C语言自定义类型（结构体，枚举，联合）的学习总结

结构体

结构的基础知识

结构是一些值的集合，这些值称为它的成员，一个结构的各个成员可能具有不同的类型。每个结构成员都有自己的名字，它们是通过名字访问的。
结构的声明
在声明结构时，必须列出它包含的所有成员。这个列表包括每个成员的类型和名字。

struct tag
{
     member-list;
}variable-list;

tag是结构体标签；member-list是成员列表；variable-list是变量列表。
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

Stu是标签。标签字段允许为成员列表提供一个名字，这样它就可以在后续的声明中使用。标签允许多个声明使用同一个成员列表，并且创建同一种类型的结构。上面这个声明把标签Stu和这个成员列表联系在一起。该声明并没有提供变量列表，所以它并未创建任何变量。
标签标识了一种模式，用于声明未来的变量，但无论是标签还是模式本身都不是变量。

struct Stu x;
struct Stu y[20],*z;

这些声明使用标签来创建变量。而x，y，z都是同一种类型的结构变量。

特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全声明。
这里有几个例子：

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

这个声明创建了一个名叫x的变量，它包含三个成员：一个整数、一个字符和一个浮点数。

struct {
         int   a；
         char  b；
         float c；
       }y[20],*z；

这个声明创建了y和z。y是一个数组，它包含了20个结构。z是一个指针，它指向这个类型的结构。
注意：
这两个声明被编译器当作两种截然不同的类型，即使它们的成员列表完全相同。因此，变量y和z的类型和x的类型不同，所以下面这条语句是非法的。

z=&x;//非法

结构的成员
结构的成员可以是标量、数组、指针，甚至是其他结构体。
例如：

struct COMPLEX
{
       float  f;
       int    a[20];
       long   *lp;
       srtuct Stu  s;
       srtuct Stu  sa[10];
       srtuct Stu  *sp;
};

结构体成员的访问

• 结构变量的成员是通过点操作符（.）访问的。（直接访问）
  点操作符接受两个操作数，左操作数就是结构变量的名字，右操作数就是需要访问的成员的名字。这个表达式的结果就是指定的成员。看下面的这个声明：

struct COMPLEX comp;

名字为a的成员是一个数组，所以表达式comp.a就选择了这个成员。这个表达式的结果是个数组名，所以你可以把它用在任何可以使用数组名的地方。
成员s是个结构，所以表达式comp.s的结果是个结构名，它可以用于任何可以使用普通结构变量的地方。尤其是，我们可以把这个表达式用作另一个点操作符的左操作符，如(comp.s).age，选择结构comp的成员s的成员age。点操作符的结合性时从左向右，所以可以省略括号，表达式comp.s.a表示同样的意思。

• 箭头操作符（ 间接访问）
  和点操作符一样，箭头操作符接受两个操作数，但左操作符必须是一个指向结构的指针，箭头操作符对左操作数执行间接访问取得指针所指向的结构，然后和点操作符一样，根据右操作数选择一个指定的结构成员。
  例如：

struct S
{
     char name[20];
     int age;
}s;
void print(struct S* ps)
{
     printf("name = %s   age = %d\n", (*ps).name, (*ps).age); 
     printf("name = %s   age = %d\n", ps->name, ps->age); 

结构的自引用

在一个结构体内部包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？看一个例子

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

这种类型的自引用是非法的，因为成员next是另一个完整的结构，其内部还将包含它自己的成员next。这第二个成员又是另一个完整的结构，它还将包含它自己的成员next。这样下去永无止境。但下面这个声明是合法的：

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

这个声明和前面那个声明的区别在于next现在是一个指针而不是结构。编译器在结构的长度确定之前就已经知道指针的长度，所以这种自引用是合法的。
注意
警惕下面这个陷阱

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

这个声明的目的是为了这个结构创建类型名 Node 。但是，他失败了。类型名直到声明的末尾才定义，所以在结构声明的内部它尚未定义。
解决方法就是定义一个结构标签来声明next，如下：

