结构体、共用体、枚举

一、结构体的概念

在程序开发的时候，有些时候我们需要将不同类型的数据组合成一个有机的整体，
以便于引用。如： 一个学生有学号/姓名/性别/年龄/地址等属性
 

int num;
char name[20]；
char sex;
int age;
char addr[30];

显然单独定义以上变量比较繁琐，数据不便于管理，所以在 C 语言中就发明了结构体类型。

结构体是一种构造数据类型。

前面学过一种构造类型——数组：
构造类型：
        不是基本类型的数据结构也不是指针类型，它是若干个相同或不同类型的数据构成的集合

描述一组具有相同类型数据的有序集合，用于处理大量相同类型的数据运算--数组 结构体类型的概念：
        结构体是一种构造类型的数据结构，是一种或多种基本类型或构造类型的数据的集合。

二、结构体类型定义

结构体类型的定义方法
咱们在使用结构体之前必须先有类型，然后用类型定义数据结构 这个类型相当于一个模具

(1).先定义结构体类型，再去定义结构体变量

struct    结构体类型名{
        成员列表
};

例1：

struct stu{

int num;

char name[20];

char sex;

};

//有了结构体类型后，就可以用类型定义变量了

struct stu   lucy,bob,lilei;   //定义了三个 struct stu 类型的变量

每个变量都有三个成员，分别是 num name   sex

咱们可以暂时认为结构体变量的大小是它所有成员之和

(2).在定义结构体类型的时候顺便定义结构体变量，以后还可以定义结构体变量

struct 结构体类型名{

成员列表;

}结构体变量 1,变量 2;

struct 结构体类型名   变量 3，变量 4；

例2：

struct stu{

int num ；

char name[20] ;

char sex ；

}lucy，bob，lilei；

struct stu xiaohong,xiaoming;

(3).在定义结构体类型的时候，没有结构体类型名，顺便定义结构体变量，因为没有类型名，所以以后不能再定义相关类型的数据了

struct    {

成员列表;

}变量 1，变量 2;

例3：

struct{

int num；

char name[20];

cahr sex ;

}lucy,bob;

以后没法再定义这个结构体类型的数据了，因为没有类型名

(4).最常用的方法
        通常咱们将一个结构体类型重新起个类型名，用新的类型名替代原先的类型

步骤 1：先用结构体类型定义变量
        struct stu{
        int num;
        char name[20];
        char sex;
        }bob;
步骤 2：新的类型名替代变量名

struct stu{
int num;
char name[20];
char sex;
}STU;

步骤 3：在最前面加 typedef
typedef struct stu{
int num;
char name[20];
char sex;
}STU;

注意：步骤 1 和步骤 2，在草稿上做的，步骤 3 是程序中咱们想要的代码

以后 STU 就相当于 struct stu
STU lucy;和 struct stu lucy;是等价的。]

三、结构体变量的定义初始化及使用

1、结构体变量的定义和初始化
        结构体变量，是个变量，这个变量是若干个相同或不同数据构成的集合

注：
(1):在定义结构体变量之前首先得有结构体类型，然后再定义变量
(2):在定义结构体变量的时候，可以顺便给结构体变量赋初值，被称为结构体的初始化 (3):结构体变量初始化的时候，各个成员顺序初始化。

例4：

struct stu {

int num ;

char name[20];

char sex ;

};

struct stu boy ;

struct stu lucy{

101,

"lucy" ,

'f'

} ;

2、结构体变量的使用

定义了结构体变量后，要使用变量

(1).结构体变量成员的引用方法

结构体变量.成员名

例 5：

例6：

(2).结构体成员多级引用
   例 7：

3、相同类型的结构体变量可以相互赋值
        注意：必须是相同类型的结构体变量，才能相互赋值。

例8：

#include

struct stu{ 
    int num; 
    char name[20]; 
    char sex; 
}; 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    struct stu bob={101,"bob",'m'};
struct stu lilei;

lilei=bob;
printf("%d %s %c\n",lilei.num,lilei.name,lilei.sex); 
    return 0; 
}

四、结构体数组

结构体数组是个数组，由若干个相同类型的结构体变量构成的集合

1、结构体数组的定义方法
        struct 结构体类型名 数组名[元素个数];

例9：

#include

struct stu{
int num;
char name[20];
char sex;
};

struct stu edu[3];//定义了一个 struct stu 类型的结构体数组 edu，这个数组有 3 个元素分别是 edu[0] 、edu[1]、edu[2]

1、结构体数组元素的引用 数组名[下标]

2、数组元素的使用
edu[0].num =101;//用 101 给 edu 数组的第 0 个结构体变量的 num 赋值 strcpy(edu[1].name,"lucy");

