 , {100, 'q'}};//结构体嵌套初始化
printf("%s %d %d %c\n", s1.name, s1.age, s1.s.n, s1.s.ch);
return 0;
}
1.6 结构体内存对齐
我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小，这就需要引入结构体内存对齐这个概念了
如何计算？
首先得掌握结构体的对齐规则：
1、结构体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）的整数倍的偏移量地址处。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数（VS编译器中默认的值为8） 与 该成员所占字节大小的较小值
将来可能会遇到内部成员有数组，举个例子，有一个char[10]的数组成员，那它的对齐数就是1，不能认为是10，就看类型。
3、最终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（都往偏移量地址上对齐），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。
这里举两个例子：
例子1：
#include先分析double d，double d占8个字节VS编译器中默认的值为8，较小值为8并且结构体第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处，所以它所占的是0-7的偏移量地址，然后是char c，char c占一个字节VS编译器中默认的值为8，较小值为1，每个偏移量地址都是1的倍数那就放在8的位置，最后是int i与8相比的较小值为4，从8往后数，12正好是4的倍数，所以它所占的是12-15的偏移量地址。最后最终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）也就是8的整数倍，从0-15正好16个字节是8的整数倍，所以最终答案就是16
例子2:
#include一个一个的看，char占一个字节与VS默认对齐数8相比较小值为1，放到0的偏移量地址处
struct S3 s3中三个成员的对齐数分别为8、1、4，最大对齐数为8，那就对齐到8的那个位置，struct S3 s3本身大小为16，从8开始往后数16个字节到23的位置，再往后double d;占八个字节与VS默认对齐数8相比较小值还是8，从23往后数24正好是8的倍数，把double d;占的就是24-31的位置。至此，char c1;，注意struct S3 s3是被嵌套的结构体，还要进到struct S3 s3里边找double d;
char c; int i;，double d;以上5个变量的最大对齐数为8，刚刚最后走到31的位置，从0-31正好32个字节，是8的倍数，即struct S4占32个字节。
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。
//例如：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
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。
1.7 修改默认对齐数
之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。
#include #pragma pack(n)//设置
......
#pragma pack()//取消
//在这个范围内默认对齐数为n
结论：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。
百度笔试题：
写一个宏，计算结构体中某变量相对于首地址的偏移，并给出说明 考察： offsetof 宏的实现
#define OFFSETOF(type, m_name) (size_t)&(((type*)0)->m_name)
#include 
1.8 结构体传参
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;
}
上面的 print1 和 print2 函数都能实现打印的效果，但哪个更好些？
答案是：首选print2函数。
原因：
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：结构体传参的时候，要传结构体的地址。
2. 位段
2.1 什么是位段
位段的声明和结构是类似的，有两个不同：
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(表示所占bit位的个数，并且不能超过前面的类型的bit位大小，int不能超过32，char不能超过8)。
3.位段只能在结构体里使用
2.2 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。
//一个例子
#include可以参照下面的这幅图，上面说到按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟空间，这里和明显都是char那就是一个字节一个字节的开辟空间，
先开辟一个字节，这一个字节8个bit位，**数据从右向左是从低位到高位的，先是a要用到第一个字节的3个bit位，然后要往里放二进制10（1010也是数据），总共就三位你要放四位所以给你的高位那个1截断，变成010，
第一个字节还剩下5个bit位，b是12（1100）正好给它限制的4位能够放进去，现在第一个字节还剩下1个bit位，
下一次c需要5位bit位存放3（00011），第一个字节不够，那就再开辟一个字节来存放这5位（00011）
最后d需要4个bit位存放4（0100），第二个字节c用了5个bit位，还剩3个，不够4个，舍弃，再开辟一个字节，往高位存放0100
至此，所有数据就都存放进去了，二进制变16进制，4位4位往出拿就是
0110 0010(0x62）
0000 0011(0x03)
0000 0100(0x04)
2.3 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，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。
3.枚举
3.1 枚举类型的定义
直接上代码
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
};
注意枚举类型的内部的逗号，以及类似于结构体的格式。
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，当然在定义的时候也可以赋初值。
例如：
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
或者中途赋一个值，下面的枚举常量的值就紧接着依次+1
#include
3.2 枚举的优点
为什么使用枚举？ 我们可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？ 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
3.3 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。
clr = 5; //error
只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。
clr是一个枚举变量，5是一个整形常量，在c++的语法中会报错，类型不兼容。
4.联合（共用体）
4.1 联合类型的定义
联合也是一种特殊的自定义类型 （类比结构体）
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）。
比如：
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算联合变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));//4
这里最后输出的是4，为什么是4呢？下面会有介绍
4.2 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）。
union Un
{
int i;
char c;
};
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗？
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));
//下面输出的结果是什么？
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
首先他们俩的起始地址相同，因为联合体这一特殊的结构，他们俩的内存都是共用的。存放下最大的那个数据类型就行了，最大那个是int占4个字节，所以之后就在这4个字节进行各种操作。
其次这里的0x11223344是int类型的数据，在小端存储模式的内存中数据高位存在地址高位，那就如上图所示存储。
下一次对于c 0x55，又在这一片空间（四个字节）进行操作，55是数据低位，把低位的44改成55之后就是下面的输出结果。
（面试题）判断当前计算机的大小端存储
不知道大小端的可以去看（C语言）数据的存储
方法一：强制类型转换
#include方法二
int check_sys()
{
union
{
char c;
int i;
}u;
u.i = 1;
//返回1是小端，返回0是大端
return u.c;
}
int main()
{
//int a = 1;//0x 00 00 00 01
//低-------> 高
//01 00 00 00 -- 小端
//00 00 00 01 -- 大端
int ret = check_sys();
if (ret == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
}
4.3 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。
比如：
#include
我们来分析一下第二个联合体union Un2吧
要知道对齐数 = 编译器默认的一个对齐数（VS编译器中默认的值为8） 与 该成员所占字节大小（成员是数组就看单个元素所占大小）的较小值
对于short c[7]它就相当于7个short类型的变量，意思就是数组的对齐数只跟它的单个的类型有关，单个类型是char，那么它单个元素所占大小是2，编译器默认的对齐数是8，两者的较小值为2，但是c数组占14个字节，所占偏移量地址为0-13.
当前总共已经占了14个字节了
int占四个字节，编译器默认的对齐数是8，两者的较小值为4
前面说到最终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。
这里联合体也一样
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。
14不是4的倍数，得再往后走两个占16个字节才是4的倍数
所以第二个联合体的大小才是16个字节（但地址都是从头开始的）。