【零天赋C语言】——自定义类型：结构体、枚举、联合详解
一、结构体
1.1 结构的基础知识
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 结构的声明
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
};1.3 特殊的声明
在声明结构时，可以不完全声明。
例：
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], * p;1.4 结构体的自引用
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};typedef重定义类型：
tepedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;1.5 结构体变量的定义和初始化
1、
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 };2、
//初始化
struct Stu
{
char name[15];
int age;
};
struct Stu s = { "zhangsan", 20 };
3、
//结构体嵌套初始化
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = { 10, {4,5}, NULL };
struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };1.6 结构体内存对齐
当我们掌握了结构体的基本使用之后，来深入讨论：计算结构体的大小，结构体内存对齐。
我们来计算思考下面代码的结构体大小：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#include
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
} 运行结果：
当我们将结构体内的i和c2更换位置时：
struct S1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
#include
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
} 运行结果：
- 我们发现当将结构体内的两个数据更换位置时，其大小也会随之发生改变，这里就涉及了结构体的内存对齐，下面我来解释什么是结构体的内存对齐。
结构体的对齐规则：
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
- 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
- 结构体的总大小为最大对齐数（每个成员都有一个对齐数）的整数倍。
- 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的整数倍，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（函嵌套结构体的对齐数）的整数倍。
知道了结构体内存的对其规则之后，我们在通过画图来更好地理解：
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一特定类型的数据，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。因为为了访问未对齐的地址，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问只需要一次即可。
- 总结： 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，该如何做到？
让占用空间小的成员尽量集中在一起。
例：
struct S1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
#include
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
} 1.7 修改默认对齐数
结构在对齐方式不合适的时候，我么们可以自己更改默认对齐数通过 #pragma 这个预处理指令。
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
char c2;
int i;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#include
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
} 
1.8 结构体传参
结构体传参可以分为两种：
- 传结构体
- 传地址
但是首选是 传地址： 如果传结构体的话，就需要在栈区开辟结构体大小的空间，参数压栈的系统开销比较大，会导致性能的下降，而传地址只需要开辟4/8字节（地址的大小）。
例：
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;
}二、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：
- 位段的成员必须是 int 、unsigned int 或 signed int。
- 位段的成员后边有一个冒号和一个数字。
例：
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
#include
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));
return 0;
} 运行结果：
2.2 位段的内存分配
位段内存分配：
- 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）或者一个字节（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。
位段的内存是如何开辟呢？通过下面的代码来了解：
struct S
{
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
#include
int main()
{
struct S s = { 0 };
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
return 0;
} 解析：
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，还是不确定。
总结：和会儿构体相比，位段可以达到相同效果，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
枚举顾名思义就是——列举。把可能的取值一一列举。
比如：一周的星期一到星期日是有限的七天，可以一一列举......
3.1 枚举类型的定义
例：
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。
注：{} 里面的枚举都是有值的，默认从零开始，依次递增1，也可以在定义时赋值：
enum Color//颜色
{
RED = 1,
GREEN = 2,
BLUE = 7
};3.2 枚举的优点
- 增强代码的可读性和可维护性
- 和#define 定义的标识符比较时，枚举有类型检查，更加严谨。
- 便于调试
- 使用方便，一次可以定义多个变量。
3.3 枚举的使用
例：
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;四、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（共用体）
例：
//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));运行结果：
4.2 联合的特点和大小的计算
联合的成员是公用一块内存空间的，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小。
当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍时，就要对齐到最大对齐数的整数倍。
例：
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
//下面输出的结果是什么？
#include
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));
return 0;
} 运行结果：
解析：
每个联合体都是共用一个起始地址的。
