C语言——结构体(声明、内存对齐、自引用)、位段、联合体、枚举常量合集
目录
一、结构体
1.1结构体的声明
1.2结构体的特殊声明
1.3 结构体变量的定义和初始化
1.4结构体内存对齐
1.4.1为什么存在内存对齐
1.4.2修改默认对齐数(只有vs有)
1.5结构体传参
二、位段
2.1位段的声明
2.2位段的跨平台
三、枚举常量类型
3.1枚举的定义
3.2枚举常量的优点
四、联合（共用体）
4.1联合的声明
4.2联合的特点
4.3 联合大小的计算
一、结构体
1.1结构体的声明
前要: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。
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}; //分号不能丢如上，我们就创建了一个struct stu的类型， struct stu的地位相当于int、double等是一个新的可以用来创建新的变量的类型。例如：struct stu student 那么student就是struct stu类型的。
student拥有三个成员变量，通过student.name[],student.age,student,sex[],student.ad[]来直接获取
变量创建
struct Stu
{
char name[20];
int age;
char sex[5];
char id[20];
}student; //可以在声明时直接创建结构体变量student 是全局变量
int main(){
}struct Stu
{
char name[20];
int age;
char sex[5];
char id[20];
}
int main(){
struct Stu student; //可以在其他函数内调用，是局部变量
}1.2结构体的特殊声明
在声明结构的时候，可以不完全的声明
//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;
这种情况下一般使用在这个结构体类型只创建一次变量，只应用一次。
弊端就是不能进行自引用
1.3 结构体变量的定义和初始化
有了结构体类型，那如何定义变量，其实很简单
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
//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {x, y};
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};//结构体嵌套初始化1.4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。
这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐我们可以大胆猜测一下，听到对齐两个字，会不会让我们感觉要按照一定的规则，将指定的东西放在指定的位置上，便于读取调用，事实上就是这样。
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（其他编译器没有默认对齐数）
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。
让我们实际分析几个案例
//练习1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1)); 
struct S1 的大小是12字节
//练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2)); 
所以可以观察到即便S1 于 S2 的成员变量类型都相同，只是顺序的不同就导致所占内存大小不同，所以我们可以在设置变量时，
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。
//练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3)); 
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4)); 
1.4.1为什么存在内存对齐
大部分的参考资料都是如是说的：
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。
1.4.2修改默认对齐数(只有vs有)
#include
#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;
} 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。
1.5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 函数哪个好些？
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。另外，print1是传值，print2是传址，因为struct S s是形参只是对实参进行了一次临时拷贝，并不会改变实参的真实值，并且传址时指针只需要4个或者8个字节，而传值时，要建立一个新的临时变量，开辟的内存会更大，并且不会改变实参的值。
二、位段
2.1位段的声明
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 (整型家族的类型都可以)。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。 如下:struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
printf("%d\n", sizeof(struct A));我们打印出A的大小发现是 8个字节
所以位段的作用就是为节省空间而设定的 :后面的数字 是需要的比特位
:2就是只需要两个比特位可以存放十进制0，1，2
那么这个8个字节又是如何得出的呢？
步骤如下:
先开辟一个int 4个字节 32个比特位
2+5=7 小于 32
7+10 = 17 小于32
17+30 = 47 大于32 所以再开辟一个int 四个字节 单独存放d 30个比特位
所以一共开辟了两个int的空间 8 个字节
2.2位段的跨平台
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存在。
三、枚举常量类型
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
这里就可以使用枚举了。
3.1枚举的定义
定义规范:尽量都大写，作用与#define大致相同
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
};尝试打印他们的值发现
#include
enum Day//星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
int main(){
enum Day d = Mon;
printf("%d\n",d);
printf("%d\n",Tues);
printf("%d\n",Wed);
printf("%d\n",Thur);
printf("%d\n",Fri);
printf("%d\n",Sat);
printf("%d\n",Sun);
return 0;
}
结果 0 1 2 3 4 5 6 总结:
枚举常量默认第一个为0依次往后递增1 ，如果有特殊的赋值就按照特殊的赋值，后面的依次增加1
3.2枚举常量的优点
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：
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
四、联合（共用体）
4.1联合的声明
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）
例如：
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un)); //结果为4个字节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);结果发现，联合体的成员变量的地址是相同的，printf("%x\n", un.i);的结果是11223355
4.3 联合大小的计算
首先，联合的大小至少是最大成员的大小。
其次，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]; 偏移量0-4 对齐数为1
int i; 偏移量0-3 对齐数为4
};
union Un2
{
short c[7]; 偏移量0-13 对齐数2
int i; 偏移量0-3 对齐数4
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1)); //8
printf("%d\n", sizeof(union Un2)); //16