本文介绍了C语言中结构体、枚举和联合的基础知识。结构体包括声明、自引用、内存对齐等，强调了结构体传参时传地址的重要性。枚举类型提供了一种定义常量的简洁方式，具有提高代码可读性和可维护性的优点。联合（共用体）允许成员共享同一内存空间，其大小至少等于最大成员的大小，并可能需要内存对齐。位段则涉及到内存分配和跨平台问题，虽然能节省空间但不推荐用于跨平台程序。
1、结构体声明
1.1 结构体的基础知识
结构体是一些值的集合，这些值称为成员变量。结构体的每个成员可以是不同类型的变量。
1.2 结构体的声明
1.2.1结构体声明的语法：
struct tag
{
member-list;
}variable-list;
1.2.2 code示例：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
在声明结构的时候，可以不完全的声明。结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。
code示例
//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;
1.4 结构体的自引用
结构自引用：在结构中包含一个类型为该结构本身的成员。
结构自引用的语法：
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
} Node;
1.5 结构体变量的定义和初始化
code示例：定义结构体遍历
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
//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
1.6.1 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 - 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。
1.6.2 为什么需要内存对齐
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
- 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。
1.6.3 那在设计结构体的时候，既要满足对齐，又要节省空间
**让占用空间小的成员尽量集中在一起。**
code示例：S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小不同
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int main()
{
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1)); // 12
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2)); // 8
return 0;
}
1.7 默认对齐数
1.7.1 #pragma 这个预处理指令：改变默认对齐数
结构在对齐方式不合适的时候，开发者可以自己更改默认对齐数。
code示例
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#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)); // 12
printf("%d\n", sizeof(struct S2)); // 6
return 0;
}
1.8结构体传参
1.8.1 结构体传参的时候，要传结构体的地址。
原因有二：
- 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。
code示例：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
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); // 1000
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps) {
printf("%d\n", ps->num); // 1000
}
int main()
{
print1(s); //传结构体
print2(&s); //传地址
return 0;
}
2、位段
2.1 什么是位段
位段的声明和结构是类似的，有两个不同：
- 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int。
- 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
code示例：声明位段
#include<stdio.h>
struct A { // A就是一个位段类型。
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A)); // 8
return 0;
}
2.2 位段的内存分配
内存分配规则：
- 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。
code示例：
#include<stdio.h>
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(struct S)); // 3
printf("%d\n", sizeof(s)); // 3
return 0;
}
2.3 位段的跨平台问题
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。
位段跨平台存在的问题：
- 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）。
- 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。
2.4 位段的应用
3、枚举
3.1 枚举类型的定义
{}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。
code示例：
#include<stdio.h>
enum Sex//性别
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
};
enum Color//颜色
{
RED = 1,
GREEN = 2,
BLUE = 3
};
int main()
{
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。
printf("%d\n", clr); // 2
clr = 5;
printf("%d\n", clr); // 5
return 0;
}
3.2 枚举的优点
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
4、联合（共用体）
4.1 联合类型的定义
4.1.1 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）。
code示例：
#include<stdio.h>
int main()
{
//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
return 0;
}
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）。
code示例：
#include<stdio.h>
int main()
{
//联合类型的声明
union Un
{
int i;
char c;
};
// 联合类型的声明
union Un un;
printf("%p\n", &(un.i)); // 0000004A2CD3FA84
printf("%p\n", &(un.c)); // 0000004A2CD3FA84
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i); // 11223355
printf("%x\n", un.c); // 55
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。
code示例：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int main()
{
//联合类型的声明
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(union Un1)); // 8
printf("%d\n", sizeof(union Un2)); // 16
return 0;
}
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