自定义类型：结构体，枚举，联合体

一、结构体

1.结构体介绍

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。

2.结构体的声明

例如描述一个学生，学生的名字、年龄、学号

struct Stu  //结构体类型
{
	char name[30];//名字
	int age;//年龄
	int id[20];//学号
}s;//结构体类型创建的变量 s ，分号不能丢

3.特殊的声明

结构体在进行声明时，可以进行不完全声明，这叫匿名结构体类型

struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20], *p;

匿名结构体类型进行声明时省略了结构体标签，看着以上两个声明相似，但是类型不相同！

p = &x;//err，类型不相同

4.结构体的自引用

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？我们来看以下代码

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

该代码可行吗？如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

该代码不可行，在一个结构体中一直调用结构体，无穷无尽。

正确的自引用方式

struct Node
{
   int data;//数据
   struct Node* next;//指针
};

我们再来看一段代码

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

该代码可行吗？

不可行，Node 在之前没出现过，要写成 struct Node* next；

正确代码：

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

5.结构体变量的定义和初始化

struct Point
{
 int x;
 int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //定义结构体变量p2

声明的同时也可以进行初始化

struct Point p3 = {1,2};

也可以嵌套进行初始化

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

6.结构体内存对齐（重点）

结构体的大小如何进行计算？我们先来了解一下结构体内存对齐

结构体的对齐规则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处
2. 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
3. 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
4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体(里面的结构体)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

我们来看两个例子

//例一
struct S3
{
   double d;
   char c;
   int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

根据对齐规则，变量 d 的大小为 8 ，默认对齐数为 8 ，所以对齐数为 8 ，因为变量 d 是第一个元素，所以从偏移量 0 开始放；变量 c 的大小为 1 ，默认对齐数为 8 ，所以对齐数为 1，从 1 的倍数开始放，也就是放在偏移量为 9 的位置 ；变量 i 的大小是 4 ，默认对齐数为 8 ，所以对齐数为 4，需要放在 4 的倍数偏移量上，所以从 12 开始放，到 15 结束。又因为偏移量是 0 ~ 15 ，所以大小为 16 个字节

究竟算得对不对呢？我们来看一下结果

//例二
struct S3
{
   double d;
   char c;
   int i;
};
struct S4
{
   char c1;
   struct S3 s3;
   double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct s4));

根据对齐规则， c1 大小为 1 ，默认对齐数为 8 ，所以对齐数为 1 ，又因为是第一个元素，所以放在偏移量为 0 的位置；s3 根据我们上一个例子，最大对齐数为 8 ，所以对齐数为 8 ，放在偏移量为 8 的倍数上，所以从 8 开始放，大小为 16 所以放 16 个字节的空间；d 的大小为 8 ，默认对齐数为 8 ，所以对齐数为 8 ，从偏移量为 8 的倍数的位置开始放，也就是从 24 开始放，大小为 8 所以放 8 个字节。又因为总大小为所有最大对齐数的倍数，所有最大对齐数为 8 ，大小为 32 字节

究竟算得对不对呢？我们来看一下结果

为什么要内存对齐？

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

总结：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，需要让占用空间小的成员尽量集中在一起。

7.修改默认对齐数

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
    //输出的结果是什么？
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));

    return 0;
}

总结：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

8.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;
}

在进行结构体传参时，传地址的方式更好些。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。

二、位段

1.位段介绍

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。

struct A
{
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:10;
 int _d:30;
};

冒号后的数字代表的是 bit 。意思是只给 _a 分配 2 个 bit ，以此类推

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。

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。

总结：跟结构相比，位段可以达到同样的效果，可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

三、枚举

枚举就是一 一列举，把可能出现的值全部列举出来

1.枚举类型定义

enum Day//星期
{
   Mon,
   Tues,
   Wed,   //枚举常量
   Thur,  //不是分号，是逗号！
   Fri,
   Sat,
   Sun
};

enum Day 叫做枚举类型
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。

2.枚举的优点

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.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;               //err

四、联合（共用体）

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）

//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));

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）。

#include <stdio.h>

union Un
{
	int i;
	char c;
};
union Un un;

int main()
{
	//下面输出结果相同吗？
	printf("%p\n", &(un.i));
	printf("%p\n", &(un.c));

	return 0;
}

我们可以发现，输出结果是一样的，这是因为联合体中变量大小的最大值为 4 字节，所以内存开辟 4 字节，而联合体中的元素只能用一个，也就是用 i 就不能用 c ；用 c 就不能用 i ，故名思义联合体。

#include <stdio.h>

union Un
{
	int i;
	char c;
};
union Un un;

int main()
{
	//下面输出的结果是什么？
	un.i = 0x11223344;
	un.c = 0x55;
	printf("%x\n", un.i);
	
	return 0;
}

我们也可以利用联合体来判断大小端

#include <stdio.h>

int check_sys()
{
	union Un
	{
		char ch;
		int i;
	}u;

	u.i = 1;

	return u.ch;
}

int main()
{
	check_sys();
	if (check_sys())
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}

	return 0;
}

3.联合体大小的计算

计算规则：
（1）联合的大小至少是最大成员的大小。
（2）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。

#include <stdio.h>

union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};
union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};

int main()
{
	//下面结果输出什么？
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));

	return 0;
}

在 union Un1 中，数组 c 的大小为 5 ，类型大小为 1 ，所以对齐数为 1 ；i 的大小为 4 ，对齐数为 4 ，所以该联合体的最大对齐数为 4 ，已经占了 5 个字节，要对齐到 4 的整数倍，所以再浪费 3 个字节对齐到 8 个字节，该联合体的大小就为 8 字节

在 union Un2 中，数组 c 的大小为 14 ，类型大小为 2，所以对齐数为 2；i 的大小为 4 ，对齐数为 4，该联合体的最大对齐数为 4 ，已经占了 14 个字节，要对齐到 4 的倍数，所以再浪费 2 个字节对齐到 16 字节，该联合体大小就为 16 字节

注：本次学习就暂时结束啦，文章中有错误、不足之处欢迎大佬指正，让我们共同学习，共同进步，欲戴王冠，必承其重，加油！