C语言（10）——结构体、联合体、枚举

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Hi！冒险者😎，欢迎闯入 C 语言的奇幻异世界🌌！

我是 Anklelss🧑‍💻，和你一样的闯荡者～这是我的冒险笔记📖，里面有踩过的坑🕳️、攒的技能🌟、遇的惊喜🌈，希望能帮你少走弯路✨。

愿我们在代码山峦⛰️各自攀登，顶峰碰拳👊，共赏风景呀！🥳

1. 结构体

1.1 结构体类型的定义

在C语言中，结构体（struct）是一种自定义的数据类型，结构是一些值的集合，这些值被称为成员变量。结构体中每个成员变量可以是不同类型的。

1.2 结构体类型的声明

声明一个结构体我们需要使用语法元素struct，他的使用不需要包含特定的头文件。

大致声明模版如下：

cpp 复制代码

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

那么我们如何用结构体去声明一个人的特征呢？

cpp 复制代码

struct people
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
	int height;//身高
	char blood_type;//血型
};

1.3 结构体的初始化

有了上述的结构体people，那么我们应该如何去初始化他的数据呢？又应该怎么将他打印在屏幕上呢？

cpp 复制代码

int main()
{
	struct people A = { "张三",18,182,'B' };
	struct people B = { "李四",22,190,'O' };
	printf("%s ", A.name);
	printf("%d ", A.age);
	printf("%d ", A.height);
	printf("%c\n", A.blood_type);
	//当我们知道一个结构体的首地址时
	//也可以用如下的方法进行打印
	struct people* p = &B;
	printf("%s ", p->name);
	printf("%d ", p->age);
	printf("%d ", p->height);
	printf("%c\n", p->blood_type);
	return 0;
}

. （点运算符）和 -> （箭头运算符）是用于访问结构体成员的两种操作符，核心作用是从结构体变量或结构体指针中获取/修改成员数据，但使用场景不同，如下是他们的语法要求：

.（点运算符）

作用：直接访问结构体变量成员

语法： 结构体变量 **.**成员

适用场景： 当你拿到的是实实在在的结构体变量（不是指针）时，用**.**访问成员

->（箭头运算符）

作用：通过结构体指针访问成员

语法：结构体指针**->**成员名

**适用场景：**当你拿到的是结构体指针（存的是结构体变量的地址）时，用->访问成员

注：只有在变量初始化时，才能用字符串常量去赋值。

1.4 匿名结构体

在C语言中，结构体用一种"特殊声明"，它是指匿名结构体 的声明方式------即声明结构体时不指定结构体名，直接定义成员和变量。（也叫不完全声明）

匿名结构体的核心是省略结构体名，语法如下：

cpp 复制代码

// 形式1：声明时直接定义变量
struct {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    // ... 其他成员
} 变量名1, 变量名2;  // 只能在此处定义变量

// 形式2：结合 typedef 定义类型别名（常用）
typedef struct {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
} 类型别名;  // 后续可通过别名定义变量

通常，他可以直接声明变量（一次性使用），也可以结合typedef定义类型别名（常用方式）

注：直接声明变量无法重复定义变量，只有结合typedef，后续才可以反复用别名定义变量，实用性更强。

typedef 和结构体在数据结构中的链表知识板块有更多复杂真实的应用

1.4.1 结构体的自引用

在结构体中存在一种错误的自引用方式，他们的代码表现形式如下：

1. 如下的代码形式导致了无限大的结构体变量，这是不合理的

cpp 复制代码

struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
//类似递归，但没有趋近条件
//导致了占用无限大的内存空间
};

2. 如下的代码形式提前使用了typedef的类型别名，这是不允许的

cpp 复制代码

typedef struct
{
 int data;
 Node* next;//提前使用了未被定义的指针类型
}Node;

如下是正确的自引用形式，这在链表中十分重要。

cpp 复制代码

typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;//是指针，而不是结构体本身
}Node;

1.5 结构体的内存对齐

我们应该如何计算结构体的内存大小呢？简单的相交？

根据上述的疑问，结构体的内存对齐提供了正确的答案

1.5.1 对齐规则

结构体的对齐规则如下：

结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

（offsetof可以计算不同成员的偏移量）

其他成员变量的偏移量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍地址处

对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员变量大小的较小值

VS中默认的值为8；Linux中gcc没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小

结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有一个对齐数，所有对齐数中最大 的）的整数倍

如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数 的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数 （含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍

