自定义类型：结构体，枚举，联合

自定义类型：结构体，枚举，联合

目录

结构体

结构体的声明

 结构体的特殊声明

结构体声明的小总结

结构体的自引用

 总结

 结构体变量的定义和初始化

结构体的内存对齐

为啥要存在结构体对齐？

修改默认对齐数

结构体传参

位段

位段内存分配

位段的跨平台问题

位段的应用

 枚举类型

联合体

利用联合体判断大小端

联合体的计算

---

---

结构体

我们之前也学过一个自定义类型那就是数组，还记得数组的定义，数组是相同类型元素的集合，它的每一个元素是通过下标或指针间接访问的。比如我们想要存放一组整形，就可以用数组存放，那比如我想让你描述一个学生呢？这时你就无法用数组描述，因为我们描述一个学生，就会有年龄，性别，名字等等，这些都是不同类型，而且大小也不同，这时我们就引结构体的概念；结构体是什么呢？

结构体：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

结构体的声明

 eg：（描述一个学生）

 结构体的特殊声明

匿名结构体（1）

 如果我们写成 p= &x;可以么？

答案是不可以的，因为编译器认为 p和&x是不同类型的。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。
 

另外一种声明方式

我们还可以这样声明

结构体声明的小总结

我们有两种声明常见声明方式，一种是利用标签名声明，另一种我们可以利用typedef重命名的方式声明（但是这种typedef声明方式在自引用有一点需要注意，就是如果自己引用自己必须有标签名，且结构体成员必须用指针防止多次套娃（重复嵌套）到后面会讲） ，还有匿名结构体要注意的是只能使用一次。还有在我们使用结构体指针变量的时候不能写成 p=&x;这样的例子，因为编译器认为左右两端是不同的类型。

结构体的自引用

结构体自引用（1）

那我们可不可以这样写呢？

这个代码哪里出来问题呢？

如果这个代码成立的话，我们就无法估计这个结构体的大小，为什么呢？你想啊，如果是这样一个结构体要包含这样的一个结构体，而这个结构体又包含着数据和结构体，而下一个结构体有包含着结构体数据，这样就无限循环，大小就无法确定。这里c与指针这本书说得很好。（所以要记住我们结构体自引用的时候成员是结构体的指针而不是结构体的对象）

 那我们如何定义这样的结构体呢？

 

 结构体自引用（2）

 

这样写代码可以么？

这样写代码编译器是不通过的，那为什么这样写代码不行呢？

原因是成员里的列表并没有定义，所以它是不存在的，我们来看看c与指针在这块是怎么说的呢？

 上面的代码正确写法我们必须加上结构体标签，因为我们结构体成员必须是清晰可见的。

 总结

在结构体自引用的时候一要记住我们成员一定是结构体的指针而不是结构体对象，二是我们要注意当我们使用typedef重命名的时候，成员列表里的成员一定是清晰可见。（标签名和成员的结构体指针类型（struct Node*next）

 结构体变量的定义和初始化

方式一：

 方式二：

 方式三：

 方式四

---

我们前面讲了一些结构体的基础知识，我们接下来研究一下结构体的大小。

#include
struct S1
{
	char c1;//1
	int i;//4
	char c2;//1
};
int main()
{	
	printf("%dn", sizeof(struct S1));
	return 0;
}

这个结构体大小会是多少呢？

难道是1+4+1 =6么？

 答案是6那为什么呢？

因为结构体出现内存对齐问题，我们接下来细细研究一下结构体内存对齐问题

结构体的内存对齐

结构体内存对齐规则

1. 第一个成员存放在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中默认的值为8    ，   linux系统没有默认对齐数
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。
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。
 

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我们接下来用一些习题来熟练这个规则

例题一

struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
printf("%dn", sizeof(struct S1));

 例题二

#include
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{	
	printf("%dn", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

 例题三

#include
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
int main()
{	
	printf("%dn", sizeof(struct S3));
	return 0;
}

 

例题四

#include
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
int main()
{	
	printf("%dn", sizeof(struct S4));
	return 0;
}

熟练规则之后我们在来看一下规则

结构体内存对齐规则

1. 第一个成员存放在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中默认的值为8    ，   linux系统没有默认对齐数
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。
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。

为啥要存在结构体对齐？

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。
 

我举一个例子

struct s
{
	char c;
	int i;
};

假设我们每个字节都放0；

 所以这就很好解释了第二个性能的原因。

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，我们可以：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;
};

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

我们如何修改默认对齐数呢？

#pragma pack(你要修改的数字)

可以用pragma pack来修改默认对齐数

#include 
#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;
};
int main()
{
	printf("%dn", sizeof(struct S1));//12//上面讲过
	printf("%dn", sizeof(struct S2));//6 相当于没有默认对齐数就是1+4+1 =6;
	return 0;
}

