结构体、联合体与枚举
1. 结构体
定义：结构体是由一批数据组合而成的一种新的数据类型。组成结构型数据的每个数据称为结构型数据的“成员”。
1.1 结构体类型的声明
例如下面我声明了一个学生结构体类型
描述学生：属性-名字+电话+性别+年龄
struct Stu
{
char name[20]; //名字
short age; //年龄
char sex[5]; //性别
char id[20]; //学号
};//这里的分号不能丢
struct stu s1; //全局变量
int main()
{
//创建的结构体局部变量
struct stu s1;
system("pause");
return 0;
}
1.2 结构体变量的定义和初始化
struct Stu //类型声明
{
char name[20]; //名字
int age; //年龄
};
struct Stu s = {
"lisi", 19};//初始化
/*也可以采用如下初始化
s.name="lisi";
s.age=19;
*/
结构体嵌套结构体
struct Point
{
int x;
int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = {
15, {
3，2}，NULL}; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = {
11, {
3, 2}, NULL};//结构体嵌套初始化
1.3 结构体内存对齐
在上面的学习中我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题：如何计算结构体的大小呢？
这就涉及到一个特别热门的考点： 结构体内存对齐。
那么为什么会出现结构体内存对齐呢？结构体内存对齐的意义是什么？
- 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：只需要把小内存的变量放在前面，让占用空间小的成员尽量集中在一起，即可。
如何计算？ 首先得掌握结构体的对齐规则：
第一个成员存储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。
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。
在VS中对齐数默认的值为8
当我们掌握了计算方法，那就直接上题测验一下
struct S1
{
char c1;
int a;
char c2;
};
运行代码后，查看到S1这个结构体大小为12，那么为什么等于12呢?请看下图分析
1.4 结构体传参
struct A
{
int data[200];
int num;
};
struct A a.num;
}
//结构体地址传参
void print2(struct A* ps)
{
printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
print1(a); //传结构体
print2(&a); //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。
1.5 结构体实现位段
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 、signed int或char 。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
如下图代码所示：
//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。*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
/*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。
*/
struct A // A是一个位段类型
{
char _a : 3; //_a----占3个比特位
char _b : 4; //_b----占4个比特位
char _c : 5; //_c----占5个比特位
char _d : 4; //_d----占3个比特位
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A)); //------------3
struct A a={
0};
a._a=10;
a._b=12;
a._c=3;
a._d=4;
system("pause");
return 0;
}
空间是如何开辟的？如下图所示：
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。
2. 枚举
什么是枚举？ 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 颜色也可以一一列举。 这里就可以使用枚举了。
2.1 枚举类型的定义
enum Color//颜色
{
RED, //0
GREEN, //1
BLUE //2
};
{}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：
#include<stdio.h>
enum color
{
//枚举的可能取值---常量
Red,
Yellow=5,
Blue
};
int main()
{
enum Color clr = Blue;//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 = 7;-----error
// 各数值得大小如下
// 0 5 6
printf("%d %d %d\n", Red, Yellow, Blue);
//枚举类型的大小-----一个整形大小（4）
printf("%d\n", sizeof(enum color)); //-----4
return 0;
}
3. 联合体
3.1 联合体类型的定义
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：
union un
{
char c;
int i;
};
3.2 联合体类型的特点
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。
union Un
{
int i;
char c;
};
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗？
int main()
{
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); //un.i==11223355
}
3.3 联合体大小的计算
#include<stdio.h>
union un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合体大小的计算
/*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。*/
printf("%d\n", sizeof(union un)); //-----4
return 0;
}
最后我们通过一道面试题来结束本节学习。
题目：判断当前计算机的大小端存储
#include<stdio.h>
void check()
{
union _un
{
int _b;
char _ch;
}un;
un._b = 1;
if (un._ch == 1)
{
printf("小端\n");
}
printf("大端\n");
}
int main()
{
check();
return 0;
}
