当前位置 博文首页 > 小-豪-豪的博客：自定义类型：结构体，枚举，联合（共用体）
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 tag
{
member-list;//成员列表
}variable-list;//变量列表
举个例子（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
特殊的声明：
//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;
//上面的两个结构体在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。
//这种类型的结构体声明只能用在使用一次就不再使用的场景。
//一个标识符只能用于声明一个结构体，如果用于多个结构体声明，
//则会报错（struct类型重定义）。
//问题：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。
//结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员是否可以呢？
//代码1
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
//不可行，因为sizeof(struct Node)不确定
//代码2
struct Node
{
int data;
struct Node *next;
}
//这样写可以
//代码3
typedef struct
{
int data;
Node *next;
}Node;
//这样写不可以，因为找不到Node类型
//解决方案
typedef struct Node//这里的Node绝对不可省略
{
int data;
struct Node *next;
}Node;
有了结构体类型，那么该如何定义变量？
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
注意：结构体变量只有在定义的同时才可以这样赋值，当已经定义完了的时候，再这样赋值就错了。
在介绍完结构体的基本使用之后，我们来探讨一个问题：计算结构体的大小。
计算结构体大小是一个非常热门的考点：结构体内存对齐。
先来看下面这段代码：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
struct S5
{
char c1;//对齐数为1
int arr[2];//对齐数为4
int i;//对齐数为4
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
printf("%d\n", sizeof(struct S5));
return 0;
}
运行结果：
为什么会出现这样的结果呢？结构体的大小到底该如何计算呢？
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）的整数倍的偏移量地址处。
3.结构体的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.对于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对齐数中的最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。
5.当结构体中有数组成员的时候，判断数组成员的对齐数按数组成员的一个元素来判断。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小较叫小值
VS中默认的值为8
Linux中默认的值为4
为什么存在内存对齐？
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。
总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
让占用空间小的成员尽量集中在一起：
//例如
struct S1//12
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2//8
{
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。
使用#pragma这个预处理指令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));//12
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//6
return 0;
}
结论：结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。
百度笔试题：
写一个宏，计算结构体中某些变量相对于首地址的偏移，并给出说明。
考察：ofsetof宏的实现
//offsetof宏的实现
#include <stdio.h>
//把地址0看作一个结构体变量的首地址，此时每个成员的地址就是偏移量
#define OffSetOf(s, m) ((size_t)&(((s *)0)->m))//m的地址就是m和结构体首地址的偏移量(在0地址处只要不解引用取值就可以)
struct S
{
char ch1;//0
//1-3
int a;//4-7
char ch2;//8
//9-11
};
int main()
{
printf("%d\n", OffSetOf(struct S, ch1));
printf("%d\n", OffSetOf(struct S, a));
printf("%d\n", OffSetOf(struct S, ch2));
return 0;
}
当结构体变量已经定义了，有两种赋值方法：
//1.变量名.成员名 = 值；
//2.结构体变量指针->成员名 = 值；
注意：如果成员名是数组名的话，左边指的是数组首元素地址。
如果成员名是变量，左边指的是该变量，如果用于scanf中，要记得取地址，例如：
scanf("%d", &(s.age));
#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)//生成一个局部结构体变量
{
printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)//指向原来的结构体
{
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哪个好些呢？
答案是：首选print2函数。原因如下：
函数传参的时候，参数是需要压栈的，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。
接下来讲讲结构体实现位段的能力。
什么是位段？
1.位段的成员必须是int、unsigned int或signed int。
2.位段的成员名后面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;
};
//注意：冒号后面的数字必须小于等于类型大小，在这里小于等于32
A就是一个位段类型。
那位段A的大小是多少？
printf("%d\n", sizeof(struct A));//8
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？
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。（int类型的大小与激情的位数一致）
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。
位段的应用：
枚举顾名思义就是——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。
enum Day//星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex//性别
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
}；
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。
这些可能的取值都是有值的，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 Sex//性别
{
MALE = 1,
FEMALE = 2,
SECRET = 4
}；
//如果某一个枚举常量没有被赋初值，那么他的值就是上一个枚举常量的值加一。
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
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;//这样不行！不能用普通常量给枚举变量赋值
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;
//计算联合变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));//4
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;
};
int main()
{
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗？
printf("%d\n", &(un.i)); //地址相同
printf("%d\n", &(un.c));
//下面输出的结果是什么？
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55; //把un.i的低位也改了
printf("%x\n", un.i);
}
结果如下：
面试题：判断当前计算机的大小端存储
int check_sys()
{
union
{
int i;
char c;
}un;
un.i = 1;
return un.c;
}
int main()
{
int ret = check_sys();
if (1 == ret)
{
printf("小端\n");
}
else
{
printf("大端");
}
return 0;
}
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。
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)); //8
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16
