C语言进阶之自定义类型：结构体，枚举，联合
结构体
结构体类型的声明
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;}variable-list;
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
特殊的声明
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1struct Node{int data;struct Node next;};//可行否？
如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？
每一个Node中又嵌入了一个完整的Node，这就变成了无限递归嵌套，编译器无法确定struct Node的大小
//代码2
struct Node{int data;struct Node* next;};
注意：
//代码3typedef struct{int data;Node* next;}Node;//这样写代码，可行否？
//解决方案：
typedef struct Node{int data;struct Node* next;}Node;
结构体变量的定义和初始化
struct Point{int x;int y;}p1;
struct Point p2;
//声明类型的同时定义变量p1//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
//练习1struct S1{char c1;int i;char c2;};printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2struct S2{char c1;char c2;int i;};printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3struct S3{double d;char c;int i;};printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4{char c1;struct S3 s3;double d;};printf("%d\n", sizeof(struct S4));
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
Linux中的默认值为4 - 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。
为什么存在内存对齐?
4. 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。
5. 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。
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;int i;char c2;};struct S2{char c1;char c2;int i;}
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8struct 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8struct 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));printf("%d\n", sizeof(struct S2));return 0;}
结构体传参
案例：
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;
}
结构体实现位段（位段的填充&可移植性）
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。
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？
位段的内存分配
- 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。
案例：
//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。
位段的应用
枚举
枚举类型的定义
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??
枚举的使用
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);
首先，un.i = 0x11223344;：联合体的内存写入了 4 字节。假设 int 是 4 字节，且采用小端字节序（主流 PC 一般是小端，即低字节在低地址）。
这时，内存内容（按地址从低到高）为：44 33 22 11
紧接着，un.c = 0x55;：char 占 1 字节，写入同一地址的最低字节（最低位的 1 字节会变成 0x55）。
所以，内存内容变成（按地址从低到高）：55 33 22 11
printf(“%x\n”, un.i);：读出 un.i 的 4 字节内容，按小端序组装成 int。
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。
案例：
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));
char c[5] 占用 5 字节。int i 通常占用 4 字节（假设是32位系统，int 是 4 字节）。
联合体的大小为最大成员的大小，但要对齐到最大对齐要求的整数倍。假如 int 需要4字节对齐。 5（char c[5]） 不足以满足 int
的对齐，编译器会把整个 union 的大小补齐到 8 字节（下一个4的倍数大于等于5的是8）。