文章目录
结构体
结构体的声明
结构体的基础知识
结构是一些值的集合，这些值成为成员变量。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;
}variable-list;
假如描述一个学生：
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
特殊声明
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。
结构体的自引用
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？
//如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？
这样使用的话，我们不知道内部结构体的大小，所以就无法开辟空间，所以我应该使用指针，正确的子引用方式为：
//代码2
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
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
结构体的内存对齐
我们已经掌握了结构体的基本使用，现在我们来说一下另外一个重要的问题，也是一个重要考点：结构体的内存对齐
首先得掌握结构体的对齐规则：
- 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。
//练习1
struct S1
{
char c1;//自身对其数为1
int i;//自身对其数为4，之前是1没有对其所以＋3，对其之后＋4=8
char c2;//自身对其数为1，对其了所以是+1.总的为9，因为要使得结构体总体的大小是最大对其数的整数倍，所以+3=12.
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2
{
char c1;//自身对其数为1，对其了
char c2;//自身对其数为1，一样对其了。总大小累计为2
int i;//自身对其数为4，所以之前的2没有对其，所以先对其为2+2，在加4就是8.
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3
struct S3
{
double d;//自身对其数为8
char c;//8+1
int i;//未对其先加3在加4=>16
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;//自身对其数为1
struct S3 s3;//结构体大小为16，最大对其数为8。1+7+16
double d;//24+8=32
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是如是说的：
- 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。
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。
//例如：
struct S1
{
char c1;//1
int i;//3+4
char c2;//1+3======12
};
struct S2
{
char c1;//1
char c2;//1
int i;//2+4=====8
};
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。
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));//12
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//6
return 0;
}
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。
结构体传参
直接就看看代码吧：
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。
位段
结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能力。
什么是位段呢
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。
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？
printf("%d\n", sizeof(struct A));
位段内存分配
- 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。
//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
- 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，写成27，在16位机器会出问题。
- 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。
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
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。
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
};
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：
- 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
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; //ok??
联合（共用体）
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;
//计算连个变量的大小
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);
在这里也可以判断大小端。
联合大小的计算
- 联合的大小至少是最大成员的大小
- 最大成员大小不是对大对齐数的整数倍时，就要对齐到最大对齐数的整数倍。
比如;
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));//4
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//14+2===16