自定义类型：结构体，枚举，联合

一.结构体

1.1结构体的基础知识

 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结构的基础知识

struct tag //结构体标签（自定义）
{
member-list;  //成员变量
}variable-list;  //变量列表

例如描述一个学生

struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}; //分号不能丢

1.3特殊的声明（匿名结构体类型）

 在声明结构的时候，可以不完全的声明（将结构体标签省略）

//匿名结构体类型
struct
{
  int a;
  char b;
  float c;
}x;
struct
{
  int a;
  char b;
  float c;
}a[20], *p;

 匿名结构体变量的创建，只能在 } 后创建。
 此时 p = &x；是错误的。
 虽然这两个结构体的成员变量相同，但是缺少了标签名，编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。

1.4结构体的自引用

 在结构体中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以？这里就要谈到数据结构了。
 数据结构：描述的是数据在内存中组织结构。
 结构体的自引用就涉及线性数据结构，数据在内存中的存储可以是顺着连续存放的，也可以是不连续存放的。

 若是不连续存放的，每个数据之间要产生关联，在一个变量中就应该有下一个变量的地址。
 一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个数据地址的指针域，这样的复合型的结构体被称为节点。

struct Node
{
int data;
struct Node next;
};

 上述的代码是错误的，因为结构体变量next包含一个int类型的变量和一个该结构体类型的变量，子子孙孙无穷尽也。sizeof(struct Node)的大小无法确定。

正确的自引用代码

struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};

 指针类型的大小是固定的，所以sizeof(struct Node)的大小，也是固定的。

1.5结构体内存对齐

 结构体的大小是怎么计算的? 难道是将结构体中成员变量的类型的大小相加吗？
 实际上，结构体成员不是按照顺序在内存中连续存放的，而是有一定的对齐规则的。
 要计算结构体大小，就要理解掌握结构体的对齐规则。

偏移量的概念

 结构体变量的每一个成员的地址相较于结构体首地址（结构体第一个元素的地址）的距离的长度，单位是字节。
 offsetof 该宏可以求结构体中一个成员在该结构体中的偏移量。

对齐规则

1. 第一个成员储存在相较于结构体变量起始位置的偏移量为0的位置。
2. 其他成员变量要对齐到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
Linux中没有默认的一个对齐数，对齐数就是成员自身的大小

3. 结构体的总大小为最大对齐数的整数倍。
   最大对齐数：所有成员对齐数中最大的值。
4. 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。

内存对齐的原因

1. 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。

2. 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。要合理的设计结构体，以便满足对齐，节省空间。

struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};

S1和S2的成员变量是一样的，但是S1和S2的内存大小不同。

1.6修改默认对齐数

 #pragma 这个预处理指令，可以修改我们的默认对齐数。
 结构在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#pragma pack(1)

struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
struct S2
{
    char c1;
    char c2;
    int i;
};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0;
}

1.7结构体传参

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;
}

 print1函数进行结构体地址的传参，print2函数进行结构体指针的传参。
若想了解函数是怎么传参的可以参考 函数栈帧的创建和销毁

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1.  函数在传参的时候，形参是实参的一份临时拷贝，参数要进行压栈操作，会产生时间和空间上的系统开销。
2.  如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。

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  结构体传参的时候，要传结构体的地址。

二.位段（位域）

2.1什么是位段

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（二进制位的个数）。

struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
printf("%d\n", sizeof(struct A));//位段A的大小是多少？

2.2位段的内存分配

 1. 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。
 2. 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。
 3. 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。

struct S
	{
		char a : 3;
		char b : 4;
		char c : 5;
		char d : 4;
	};
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;

 该位段的成员类型为char类型，一次性开辟一个字节的空间，再从低位到高位为成员分配空间，若剩余的空间无法满足下一个成员，则再开辟一个字节的空间。

2.3位段的跨平台问题

 1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
 2. 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。
 3. 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。
 4. 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。

三.枚举

 枚举顾名思义就是把可能的取值一一列举。

3.1枚举类型的定义

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
	};

 用逗号隔开，枚举的可能取值
 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。
 枚举本身就是一种类型，有类型检查，不同类型无法给枚举常量赋初值。

enum Color//颜色
	{
		RED = 1,
		GREEN = 2,
		BLUE = 4
	};

3.2枚举的优点

#define也可以定义常量，为什么非要使用枚举？

枚举的优点：

1. 增加代码的可读性和可维护性
2. 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨
3. 防止了命名污染（封装）
4. 便于调试
5. 使用方便，一次可以定义多个常量

3.3枚举的使用

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;        //错误

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，特征是这些成员共用同一块空间（所以联合也叫共用体）
 所以，一次只能使用一个成员

//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));

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）。

union Un
	{
		int i;
		char c;
	};
	union Un un;
	// 下面输出的结果是一样的吗？
	printf("%d\n", &(un.i));
	printf("%d\n", &(un.c));
	//下面输出的结果是什么？
	un.i = 0x11223344;
	un.c = 0x55;
	printf("%x\n", un.i);

判断当前机器的大小端存储

#include<stdio.h>
union Un
{
	char c;
	int i;
}un;
int checksys()
{
	union Un
	{
		int i;
		char c;
	};
	union Un un = {un.i=1};
	return un.c;
}
int main()
{
	int ret = checksys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

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

union Un1
	{
		char c[5];
		int i;
	};
	union Un2
	{
		short c[7];
		int i;
	};
	//下面输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));

 Un1中的最大成员的大小为 5 byte，但是最大对齐数为 4，所以要对齐到最大对齐数的整数倍，sizeof（union Un1）== 8。
 Un2中最大成员的大小为 14，但是最大对齐数为4，所以sizeof（union Un2）== 16。