自定义类型：结构体，枚举，联合 （超详解）

1. 结构体

1.1结构体类型的声明

结构体：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。

结构体声明：

例子：描述一个学生。

struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char id[20];//学号
	//...
};//这里的分号不能丢

,

1.1.1结构体的特殊声明（匿名结构体）

在声明结构的时候，可以不完全的声明。
如：

//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;

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）(匿名结构体声明)。

匿名结构体变量只能在声明时定义：

如：

正确演示：

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

错误演示：

#include<stdio.h>
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
};
int main()
{
	struct q;
	return 0;
}

注：每一个匿名结构体的类型都不一样。

如：

。

。

注：匿名结构体一般只能用一次。（一般只有当这个结构体只用一次就不再使用的时候才会用匿名结构体）

1.2结构体的自引用

在结构体里包含一个类型为该结构体本身的成员。

问：

struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
};
//可行否？
如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

答：
不行。原因：

此时成员结构里里仍然包含一个int，和一个struct Node的成员，会一直无线循环下去。

正确方法：

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

通过struct Node* 类型的指针找到结构体。

注意：

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

这种写法是错误的，我们不能在还未重命名之前就使用Node。这类似于是先有鸡还是现有蛋的问题

1.3结构体变量的定义和初始化

结构体变量的定义有两种方式：

一：
在创建结构体是就定义变量：

struct Point
{
 int x;
 int y;
}p1;

二：
在创建后，再定义变量：

struct Point
{
 int x;
 int y;
};
struct Point p1;

**

初始化也分为两种：

**

一.是有先后顺序的： 先后顺序是按照创建结构体是成员变量的顺序。

struct Stu        //类型声明
{
 char name[15];//名字
 int age;      //年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化

二。初始化时不按顺序。

形式：" . "+ "成员名" + "=" + "赋值"

struct Stu        //类型声明
{
 char name[15];//名字
 int age;      //年龄
};
struct Stu s = {.age=12,.name="zhangsan"};//初始化

当结构体成员里面有结构体时，应在属于结构体的成员变量两边加上"{ }",若想要无序，按照上面的格式进行即可：

struct stu {
	int x;
	int y;
};
struct s {
	int c;
	struct stu b;
}q = { .c = 1,{.x=1,.y=2} };

1.4结构体内存对齐(计算结构体大小)

首先我们先来上一个例子。

按照我们正常的思路，结构成员变量只有一个char型和一个int型，按道理结构体的大小应该是5个字节，那为什么在这确实8个字节呢？

.
.

这里我们就不得不要提起结构体的内存对齐！
.
.

为了更好的介绍结构体的内存对齐，我们这里要介绍一个宏 offsetof（结构体类型 , 结构体成员）。这个宏是用来计算结构体成员相较于结构体起始位置的偏移量

解释：

然后，我们这里就使用一下宏offset

.
.
.
由offsetof的值我们可以大致的画出结构体成员再内存中的存储。如图：
.

.
.
.
从图中我们可以看出结构体成员一共占据了5个字节的大小，但是为什么最后结构体的大小为八个字节呢？
.
.
这里便需要我们介绍一下结构体对齐的规则了！**

1. 第一个成员永远放在相较于结构体变量起始位置偏移量为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
   Linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小
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。

如：

注：当出现数组时，可以把它当成多个变量存放。

为什么存在内存对齐?

大部分的参考资料都是如是说的：

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。**

那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到：
让占用空间小的成员尽量集中在一起
。
。
如：

//例如：
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};

S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。

1.4.1修改默认对齐数

之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。

#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;
}

结论：

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。

1.5结构体传参

直接上代码：

#incldue<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);
}
//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？
。
。
答案是：首选print2函数。
.
.
原因：

学函数栈帧时，我们直到形参是实参的一份临时拷贝，因此当参数为结构体类型是，形参的大小就是结构体的大小。而当参数是结构体指针变量时，形参就是4/8个字节。
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。

1.6结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

.
.
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。

如：

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

A就是一个位段的类型。

那么如何计算位段A的大小呢？这里我们就要了解一下位段是如何进行的内存分配。

1.6.1 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。（C语言并未准确的说明，位段在内存上是从左到右，还是从右到左的储存等。）

这里我们再次举一个例子：

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;
//空间是如何开辟的，大小是多少呢？

首先位段的位指的是二进制位。冒号（：）后面的数字是位段成员变量所占内存的大小，单位：比特。 如该例子中，a的内存为3bit，b为4bit等。

在vs下，位段的存储方式：

1.位段的储存室从右向左存储的。
2.当剩下的空间不足以储存变量时，会再次为位段开辟相应的空间，然后在新开辟的空间中右向左存储。

如例子中的存储：

最开始开辟一个字节的空间然后从右向左存储a三个字节，b四个字节，剩下一个字节无法存储c，于是再开辟一个字节，在从右向左存储c五个字节，剩下三个字节无法存储，又开辟一个字节的空间，从右向左存储d（成员变量都是字符型，所以每次开辟一个字节的空间）。因此s占三个字节。如图：

注：当成员变量值的二进制位数，小于超过对应冒号后的数时将不足的高位补0.
当成员变量值的二进制位数，超过对应冒号后的数时，取对应的低位，超过的高位直接舍弃。
如例子中s的a的值10的二进制位1010，存储时应存储010，十进制为2。通过调试我们可以观察到，如图：

1.6.2位段的跨平台的问题

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，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

1.6.3位段的应用

在满足要求的情况下，用位段，可以减小IP数据包的大小，

2.枚举

枚举顾名思义就是一一列举。
把可能的取值一一列举。
比如我们现实生活中：

一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举。
性别有：男、女、保密，也可以一一列举。
月份有12个月，也可以一一列举

这里就可以使用枚举了。

2.1枚举的类型的定义

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
};

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。

注:枚举也是一种类型,且枚举的赋值只能时枚举常量.

如:

2.2枚举的优点

。
。
为什么使用枚举？

我们可以使用 #define 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. 便于调试
4. 使用方便，一次可以定义多个常量**

2.3枚举的使用

#include<stdio.h>
enum Color
{
	RED,
	GREEN
};
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。
	return 0;
}

3 联合(共用体)

3.1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）。 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;

3.2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);

这里un的大小时4个字节. 在我们正常的观念里,包含一个字符和一个整形的大小应该时5个字节.为什么会这样呢?这里我们可以看 如下的图:

由这个图我们可以这样分析:

由于字符c和整形i的地址相同我们可以确定c和i共用了部分字节的空间,由于他们的大小不一样我们可以画出这样的内存图:

也正是应为联合体共用了一定字节的空间,所以联合体也叫共用体

。
。
。

使用联合体的例子：

判断当前计算机的大小端。

#include<stdio.h>
union i
{
	int a;
	char c;
};
int main()
{
	union i cc = { 0 };
	cc.a = 1;
	if (cc.c == 1)
		printf("小端");
	else
		printf("大端");
	return 0;
}

解释： 联合体union i
里面的int成员a，和char成员c公用了地址最低的一个字节，所以当计算机使用小端存储是，c的ASCII值是1，大端存储是c的ASCII值是0.

3.3联合体大小的计算

规则：
1.联合体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是，就要对齐到最大对齐数的整数倍

如：

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));

对于 union Un1,最大成员是c[5] 大小为5个字节，最大对齐数为int 的4，所以union Un1的大小为8. 对于union
Un2,最大成员为c[7] 大小为14个字节，最大对其书为int 的4，所以union Un2的大小为16.