例10：

五、结构体指针

即结构体的地址，结构体变量存放内存中，也有起始地址
咱们定义一个变量来存放这个地址，那这个变量就是结构体指针变量。

结构体指针变量也是个指针，既然是指针在 32 位环境下，指针变量的占 4 个字节，存放一个地址编号。

1、结构体指针变量的定义方法：struct 结构体类型名   * 结构体指针变量名;

struct stu{
int num;
char name[20];
};

struct stu * p;  //定义了一个 struct stu *类型的指针变量

变量名 是 p，p 占 4 个字节，用来保存结构体变量的地址编号

struct stu boy;
p=&boy;
访问结构体变量的成员方法：

例11：

boy.num=101; //可以，通过 结构体变量名.成员名

(*p).num=101; //可以，*p 相当于 p 指向的变量 boy

p->num=101;  //可以，指针->成员名

通过结构体指针来引用指针指向的结构体的成员，前提是指针必须先指向一个结构体变量。

结构体指针应用场景：
        (1)：保存结构体变量的地址
        例 12：

 

(2):传结构体变量的地址
例 13：

(3)：传结构体数组的地址

结构体数组，是由若干个相同类型的结构体变量构成的集合。存放在内存里，也有起始地址，其实就是第 0 个结构体变量的地址。

例14：

注意：（1）结构体变量的地址编号和结构体第一个成员的地址编号相同，但指针的类型不同

例15：

(2)：结构体数组的地址就是结构体数组中第 0 个元素的地址

例16：

六、结构体内存分配

1、结构体内存分配

结构体变量大小是，它所有成员的大小之和。

因为结构体变量是所有成员的集合。

例17：

但是在实际给结构体变量分配内存的时候，是规则的.

例18：

规则 1：以多少个字节为单位开辟内存

给结构体变量分配内存的时候，会去结构体变量中找基本类型的成员，哪个基本类型的成员占字节数多，就以它大大小为单位开辟内存,

在 gcc 中出现了 double 类型的，例外

(1)：成员中只有 char 型数据 ，以 1 字节为单位开辟内存。

(2)：成员中出现了 short int 类型数据，没有更大字节数的基本类型数据。

以 2 字节为单位开辟内存

(3)：出现了 int float 没有更大字节的基本类型数据的时候以 4 字节为单位开辟内存。

(4)：出现了 double 类型的数据

情况 1：在 vc6.0 和 Visual Studio 中里，以 8 字节为单位开辟内存。

情况 2：在 Linux 环境 gcc 里，以 4 字节为单位开辟内存。

无论是那种环境，double 型变量，占 8 字节。

注意：

如果在结构体中出现了数组，数组可以看成多个变量的集合。

如果出现指针的话，没有占字节数更大的类型的，以 4 字节为单位开辟内存。

在内存中存储结构体成员的时候，按定义的结构体成员的顺序存储。

例19：

struct stu{
char sex;
int age;
}lucy;
lucy 的大小是 4 的倍数。

规则 2：字节对齐
        (1)：char 1 字节对齐 ，即存放 char 型的变量，内存单元的编号是 1 的倍数即可。

        (2)：short int 2 字节对齐 ，即存放 short int 型的变量，起始内存单元的编号是 2 的倍数即可
        (3)：int 4 字节对齐 ，即存放 int 型的变量，起始内存单元的编号是 4 的倍数即可
        (4)：long int 在 32 位平台下，4 字节对齐 ，即存放 long int 型的变量，起始内存单元的编号是 4 的倍数即可
        (5)：float 4 字节对齐 ，即存放 float 型的变量，起始内存单元的编号是 4 的倍数即可
        (6)：double
        a.vc6.0 和 Visual Studio 环境下
        8 字节对齐，即存放 double 型变量的起始地址，必须是 8 的倍数，double 变量占 8 字节         b.gcc 环境下
        4 字节对齐，即存放 double 型变量的起始地址，必须是 4 的倍数，double 变量占 8 字节。

注意 3：当结构体成员中出现数组的时候，可以看成多个变量。

注意 4：开辟内存的时候，从上向下依次按成员在结构体中的位置顺序开辟空间。

例20：//temp8个字节

结果分析：
a 的地址和 b 的地址差 2 个字节
b 的地址和 c 的地址差 2 个字节

例 21：temp 的大小为 12 个字节

 

结果分析：
        a 和 c 的地址差 4 个字节
        c 和 b 的地址差 4 个字节

例22：

struct stu{
char buf[10];
int a;
}temp;

//temp 占 16 个字节

例23：

在 vc 和 Visual Studio 中占    16 个字节 a 和 b 的地址差 8 个字节
在 gcc 中占字节a 和 b 的地址差 4 个字节

为什么要有字节对齐？

用空间来换时间，提高 cpu 读取数据的效率

struct stu{

char a;

int b;

}boy；

      

