【c语言】自定义类型：结构体，枚举，联合体详解
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一：结构体
1.结构体类型的声明
1.1 引入
1.2 结构体的声明
1.3特殊的声明
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
5.修改默认对齐数
6.结构体传参
7.结构体实现位段（位段的填充&可移植性）
7.1 什么是位段？
7.2位段的大小计算
7.3 位段的内存分配
7.4位段的跨平台问题
7.4位段的应用
二：枚举
2.1 枚举类型的定义
2.2 枚举的优点
2.3枚举的使用
三：联合体
3.1 联合类型的定义
3.2 联合的特点
3.3 联合大小的计算
一：结构体
1.结构体类型的声明
1.1 引入
我们知道描述一个整型变量可以用 int 类型，描述一个字符变量可以用 char 类型，描述一个浮点数可以用 float 类型等等，但是如果我们要描述的对象是一个人呢？一个人有名字，身高体重，性别等特征，那该用什么样的类型呢？通过使用结构体就可以实现，结构体是一些值的集合，这些值称为成员变量，结构体的每个成员可以是不同类型的变量。
1.2 结构体的声明
格式：
struct tag
{
menmber_list; //里面写结构体成员
}variable_list; //结构体变量例如描述一个学生：
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}stu1,stu2; //分号不能丢,stu1,stu2是定义的结构体变量1.3特殊的声明
匿名结构体类型：
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;什么是匿名结构体类型呢？就是可以把结构体类型的名字去掉，这样写可以成功定义一个结构体,但是它也有一个缺点，当我们在写程序中想再定义一个相同的结构体变量时，由于这个结构体没有名字，所以我们无法再定义相同的结构体变量，唯一的办法就是重新找到这个结构体声明的尾部，再加上想加的变量，所以一般我们只用这个结构体一次时我们可以定义匿名结构体类型。
【思考】：
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], *p// 在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？p = & x ;
【解释】：
2.结构的自引用
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};这样定义一个结构体可行吗？
首先先回答一下 sizeof(struct Node) 是多大，结构体里面嵌套着结构体，无穷无尽，所以这样的定义方法是错的
正确的定义方式：定义一个指向当前的结构体的指针
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};通常我们定义结构体的时候，由于结构体类型的名字太长，我们会用typedef把结构体改一个名字
这里有个小问题我们需要注意一下：
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
这样的定义是错误的，因为Node是我们定义好结构体后才给她起的名字，但是这个代码再声明结构体成员时就用了这个名字，属于先使用后定义是不行的
解决方法：
//解决方案：
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;3.结构体变量的定义和初始化
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4.结构体内存对齐
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：结构体内存对齐是拿空间来换取时间的做法
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 。下面的例题都是再VS2019中进行测试，VS中默认的值为83. 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;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));【结果】：12
【分析】：假设结构体从地址为0的地方开始存储，第一个成员c1占一个字节，1小于8，所以c1的对齐数为1，占了地址为0的位置；第二个成员i占4个字节，4小于8，i的对齐数为4，所以i要对齐到4的整数倍的地址，即i要从地址为4的位置开始存储，占4个字节，占了地址为4 5 6 7的位置，此时地址位1 2 3的位置就浪费了；c2占一个字节，1小于八，c2的对齐数为1，占了地址为8的位置；三个结构体成员一共占了9个字节，而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，最大对齐数为4，9不是4的倍数，所以该结构体要占12个字节
例二：
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));【结果】：8
【分析】：假设结构体从地址为0的地方开始存储，第一个成员c1占一个字节，1小于8，所以c1的对齐数为1，占了地址为0的位置；第二个成员c2占1个字节，1小于8，c2的对齐数为1，占了地址为1的位置；i占4个字节，4小于八，i的对齐数为4，占了地址为4 5 6 7的位置；三个结构体成员一共占了8个字节，而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，最大对齐数为4，8是4的倍数，所以该结构体要占8个字节
我们会发现，上述两个结构体除了成员位置不一样其他都一摸一样，但是结构体大小却不同，所以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。
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));【结果】：16
