C和指针—结构体和联合

首先在这一章我们要讲的是结构与联合。
在平时，我们往往需要对数据进行成组的形式进行存储和访问，所以，在这里C提供了两种可以存储多种数据的数据类型：数组和结构。

1.关于结构体的基础知识

数组，这是一个同类型元素的集合，而结构体，可以存储不同类型的元素，并且这两个类型的访问方式也是不一样的，数组是通过下标的形式进行访问的，而结构体是通过名字来访问。所以，一个结构变量在表达式中使用时，他并不被替换成一个指针。

结构体的组成：

对于结构体，我们先要认清其中的各种组成

struct A
{
          int a ;
         char b ;
};

首先在这个里面
在这个里面，我们要清楚，A是这个结构体的标签，里面的a，b是这个结构体的成员，在这里我们没有给这个结构体提供变量，所以并没有创建变量。想要创建变量，就可以这样来写，struct A x；在这里，x是一个类型为struct A类型的变量。

另外，在写程序中，结构体我们会更多的和typedef进行搭配使用。
例：

typedef struct BiTNode
{
           datatype data ;
           struct BiTNode *lchild , * rchild;
} BiTNode, *BiTree;

在这里对这个结构体类型进行重定义，在以后BiTNode就相当于struct BiTNode，而BiTree就相当于struct BiTNode *。当初学习数据结构的时候，记得无数人都因为这个疑问产生过疑惑。所以在书写链表等数据结构时，推荐大家都使用这种方式书写代码，另外，在这提一个技巧，我们可以把结构体放到头文件中，然后源文件只需要使用预处理指令就可以把头文件包含进来了。

其实这个就typedef int datatype是一样的。用datatype把int给替代了。

结构体就是类的一个过渡。
访问结构体成员，需要结构体变量的名字，在对成员进行引用。

结构体的访问：

• 1：直接访问

这种方式被称为是通过点操作符（.）进行访问，点操作符，接受两个操作数，它的左边是结构变量的名字，右边是需要访问的成员的名字。

struct A
{
                 int a ;
                 char b ;
};

int main()
{
                 struct A x;
                 x.a =5;
                 return 0 ;
}

在这里有一个有趣的（（comp.sa）[4]）.c说的就是comp这个变量的成员sa是一个数组，然后选择（comp.sa）[4]，即这个数组的第四个元素，而刚好，这个歌元素又是一个结构体，所以再访问这个元素的成员.

• 2.间接的访问

C语言的强大之处在于指针的存在，当然，我们的结构体也需要使用指针，所以产生了一种通过指针的间接访问的形式。

struct A
{
                 int a ;
                 char b ;
};

int main()
{
                 struct A x;
                 struct A *p ;
                 p = &x ;
                 p->a = 5;
                 return 0 ;
}

p->a等价于（*p）.a,这个又等价于x.a。
p所指向的结构体变量中的a成员。

->这个操作符我们常常称呼为箭头操作符，这个操作符左边必须是一个指向结构体类型的指针。而右边必须是一个结构体中的成员。

关于结构体的自引用

struct A
{
    int a;
    char b;
    struct A c;
};

在这里面对于c而言就相当于又是另一个完整的struct A的结构，这样就会重复进行下去，其实这个就想我们给了一个没有限制条件的递归的一个程序，你说是不是呢？

另外，看下面着一个例子：

typedef struct A
{
    int a;
    char b;
    NODE *c;
}NODE;

这个目的是为了创建类型名NODE，但是，失败了，类型名是在最后的末尾定义的，但是在结构体内部，你就引用了类型名，这样是肯定不符合逻辑的，相当于你把你没定义的东西拿出来用，用完才给它定义。

所以在链表等数据结构中，我们时常这样写：

typedef struct node
{
    int data;
    struct node *pnext;

}NODE,*PNODE;

不完整声明

对于一些一个结构中包含了另外一个结构的一个或者多个成员。那么那么我们应该怎么做呢，这时我们要使用一个不完整声明，它声明一个作为结构标签的标识符，然后，我们可以把这个标签用在不需要知道这个结构的长度的声明中，如果声明指向这个结构的指针，那么接下来的声明把这个标签与成员列表联系在一起。

struct B;

struct A
{
    int a;
    char b;
    struct B *ptail;
};
struct B
{
    int a;
    char b;
    struct A *ptail;
};