存储方式 1                                       存储方式 2

指定对齐原则：使用#pragma pack改变默认对齐原则

格式：#pragma pack (value)时的指定对齐值value。

注意：1.value只能是：1 2 4 8等

2.指定对齐值与数据类型对齐值相比取较小值

说明：咱们指定一个value

(1)：以多少个字节为单位开辟内存

结构体成员中，占字节数最大的类型长度和value比较，取较小值，为单位开辟内存

例24：

例25：

(2)：字节对齐
结构体成员中成员的对齐方法，各个默认的对齐字节数和value相比，取较小值

例26：

例27：

a和b都按原先的对齐方式存储

如：如果指定对齐值：

设为1：则short、int、float等均为1

设为 2：则 char 仍为 1，short 为 2，int 变为 2

七、位段

一、位段

在结构体中，以位为单位的成员，咱们称之为位段(位域)。

struct stu{

unsigned int a:2;

unsigned int b:6;

unsigned int c:4;

unsigned int d:4;

unsigned int i;

} data;

注意：不能对位段成员取地址

例28：

位段注意：

1、对于位段成员的引用如下：

data.a =2

赋值时，不要超出位段定义的范围;

如段成员a定义为2位，最大值为3,即（11）2

所以data.a =5，就会取5的低两位进行赋值 101

2、位段成员的类型必须指定为整型或字符型

3、一个位段必须存放在一个存储单元中，不能跨两个单元

第一个单元空间不能容纳下一个位段，则该空间不用，

而从下一个单元起存放该位段

位段的存储单元：

(1)：char 型位段 存储单元是 1 个字节

(2)：short int 型的位段存储单元是 2 个字节

(3)：int 的位段，存储单元是 4 字节

(4)：long int 的位段，存储单元是 4 字节

struct stu{

char a:7;

char b:7;

char c:2;

}temp;//占 3 字节，b 不能跨 存储单元存储

例29：

结果为：3 ，证明位段不能跨其存储单元存储

注意：不能 取 temp.b 的地址，因为 b 可能不够 1 字节，不能取地址。

4、位段的长度不能大于存储单元的长度

(1)：char 型位段不能大于 8 位

(2)：short int 型位段不能大于 16 位

(3)：int 的位段，位段不能大于 32 位

(4)：long int 的位段，位段不能大于 32 位

例30：

分析：编译出错，位段 a 不能大于其存储单元的大小

5、如一个段要从另一个存储单元开始，可以定义：

unsigned    char a:1;

unsigned    char b:2;

unsigned    char :0;

unsigned    char c:3;(另一个单元)

由于用了长度为 0 的位段，其作用是使下一个位段从下一个存储单元开始存放将 a、b 存储在一个存储单元中，c 另存在下一个单元

例31：

6、可以定义无意义位段,如：

unsigned a: 1;

unsigned : 2;

unsigned b: 3;

八、共用体

1：共用体和结构体类似，也是一种构造类型的数据结构。

既然是构造类型的，咱们得先定义出类型，然后用类型定义变量。

定义共用体类型的方法和结构体非常相似，把 struct 改成 union 就可以了。

在进行某些算法的时候，需要使几种不同类型的变量存到同一段内存单元中，几个变量所使用空

间相互重叠。

这种几个不同的变量共同占用一段内存的结构，在C语言中，被称作“共用体”类型结构

共用体所有成员占有同一段地址空间

共用体的大小是其占内存长度最大的成员的大小

例33：

例34：

结果：temp2 的大小为 4 个字节，下面几个地址都是相同的，证明了共用体的各个成员占用同一块内存。

共用体的特点：
        1、同一内存段可以用来存放几种不同类型的成员，但每一瞬时只有一种起作用
        2、共用体变量中起作用的成员是最后一次存放的成员，在存入一个新的成员后原有的成员的值会被覆盖
        3、共用体变量的地址和它的各成员的地址都是同一地址
        4、共用体变量的初始化
union data a={123}; 初始化共用体只能为第一个成员赋值，不能给所有成员都赋初值

例35：

九、枚举

将变量的值一一列举出来，变量的值只限于列举出来的值的范围内

枚举类型也是个构造类型的，类型定义类似结构体类型的定义

使用枚举的时候，得先定义枚举类型，再定义枚举变量

1、枚举类型的定义方法
      enum 枚举类型名{
      枚举值列表；
      };
      在枚举值表中应列出所有可用值,也称为枚举元素
枚举元素是常量，默认是从 0 开始编号的。

枚举变量仅能取枚举值所列元素

2、枚举变量的定义方法
enum 枚举类型名      枚举变量名;

例37：

① 枚举值是常量,不能在程序中用赋值语句再对它赋值 例如：sun=5; mon=2; sun=mon; 都是错误的.

② 枚举元素本身由系统定义了一个表示序号的数值
    默认是从0开始顺序定义为0，1，2…
    如在week中，mon值为0，tue值为1， …,sun值为6
③ 可以改变枚举值的默认值：如
enum week //枚举类型
{
mon=3，tue，wed，thu，fri=4，sat,sun
};
mon=3 tue=4,以此类推
fri=4 以此类推

注意：在定义枚举类型的时候枚举元素可以用等号给它赋值，用来代表元素从几开始编号

在程序中，不能再次对枚举元素赋值，因为枚举元素是常量。