【分析】：假设结构体从地址为0的地方开始存储，第一个成员d占个8字节，所以d的对齐数为8，占了地址为0 1 2 3 4 5 6 7的位置；第二个成员c占1个字节，1小于8，c2的对齐数为1，占了地址为8的位置；i占4个字节，4小于八，i的对齐数为4，i要对齐地址为4的倍数的位置，占了地址为12 13 14 15的位置；三个结构体成员一共占了16个字节，而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，最大对齐数为4，16是4的倍数，所以该结构体要占16个字节
例四：结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));【结果】：32
【分析】：假设结构体从地址为0的地方开始存储，第一个成员c1占个1字节，所以c1的对齐数为c，占了地址为0的位置；第二个成员s3占16个字节，该结构体自身最大对齐数为8，所以s3的对齐数为8，占了地址为8~23的位置；d占8个字节，i的对齐数为8，i要对齐地址为4的倍数的位置，占了地址为24~31 的位置；三个结构体成员一共占了32个字节，而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，最大对齐数为8，32是8的倍数，所以该结构体要占32个字节
5.修改默认对齐数
#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，还原为默认此时再计算sizeof(struct S2)结果就变为6了（1+4+1）
6.结构体传参
结构体传参的方式有两种：
结构体传参 和 结构体地址传参
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;
}两种方式都可以，但是我们还是首选结构体地址传参，因为函数传参的时候，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
7.结构体实现位段（位段的填充&可移植性）
7.1 什么是位段？
- 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 或者char。
- 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
比如：A就是一个位段类型。
struct A
{
int _a:2; //给a分配2个bit
int _b:5; //给b分配5个bit
int _c:10; //给c分配10个bit
int _d:30; //给d分配30个bit
}; 7.2位段的大小计算
由于位段不具有跨平台性，在不同平台上的计算结果会有差异，下面的计算是在VS2019上实现的
#include
struct A
{
int _a : 2;//二进制位
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
printf("%d", sizeof(struct A));
return 0;
}
【结果】：8
【解释】：
- 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。
- 声明类型是int类型的，所以一开始先开辟4个字节的内存，也就是32bit。
- _a用掉了2bit，还剩下30bit。
- _b用掉了5bit，还剩下25bit。
- _c用掉了10bit,还剩下15bit。
- _d需要30bit的空间，但是预先开辟的空间只剩下15bit，所以我们还需要再开辟一个int大小的空间，之前剩下的15bit的空间选择不使用，_d的30bit新开辟的四个字节内
一共开辟了8个字节
7.3 位段的内存分配
//一个例子
struct S
{
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
//空间是如何开辟的？
7.4位段的跨平台问题
7.4位段的应用
二：枚举
- 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
2.1 枚举类型的定义
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
};enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};2.2 枚举的优点
2.3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。
三：联合体
3.1 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;3.2 联合的特点
面试题： 判断当前计算机的大小端存储
通常我们会定义一个整形变量赋值为1，无非就两种存储模式，我们取他的第一个字节，看是0是1就可判断
//通常方法
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include
int check()
{
int i = 1;
return *(char*)&i;
}
int main()
{
int ret = check();
if (ret == 1)
printf("小端存储\n");
else
printf("大端存储\n");
return 0;
} //使用联合体判断
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include
int check()
{
union UN {
int i;
char c;
}un;
un.i = 1;
return un.c;
}
int main()
{
int ret = check();
if (ret == 1)
printf("小端存储\n");
else
printf("大端存储\n");
return 0;
} 3.3 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];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));【结果】：8 最大对齐数为4，而最大成员占5个字节不是4的整数，故结果为8
16 最大对齐数为4，而最大成员占14个字节不是4的整数，故结果为16