本文详细介绍了C语言中的结构体与联合的概念、使用方法及其特性，包括结构体的声明、初始化、内存对齐规则及结构体成员的访问方式等。此外，还探讨了联合的定义与应用，并对比了结构体与联合的区别。
>结构体类型创建
结构的基础知识：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。
结构的声明：
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[15];//性别
char id[20];//学号
};//分号不能丢
特殊的声明：
匿名结构体类型（去掉结构体标签，且匿名结构体类型一般只用一次）
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20],*p;
以上的两个结构体在声明的时候省略掉了结构体标签。
在上面代码的基础上，
p = &x;
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，所以千万不能这样定义。
结构体成员的访问方式：
①通过点操作符(.)访问
struct Stu
{
char name[20];
int age;
};
struct Stu s;//定义结构体变量
我们可以看到s有成员name和age；但是如何访问s的成员呢？
struct S s;
s.name = "zhangsan"; //(错误，name是个数组，不能直接访问)
strcpy(s.name, "zhangsan");//使用.访问name成员
s.age = 20;//使用.访问age成员
②通过(->)访问
struct S
{
char name[20];
int age;
}s;
void print(struct S* ps)
{
printf("name=%s age=%d\n", (*ps).name, (*ps).age);//这种太麻烦,不建议使用
printf("name=%s age=%d\n", ps->name, ps->age);//ps指向对象struct的成员name和age
}
结构体的自引用
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
注意：结构体在自引用时不能省略 struct Node* next;中的struct；也不能使用匿名结构体类型
>结构体初始化
有了结构体类型，定义变量和初始化，就很简单了
初始化：定义变量的同时并赋初值
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
>结构体内存对齐
首先来说说为什么会存在结构体内存对齐呢？
大部分资料是这样说的：
1.平台原因（移植原因）:
不是所有的硬件平台都能任意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。
了解了为什么存在内存对齐之后，接下来我们就得掌握结构体的对齐规则：
①第一个成员变量永远放在起始位置的0偏移处；
②第二个成员往后的所有的成员都要对齐到某个对齐处的整数倍。对齐数就是自身大小和默认对齐数的最小值，在VS中，默认对齐数的值为8，Linux中的默认对齐数为4。
③结构体总大小必须是所有对齐数中最大对齐数的整数倍。
④如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体总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。
总的来说：
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。所以在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，就要做到：让占用空间小的成员尽量集中在一起。
练习1:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
答案：12
练习2
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
答案：8
练习3:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
答案：16
练习4-结构体嵌套问题
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
答案：32
>修改默认对齐数
#include <stdio.h>
#include <stdlib.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8
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));
system("pause");
return 0;
}
>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;
}
上面的print1和print2函数哪个好些？
很明显首选print2函数。
原因:
讲解函数栈帧的时候，我们讲过函数传参的时候，参数是需要压栈的。
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。
小结：
结构体传参的时候，要传结构体的地址。
>位段
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。
C语言中允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度，利用位段能够用较少的位数存储数据。
位段大小的计算：
（1）位段成员的类型必须指定为unsigned或int类型；
（2）一个位段必须存储在同一个存储在同一个单元中，不能跨两个单元；
（3）位段的长度不能大于存储单元的长度，也不能定义位段数组；
（4）位段定义的第一个位段长度不能为0。
比如：
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
printf("%d\n", sizeof(struct A));
A就是一个位段类型；那么位段A的大小如何算呢？
根据位段的计算规则，可以算出A的大小为：2个字节
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.位段中大的最大位的数目不能确定。（16位机器最大是16,32位机器最大是32，写成27，在16位机器上会出问题。）
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。
>枚举
为什么使用枚举？
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
枚举的定义（枚举不占据空间，枚举是一种类型，大小为4个字节）
enum Sex//性别
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
};
enum变量类型还可以给其中的常量符号赋值，如果不赋值则会从被赋初值的那个常量开始依次加1；如果都没有赋值，他们的值从0开始依次递增1.例如用一个常量表示不同颜色：
enum Color
{
GREEN = 1,
RED,
BLUE,
GREEN_RED = 10,
GREEN_BLUE
}ColorVal;
其中各常量代表的值分别为：
GREEN = 1
RED=2
BLUE=3
GREEN_RED = 10
GREEN_BLUE=11
>联合
联合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，特征就是这些成员公用同一块空间（所以联合也叫共用体）
比如：
联合类型的声明：
union Un
{
char c;
int i;
};
联合变量的定义：
union Un un;
计算联合某个变量的大小：
printf("%d\n", sizeof(un));
>联合的特点：
联合的成员是共用同一块空间的，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）。
判断当前计算机的大小端存储：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int a = 1;
char* p = (char*)&a;
if (*p == 1)
{
printf("小端\n");
}
else
{
printf("大端\n");
}
system("pause");
return 0;
}
或
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int CheckSys()
{
int a = 1;
return *(char *)&a;
}
int main()
{
if (CheckSys() == 1)
{
printf("小端\n");
}
else
{
printf("大端\n");
}
system("pause");
return 0;
}
>联合的计算：
1.联合的大小至少是最大成员的大小。
2.当最大成员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处。
比如：
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(union un1));
结果：8
union Un2
{
short[7];
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(union un2));
结果：16
联合的应用：判断当前机器的大小端存储
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int check_sys()
{
union
{
int i;
char c;
}un;
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;
}
联合和结构体的巧妙使用：将long类型的IP地址，转为点分十进制的表示形式
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
union ip_addr
{
unsigned long addr;
struct
{
unsigned char c1;
unsigned char c2;
unsigned char c3;
unsigned char c4;
}ip;
};
int main()
{
union ip_addr my_ip;
my_ip.addr = 176238749;
printf("%d.%d.%d.%d\n", my_ip.ip.c4, my_ip.ip.c3, my_ip.ip.c2, my_ip.ip.c1);
return 0;
}
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