结构体的初始化

结构体的初始化，和数组十分类似。
例：

struct B
{
    int a;

    int arr[3];
}x = { 5, { 1, 2 } };

• 结构体注意事项：

结构体变量不能加减乘除，但是可以相互赋值。
普通结构体变量和结构体指针变量作为函数传参的问题。

2.关于结构体的内存分配问题

对于这个问题，我在前期有一篇博客已经讲述过了。大家可以去看一下。

C语言之内存字节对齐

在这里，为了让结构体方便访问，采取了一种牺牲空间换取时间的方式，在这里首先我们要知道，32位一般是采取4字节进行操作读取的。所以：

struct arr
{
    int a;
    char c;
    int b;
    char d;
};

对这个结构体，
如果我们这样存储的话：

所以，内存为了方便偏移读取：采用下面这种方式进行存储!

在这里我们要知道linux和VS下的对齐数是不同的，linux下是4，VS下是8。

对齐遵循的规则：
1.第一个成员永远对齐0偏移处。
2.每个变量的对齐数是它的大小与默认对齐数的较小值。
3.结构体的大小时最大对齐数的整数倍。
当出现结构体嵌套式，看所有对齐数中对打对齐数的整数倍。

另外，在这里，我们可以使用宏offsetof确定结构体中某个成员的实际位置。

offsetof（type,member）

它表示你的member存储的位置距离开始存储的位置多少个字节。

3.关于结构体作为参数的问题

在这其实我感觉和数组作为参数的时候非常像，当我们把数组作为参数的时候，我们传递的是地址，因为如果我们传递值的话，会重新开辟很大一块空间，所以为了效率更高，我们直接把地址传递进去，用指针来接收地址。

说到这，我想你也就大概有些了解了，当一个函数你把一个结构体传进去，如果你采用传值的方式，那么当然要开辟一个相同的结构体作为形式参量。这样效率很低，所以我们也采用传地址的方式，然后用一个结构体类型的指针进行接收地址就好了。

void add(struct A x)
{
    ;
}

void add（struct A *P）
{
    ;
}

如果你学习过数据结构，关于链表顺序表好多都是采用传地址的方式进行操作的。

4.位段

关于位段，C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度，这种以位为单位的成员称为“位段”或称“位域”( bit field) 。利用位段能够用较少的位数存储数据。

首先我们要知道，位段成员必须声明为int，signed int或者unsign int类型。然后，在成员名后面是一个冒号和一个整数，这个整数也就是说这个位段所占用的位的数目。
注意：当声明位段为int类型时，编译器会决定它是无符号还是有符号。另外，位段和平台会有很大的关系，所以我们在一些可移植性的程序中最好不要使用位段。

例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct A
{
    unsigned int a : 2;
    unsigned int b : 20;
    unsigned int c : 10;
};

int main()
{
    struct A x;
    printf("%d", sizeof(x));
    system("pause");
    return 0;
}

在这，我们就相当于把4个字节32位中，2位给了a，20位给了b，10位给了c。
对于位段的结构体，他的大小永远是unsigned int大小的整数倍，也就是说它的位段和如果小于等于一个unsigned int所占位大小时，他就是一个unsigned int的大小，如果超了，就是两个unsigned int的大小。

4.联合

其实一提到联合，我第一下想到的是对于机器大小端的验证：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
union node
{
    int num;
    char ch;
};
int main()
{
    union node p;

      //方法一
    p.num = 0x12345678;
    if (p.ch == 0x78)
    {
        printf("Little endian\n");
    }
    else
    {
        printf("Big endian\n");
    }
    //方法二
    int num = 0x12345678;
    char *q = &num;
    if (*q == 0x78)
    {
        printf("Little endian\n");
    }
    else
    {
        printf("Big endian\n");
    }
    return 0;
}

在这里的第一种方法所运用的就是union的特点。union进行存储是开辟最大的成员作为存储空间。所以，当你给num进行赋值，你访问ch也可以得到值。