我们以下面的代码为例：

cpp 复制代码

struct num
{
	char a;
	int b;
	char c;
	float a;
};

如下是该结构体的内存大小计算过程：

结构体的内存对齐，是一种拿空间换时间的存储方式

1.5.2 修改默认对齐数

#pragma这个预处理指令，可以改变编译器的默认对齐数，具体用例如下：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认
int main()
{
 //输出的结果是什么？
 printf("%d\n", sizeof(struct S));
 return 0;
}

结构体在对齐不合适的时候，我们可以更改默认对齐数

1.6 结构体传参

cpp 复制代码

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;
}

上述代码中，print1相当于在内存空间中拷贝了一份结构体s，会增加程序运行时的时间和空间负担，print2不会有这种缺陷，并且传指针的方式也可以对结构体内部的元素进行相对的修改

结论: 结构体传参时，需要传结构体的地址

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2. 联合体

2.1 联合体类型的定义

在C语言中，联合体是一种特殊的数据结构，他允许在同一块内存空间中存储不同类型的数据，但同一时刻只能存储其中一种类型的数据（即所有成员共享同一段内存）

**联想记忆：**像电影中人格分裂的角色，就和联合体特征一致，共用一具身体但是人格多样，且一次只能出现一种人格

2.2 联合体类型的声明

联合体也叫做共用体 ，给一个成员赋值时，会影响其他成员的值。声明时需使用union

cpp 复制代码

//联合类型的声明
union Un
{
 char c;
 int i;
};

2.3 联合体的特点和内存计算

联合体的成员是共用同一块内存空间的，那么一个联合体的内存大小至少是成员中最大内存的大小（因为联合体至少得有能力保存最大的那个成员）。

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。

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
union Un1
{
 char c[5];
 int i;
};
union Un2
{
 short c[7];
 int i;
};
int main()
{
 //下⾯输出的结果是什么？
 printf("%d\n", sizeof(union Un1));
 printf("%d\n", sizeof(union Un2));
 return 0;
}

我们得到UN1的大小为8个字节（最大对齐数为4 ）；UN2的大小为16个字节（最大对齐数为4）。

以UN2为例，最大成员所需内存大小为14字节，但联合体中最大对齐数为4, 14不是4的整数倍，根据规则，需要扩展到16个字节大小。

3. 枚举

3.1 枚举类型的定义

在C语言中，枚举是一种用户定义的数据类型，用于为整数常量 指定有意义的名称，使代码更具有可读性和可维护性。枚举类型的变量只能取枚举中定义的常量值

3.2 枚举类型的声明

枚举顾名思义就是⼀⼀列举，他的声明需要用到**enum，**示例如下：

cpp 复制代码

enum Day//星期
{
 Mon,
 Tues,
 Wed,
 Thur,
 Fri,
 Sat,
 Sun
};

枚举类型的变量本质上存储的是整数，枚举常量只是这些整数的"别名"，上述声明中的枚举常量遵循默认值规则，即：

cpp 复制代码

enum Num {
    A,  // 默认值为 0
    B,  // 默认值为 1（前一个值 +1）
    C   // 默认值为 2（前一个值 +1）
};

同样的，我们也可以显式显式指定值：

cpp 复制代码

enum Status {
    OK = 0,        // 显式指定为 0
    ERROR = -1,    // 显式指定为 -1
    WARN,          // 自动为 0（ERROR 的值 -1 +1 = 0）
    INFO = 5,      // 显式指定为 5
    DEBUG          // 自动为 6（INFO 的值 5 +1 = 6）
};

手动为枚举常量指定任意的整数（正数、负数、零均可），后续未指定值的常量会在前一个常量的基础上+1

在枚举类型中，不同的枚举常量可以被指定为相同的值，但这种方法会降低代码可读性

3.3 枚举类型的优点

在C语言中，我们知道#define也可以定义常量，他是一种文本替换，那为什么非要使用枚举呢？他到底有什么特别之处呢？

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

便于调试，预处理阶段会删除#define定义的符号

使用方便，一次可以定义多个常量

枚举常量是遵循作用域规则的，如果枚举声明在函数内 ，则只能在函数内使用