自定义类型：结构体，枚举，联合
1.结构体
1.1结构体类的基础知识
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
例如描述一个学生：
c
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
在声明结构的时候，可以不完全的声明
c
//匿名结构体类型
struct
{
char name[20];
char author[12];
float price;
}b1, b2;上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）
当我们使用匿名结构体时，以下做法合理么？
c
struct
{
char name[20];
char author[12];
float price;
}b;
struct
{
char name[20];
char author[12];
float price;
}* p;
int main()
{
p = &b;//不建议这样写
return 0;
}警告：
编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。
所以是非法的。
1.4结构的自引用
c
//错误自引用
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
//正确自引用
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};1.5结构体变量的定义和初始化
c
struct Point
{
int x;
int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1，p1为全局变量
struct Point p2; //定义结构体变量p2，p2为局部变量
//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结构体内存对齐
我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小。
这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐
首先得掌握结构体的对齐规则：
- 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
gcc没有对齐数，对齐数就是自身大小 - 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。
- 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。
案例一：
c
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}运行结果：
分析：
案例二：
c
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}运行结果：
分析：
案例三：
c
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
}运行结果：
分析：
案例四：
c
//练习4 - 结构体嵌套问题
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
return 0;
}运行结果：
分析：
为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是如是说的：
- 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。 - 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
c
//例如：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。
**补：**offsetof （可以计算结构体成员相较于结构体起始位置的偏移量）
offsetof案例：
c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct S1
{
char c1;//1
int i;//4
char c2;//1
};
int main()
{
struct S1 s1 = { 0 };
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));
return 0;
}运行结果：
1.7修改默认对齐
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。
c
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S
{
char c1;//1 1 1
int a; // 4 1 1
char c2;//1 1 1
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}运行结果：
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
c
代码案例：
struct S
{
int data[100];
int num;
};
//结构体传参
void print1(struct S tmp)
{
printf("%d\n", tmp.num);
}
//结构体地址传参
void print2(const struct S* ps)
{
printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
struct S s = { {1,2,3}, 100 };
print1(s);
print2(&s);
return 0;
}运行结果 ：
上面的 print1 和 print2 函数哪个好些？
答案是 ：首选print2函数。
原因：
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.段位
结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能力。
2.1什么是段位
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。
c
代码案例：
struct A
{
int _a : 2;//二进制位
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));
return 0;
}A就是一个位段类型。
那位段A的大小是多少？
运行结果：
2.2段位的内存分配
- 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1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。
c
struct S
{
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
struct S s = { 0 };
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
printf("%d\n", sizeof(s));
return 0;
}空间是如何开辟的？
运行结果：
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，这是不确定的。
总结：
跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。
2.4位段的应用
3.枚举
枚举顾名思义就是一一列举。
把可能的取值一一列举。
比如我们现实生活中：
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
这里就可以使用枚举了
3.1枚举类型的定义
c
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 。
这些可能取值都是有值的，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。
c
enum Color//颜色
{
RED = 1,
GREEN = 2,
BLUE = 4
};3.2枚举的优点
为什么使用枚举？
我们可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？
枚举的优点：
- 增加代码的可读性和可维护性
- 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
- 防止了命名污染（封装）
- 便于调试
- 使用方便，一次可以定义多个常量
3.3枚举的使用
c
enum Color
{
RED,//0
GREEN,//1
BLUE//2
};
#define RED 0
int main()
{
enum Color c = GREEN;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值
enum Color cc = 3;//.c文件中允许，.cpp文件中不允许
return 0;
}4.联合
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）。
c
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));
return 0;
}运行结果：
4.2联合的特点
联合的成员是共用同一块内存空间 的，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小（因为联合至少得有能力保存最大的那个成员）。
c
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un));
union Un un = { 0 };
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%p\n", &un);
printf("%p\n", &(un.i));
printf("%p\n", &(un.c));
return 0;
}&un:
运行结果：
面试题：
判断当前计算机的大小端存储
c
int check_sys()
{
union
{
int i;
char c;
}un = {.i = 1};
return un.c;
}
int main()
{
int ret = check_sys();
if (ret == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
}运行结果：
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：
c
代码案例：
union Un1
{
char c[5];//5 1 8 1
int i;//4 8 4
};
union Un2
{
short c[7];//14 2 8 2
int i;//4 4 8 4
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un1));//5+3 = 8
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16
return 0;
}运行结果：
💘不知不觉，自定义类型：结构体，枚举，联合以告一段落。通读全文的你肯定收获满满，让我们继续为C语言学习共同奋进!!!