文章目录

• 前言
• 一、结构体
• • 结构体类型的声明
  • 结构的自引用
  • 结构体变量的定义和初始化
  • *结构体内存对齐
  • 修改默认对齐数
  • 结构体传参
  • 结构体实现位段（位段的填充&可移植性）
• 二、枚举
• • 枚举类型的定义
  • 枚举的优点
  • 枚举的使用
• 三、联合
• • 联合类型的定义
  • 联合的特点
  • 联合大小的计算
• 总结

前言

一、结构体

结构体类型的声明

struct tag
{
	member-list;//成员列表
}variable-list;
//variable-list - 变量表，可直接在创建结构体的时候创建变量，也可不创建

//例如：
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

也可匿名

//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;

虽然匿名且成员变量相同，但是两个结构体类型不相同。

p = &x;//错误

结构的自引用

结构体的自引用：在结构体定义的时候可以用结构体类型创建成员变量，用本身则称为结构体的自引用。
例如：

struct Node
{
	int data;
	struct Node next;
};
//但可行否？

如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？
不断包含本身所以无法计算。

但可以包含本身类型的指针，因为指针大小固定大小（4/8）。

#include<stdio.h>
//正确定义
struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;	
};
//正确定义别名
typedef struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
}Node;

int main()
{

	return 0;
}

结构体变量的定义和初始化

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

现在引入一个新的问题，怎么计算结构体大小
先用sizeof()计算，看是否如你所想

#include<stdio.h>

struct st
{
	int data;
	char ch;	
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct st));
	return 0;
}

为什么不是4+1=5呢，这就要涉及到热点问题——结构体内存对齐

首先得掌握结构体的对齐规则：

1. 第一个成员放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——默认的默认对齐数为8
   Linux——没有默认对齐数
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。

例如：

struct st1
{
	int data;//大小-4  vs-8 对齐数选较小的-4
	char ch; //对齐数 - 1
	int a;  //对齐数  - 4
};
//最大对齐数是4，所以所占内存大小必然是4的整数倍

struct st2
{
	int data;//大小-4  vs-8 对齐数选较小的-4
	char ch; //对齐数 - 1
	double a;  //对齐数  - 8
};
//最大对齐数是8，所以所占内存大小必然是8的整数倍

嵌套结构体也类似计算

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。

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。

设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间

• 让占用空间小的成员尽量集中在一起。

修改默认对齐数

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
	//原来就为8所以正常计算
	char c1;//对齐数- 1
	int i;//对齐数 - 4
	char c2;//对齐数 - 1
	//大小，4+4+4=12
};
#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
{
	//修改为1
	char c1;//对齐数- 1
	int i;//对齐数 - 1
	char c2;//对齐数 - 1
	//大小，1+4+1=6
};
#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));
	return 0;
}

结构体传参

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); //传结构体空间占用大
	print2(&s); //传地址空间占用小
	return 0;
}

结论
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。
结构体传参的时候，要传结构体的地址。

结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

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。

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。

#include<stdio.h>
struct A
{
	int _a : 2;//2表示2bit(位)
	int _b : 5;//5位
	int _c : 10;//10位
	int _d : 30;//30位
};
//位段是按位存储，需要的总位数2+5+10+30=47  至少需要6个字节
//但此时位段又是以int类型4个字节开辟的，所以开辟两次8字节
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct A));
	return 0;
}

二、枚举

枚举类型的定义

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。

enum Day//星期
{
	Mon,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};

enum Day就是枚举类型。 {}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 Day//星期
{
	Mon=1,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};

那么Tues=2，依次往下递增

枚举的优点

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

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; //错误，类型不同，且枚举变量一般不修改，易出错

三、联合

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;
//计算联合变量的大小
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）。

联合体也可用于判断机器的大小端

#include<stdio.h>
union Un
{
	char c;
	int i;	
};


int check_sys()
{
	union Un un;
	un.i = 1;
	//低地址            高地址
	//小端存储 01 00 00 00
	//大端存储 00 00 00 01
	return un.c;//返回第一个字节的值
}
int main()
{
	printf("%d\n", check_sys());
	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

总结

结构体内存对齐是C语言的一大难点，也非常重要。本人水平有限，如有错误欢迎指正。