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

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("%dn", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
	printf("%dn", ps->num);
}
int main()
{
	print1(s); //传结构体
	print2(&s); //传地址
	return 0;
}

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：结构体传参，一定传地址

位段

什么是位段呢？

例如：

struct A
{
	int _a : 2;//a占两个bit位
	int _b : 5;//b占5个bit位
	int _c : 10;//c占10个bit位
	int _d : 30;//d占30个bit位
};

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。

那位段的大小又是多少呢？

struct A
{
	int _a : 2;//a占两个bit位
	int _b : 5;//b占5个bit位
	int _c : 10;//c占10个bit位
	int _d : 30;//d占30个bit位
};
#include
int main()
{
	printf("%dn", sizeof(struct A));
	return 0;
}

答案是8，为什么呢？

我们接下来看一下内存分配 

位段内存分配

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。

我们这回知道了位段的空间是按照需要以4个字节(int)或者1个字节(char)的方式来开辟的。

struct A
{
	int _a : 2;//a占两个bit位
	int _b : 5;//b占5个bit位
	int _c : 10;//c占10个bit位
	int _d : 30;//d占30个bit位
};
#include
int main()
{
	printf("%dn", sizeof(struct A));
	return 0;
}

我们再来看看怎么计算？

首先是int类型我们开辟4个字节的空间也就是32个bit位，放完a还剩30个，放完b还剩25个，放完c还剩15个，然后d不够放了，我们在开辟4个字节（因为是int只能4个字节4个字节开辟空间）所以总共就开辟8个字节，这与答案相符合。

---

但是上述计算会出现一个问题我们在放进d的时候，因为d只需要30个bit位，而上一个还剩下15个bit位，那到底它是用完剩下的15个bit位在直接用新开辟的空间，还是直接将那剩下的15个bit位舍去，直接用新开辟的空间呢？

我们在举一个例子

//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？

我们这里假设是从低位向高位放bit位的，然后将不够的bit为重新开辟一个字节

 这样做发现和编译器的一样

所以位段在一定程度上节省的空间，也做到适当的浪费。 但是也存在跨平台问题

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。

位段的应用

位段既然有跨平台的问题，但是也有节省空间的优点

 像这种网络我们就可以以位来划分，这样使用位段就会大量节省空间，我们在进行打包的时候，包较小，就会精准传送信息。这就是位段的好处。

 枚举类型

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。

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。

 

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

枚举变量的使用

我们一般只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。

enum Color//颜色
{
	RED = 1,
	GREEN = 2,
	BLUE = 4
};
#include
int main()
{
	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; //不要这样赋值
	return 0;
}

联合体

联合体：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）。

联合体的声明和定义

//联合类型的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;

联合体的特点

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;
}un;
int main()
{
	printf("%pn", &(un.i));
	printf("%pn", &(un.c));
	return 0;
}
//两者地址是否一样？

---

union Un
{
	int i;
	char c;
}un;
int main()
{
	un.i = 0x11223344;
	un.c = 0x55;
	printf("%xn", un.i);
	return 0;
}

 

 

这就说明两者地址是一样的共用一块空间，但是联合体在使用时，当修改一个值的时候另一个值也跟着修改。所以在同一时间只能使用联合体中的一个成员。 

利用联合体判断大小端

#include
int check_sys()
{
union u
{
	char c;
	int i;
}u;
	u.i = 1;
	return u.c;

}
int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (1 == ret)
	{
		printf("小端n");
	}
	else
	{
		printf("大端n");
	}
	return 0;
}

利用联合体两者共用一块空间来判断大小端，我们存放1放在整形变量i里，然后只要判断联合体成员c是否为1就可以判断大小端（因为c正好是第一位），如果为1就是小端，0就是大端。这个与之前我们判断方法类似，我们之前也是强制转换为char类型然后取整形数字的第一个字节就能判断大小端。

 

联合体的计算

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。

#include
union Un1
{
	char c[5];  //对齐数为1   //成员大小为5
	int i;      //成员本身大小为4，对齐数为4
	//5不是对齐数的整数倍，所以要对齐到最大对齐数的整数倍，所以要对齐到4的整数倍 就是8
};
int main()
{
	//下面输出的结果是什么？
	printf("%dn", sizeof(union Un1));
	return 0;
}

---

union Un1
{
	char c[5];  //对齐数为1   //成员大小为5
	char i;      //对齐数为1
	//5就是最大成员大小，也是最大对齐数的整数倍
};
int main()
{
	//下面输出的结果是什么？
	printf("%dn", sizeof(union Un1));
	return 0;
}

---

#include
union Un2
{
	short c[7];//对齐数为2，成员大小为14
	int i;//对齐数为4，成员大小为4
	//成员大小为14不是最大对齐数4的整数倍，所以要对齐到4的整数倍16
};
int main()
{
	//下面输出的结果是什么？
	printf("%dn", sizeof(union Un2));
	return 0;
}