自定义类型：结构体，枚举，联合

1结构体的声明

1.1结构体基础知识

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。

1.2声明：

struct tag
{
 member-list;
}variable-list;

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
}; //分号不能丢

1.3特殊的声明

声明结构体时可以不完全声明。

如：

//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;

如果把结构体标签省略，

//在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？
p = &x;

答案时否定的，编译器会把这两个声明当成不同的类型

1.4自引用

即结构中包含一个类型为结构

//代码1
struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
};
//可行否？
如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

在C语言中，结构体成员变量不能是其自身的类型，因为这会导致无限递归定义，从而无法确定结构体的大小。

所以正确的自引用为

//代码2
struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
};

避免无限递归定义

typedef struct
{
 int data;
 Node* next;
}Node;
//这样写代码，可行否？

定然不行，原因是程序是从上到下一个语句进行，当进行到Node* next; 这个语句，node还没被定义。因此

typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
}Node;

这样才是对的。

1.5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

1.6结构体的内存对齐

即计算结构体的大小，首先明白结构体的对齐规则：

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

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。

存在内存对齐的原因？

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。

总的来说：

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。

比方说

struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};

在第一个结构体中，该结构体的大小为多少？不是简单的1+4+1,因为存在偏移量，并且根据对齐规则。c1放在偏移量为0的位置，int 类型大小为4个字节，比8小，所以要到对齐数的整数倍上去，即4号位，再看c2大小为一个字节，那么c2就放到第8个字节上，所以第一个结构体的大小为8个字节。s2也是同理。

方便大家理解：

1.7修改对齐数

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(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

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。

 

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;
}

显然print2比print1要好，原因就是

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。

 

 

如

struct A
{
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:10;
 int _d:30;
};

那位段A的大小是多少？
printf("%d\n",sizeof(struct A));

在这种情况下，如果假设 int 的宽度为 32 位（通常情况下是这样的），那么 _a 和 _b 的总宽度仅为 7 位，远小于 int 类型的宽度。因此，它们都可以被包含在一个 int 类型的存储单元中。

然而，_c 和 _d 的总宽度为 40 位，超过了 int 类型的宽度。因此，它们将会分配到下一个可用的存储单元。

所以，根据上述分析，结构体位段 A 的大小为 2 个 int 类型的存储单元，即 8 字节（假设 int 类型为 4 字节）。

2.2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。

 

2.3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

 

 

3.枚举

 

顾名思义就是一一列举

比如

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

月份：12个月

3.1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
};

以上enum Day enum Sex 等都是枚举类型。{}中内容是枚举类型的可能取值

也叫枚举常量。

这些取值默认从0开始一次递增1，当然在定义的时候也可以赋初值

如：

enum Color//颜色
{
 RED=1,
 GREEN=2,
 BLUE=4
};

3.2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

3.3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;               //ok??

显然最后一行代码是错误的，因为5不是Color中任意一个枚举常量

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

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;

4.2联合的特点

联合的成员是共用一块内存空间，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小（因为联合至少要有能力保存最大的那个成员）

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：

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));

很明显，在第一个代码中，char c[5]占五个字节，比int 大，但最大对齐数是4，所以至少开辟5个字节的空间。第二个代码最大是shout [7] 为14个字节，最大对齐数为4，所以至少要开辟16个字节的空间。

相信通过以上的分析，大家对自定义类型有了更深的理解，感谢大家的阅读，期待下次与你见面。