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

不完整声明

如果每个结构都引用了其他结构的标签，哪个结构应该首先声明呢？这个问题的解决方案是使用不完整声明，它声明一个作为结构标签的标识符。然后，我们可以把这个标签用在不需要知道这个结构的长度的声明中，如声明指向这个结构的指针。接下来的声明把这个标签与成员列表联系在一起。例如：

struct A
{
     int _a;
     struct B* pb;
};
struct B
{
      int _b;
      struct A* pa;
};           

解决方案：

struct B;
struct A
{
     int _a;
     struct B* pb;
};
struct B
{
      int _b;
      struct A* pa;
};  

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

结构体内存对齐

先举个例子

int main()
{
    struct S1
    {
        char c1;
        int i;
        char c2;
    };
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    system("pause");
    return 0;
}

这是如何算的呢？
要计算结构体大小就要知道结构体的对齐规则：
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中默认值是8，Linux中的默认值是4.
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。
画图再对上面的例子深入理解：

图中c1在偏移量为0处，i的对齐数是4，所以要对齐到4的倍数处，即到4，c2对齐数位1，所以连着i放，放完占了9处，结构体总大小为最大对齐数的整数倍，即4的倍数，故总大小位12。
是不是很简单呢？
学会了对齐规则，那为什么会存在内存对齐呢？
大部分的参考书都是这样说的：
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：
让占空间小的成员尽量集中在一起！例如：

int main()
{
    struct S2
    {
        char c1;
        char c2;
        int i;
    };
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    system("pause");
    return 0;
}

这个跟上面那段代码一样，只是调整了成员位置，看结果：

很明显的节省了空间！

修改默认对齐数

#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()
    {
        printf("%d\n", sizeof(struct S1));
        printf("%d\n", sizeof(struct S2));
        system("pause");
        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 。

结构体传参

结构体传参可以传结构体对象，也可以传结构体地址，所以是不是随便传哪一种都可以？
先看代码：

struct S
{
    int data[1000];
    int num;
};
struct S s = { { 1, 2, 3, 4 }, 1000 };
//结构体传参
void print1(const struct S s)
{
    printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(const struct S* ps)
{
    printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
    print1(s);//传结构体
    print2(&s);//传地址
    system("pause");
    return 0;
}

这两种方式哪种更好一些？
答案首选print2函数。因为函数传参的时候。参数是需要压栈的。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。
所以，结构体传参的时候，要传结构体的地址。

位段

位段的声明和结构类似，但它的成员是一个或多个位的字段。这些不同长度的字段实际上存储于一个或多个整形变量中。位段的声明和任何普通的结构成员声明相同，但有两个例外。
首先，位段成员必须声明位int,signed int,unsigned int 类型。其次，在成员名的后面是一个冒号和一个整数，这个整数指定该位段所占用的位的数目。
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));

结果是8，这又是怎么算的呢？这就涉及到了位段的内存分配。
画图理解：

位段的内存分配

1.位段的成员可以是int,unsigned int,signed int或者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，注重可移植性的程序应该避免使用位段。

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。

枚举

枚举顾名思义就是一一列举

枚举类型的定义

例如：

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，依次递增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：
  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

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：

int main()
{
    //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));
    system("pause");
    return 0;
}

联合的特点

联合的成员是共用同一块内存空间的，这样的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）。

int main()
{
    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);
    system("pause");
    return 0;
}

联合大小的计算

• 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。
  比如：

int main()
{
    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));
    system("pause");
    return 0;
}

联合和结构体的巧妙使用：

int main()
{
    //将long类型的IP地址，转为点分十进制的表示形式
    union ip_addr
    {
        unsigned long addr;
        struct
        {
            unsigned char c1;
            unsigned char c2;
            unsigned char c3;
            unsigned char c4;
        }ip;
    };
    union ip_addr my_ip;
    my_ip.addr = 176238749;
    printf("%d.%d.%d.%d\n", my_ip.ip.c4, my_ip.ip.c3, my_ip.ip.c2, my_ip.ip.c1);
    system("pause");
    return 0;
}

不足之处，请多多指教！