结构体

1.结构体类型声明

1.1 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

1.2 结构的声明
struct tag
{
member-list;
}variable-list;
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

在声明结构的时候，可以不完全的声明。
比如
//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）。
那么问题来了？
//在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？
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。
所以是非法的。

1.4 结构的自引用

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？
//代码1
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
//可行否？
这样当然不可以了，跟递归类似，自己中无线包含自己，是不是有点无穷尽也的意味了。

正确的自引用方式：
//代码2
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
敲重点，注意了。
//代码3
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
//这样写代码，可行否？
咋一看好像没啥问题是吧，但小心了，这里我们的Node*next在定义之前就使用了

正确的定义方式当然是下面的了
//解决方案：
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
1.5 结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那如何定义变量，其实很简单。
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

结构体内存对齐也算是结构体复杂点之一吧，其实理解了结构体内存对齐规则，问题就迎刃而解了.

首先得掌握结构体的对齐规则：
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。

我们用图片来更好理解

我们举个简单的例子
//例如：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
我们再来分析上面两个例子

首先我们来看S1

我们再来看S2

因为char类型的对齐数是1，int类型是4

但同时我们也要特别注意

并不是缺多少都能在空里面补多少

例如下面这种

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。
通过上面的例子我们已经知道原因了.
//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。
//这里当然是第二种更省空间了
1.7 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;
}
对齐数为1，所以可以一个接一个储存

结论：
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。

1.8 结构体传参

直接看代码
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：
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

结论：
结构体传参的时候，要传结构体的地址

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：
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。

比如：
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
A就是一个位段类型。
那位段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。
//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？
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

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。

2.4 位段的应用

3. 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

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
};
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.

例如：
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
3.2 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. 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; //这种不允许
相关操作
枚举变量的值只能取枚举常量表中所列的值，就是整型数的一个子集。
枚举变量占用内存的大小与整型数相同。
枚举变量只能参与赋值和关系运算以及输出操作，参与运算时用其本身的整数值。例如，设有定义：
enum color_set1 {RED, BLUE, WHITE, BLACK} color1, color2;
enum color_set2 { GREEN, RED, YELLOW, WHITE} color3, color4;
则允许的赋值操作如下：
color3=RED; //将枚举常量值赋给枚举变量
color4=color3; //相同类型的枚举变量赋值，color4的值为RED
int i=color3; //将枚举变量赋给整型变量，i的值为1
int j=GREEN; //将枚举常量赋给整型变量，j的值为0
允许的关系运算有：==、<、>、<=、>=、!=等

例如：
//比较同类型枚举变量color3，color4是否相等
if (color3==color4) cout<<”相等”；
//输出的是变量color3与WHITE的比较结果，结果为1
cout<< color3<WHITE;
枚举变量可以直接输出，输出的是变量的整数值。例如：
cout<< color3; //输出的是color3的整数值，即RED的整数值

4. 联合（共用体）

4.1 联合类型的定义

联合体union的定义方式与结构体一样，但是二者有根本区别。

在结构中各成员有各自的内存空间，一个结构变量的总长度是各成员长度之和。

而在“联合”中，各成员共享一段内存空间，一个联合变量的长度等于各成员中最长的长度。

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;
//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);
从以上可以看出是同一块空间

4.3 联合大小的计算

在The C Programming Language里面讲述union内存分配的原话是

1）联合体就是一个结构

2）联合体的所有成员相对于基地址的偏移量为0

3）此结构空间要大到总够容纳最“宽”的成员

4）并且，其对齐方式要适合于联合体中所有类型的成员

大概意思：

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.

这里我们简单看个例子.至于对齐的规则上文已经给出，这里就不多加解释了.

以上就是笔者对自定义类型的总结，由于笔者水平有限，文章若有不足之处，还请大家在评论区留言.

同时感谢大家的支持.

觉得文章写得不错的，能不能给个笔者一键三连呢？

谢谢大家！

以上是关于自定义类型~结构体~位段~枚举~联合~超详解~一遍就会的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

自定义类型详解（结构体，枚举，联合体）

c语言篇 +自定义类型（枚举联合结构体）以及位段

C语言自定义数据类型：结构体，枚举，联合

C语言☀️自定义类型（结构体+位段+枚举+联合体）建议收藏