1.結構體

1.1結構的基礎知識

結構是一些值的集合，這些值稱為成員變量。結構的每個成員可以是不同類型的變量。

1.2結構的聲明

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

例如：

struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年齡
	char sex[5];//性別
	char id[20];//學號
};//分號不能丟

注意：聲明結構體的時候，它的成員是不能被初始化的，只有當創(chuàng)建變量的時候才可以對結構體變量中的成員進行初始化。

1.3特殊的聲明

在聲明結構體的時候，可以進行不完全的聲明，也就是在聲明的時候省略掉結構體類型中的標簽。

例如：

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

這樣的結構體稱為匿名結構體類型。

那么下面這個代碼合法嗎？

b = &a;

如果在編譯器中運行，會發(fā)現(xiàn)編譯器給出一個警告

這說明編譯器會將上面兩個匿名的結構體類型當成完全不同的兩個類型。

就算是這么寫：

struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}a, *c;
c = &a;

也是不行的。

而如果我們給這個匿名結構體重命名，接下來使用這個新的類型名，編譯器就會將它們當成是同一個類型了，如下代碼：

typedef struct 
{
	int a;
	char b;
	float c;
}new;
int main()
{
	new a = { 0 };
	new* b = &a;
	return 0;
}

這時編譯器就不會有警告了。

1.4結構的自引用

在結構中包含一個類型為該結構本身的成員是否可以呢？

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

如果這個代碼可行的話，那么sizeof(struct Node)為多少呢？

可以發(fā)現(xiàn)這么寫的話，結構體中有結構體，結構體中又有結構體，這樣就會像沒有限制條件的遞歸一樣一直循環(huán)下去。

所以結構的自引用的正確寫法應該是這樣：

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

通過指針來找到下一個結構體。

數(shù)據(jù)在內存中存儲的結構有順序表和鏈表：

順序表：

鏈表：

其中鏈表可以通過這種自引用的方式找到下一個結構體，而最后一個結構體中的結構體指針給上一個NULL空指針就可以了。

注意：

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

這個代碼這么寫是不行的，因為代碼是一行一行往下讀的，用新的類型名給創(chuàng)建結構體成員是，這個新的類型名還未被定義出來。

所以應該這么寫，如下代碼：

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

相當于是聲明了結構體后再對結構體類型重命名了。

1.5結構體變量的定義和初始化

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1; //聲明類型的同時定義變量p1
struct Point p2; //定義結構體變量p2
struct Point p3 = { 1, 2 };//定義結構體變量p3的同時賦初值,簡稱初始化

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1 = {1, 2}; //聲明類型的同時初始化

struct Point
{
	int x;
	int y;
};
struct Node
{
	int data;
	struct Point p;
}n1 = {1, {1, 2}};//結構體嵌套初始化
struct Node n2 = { 2, {3, 4} };//結構體嵌套初始化

1.6結構體內存對齊

知道結構體怎么聲明，怎么定義變量之后，還要學會計算結構體的大小。

首先需要掌握結構體的對齊規(guī)則：

1.第1個成員在與結構體變量偏移量為0的地址處

2.其他成員變量要對齊到自身對齊數(shù)的整數(shù)倍的地址處

對齊數(shù)：取編譯器默認的一個對齊數(shù)和該成員的大小其中的較小值，VS中默認的對齊數(shù)為8

3.結構體總大小為成員中最大對齊數(shù)的整數(shù)倍

4.如果是嵌套了結構體的情況，嵌套的結構體對齊到自己的成員中最大對齊數(shù)的整數(shù)倍的地址處，結構體的總體大小就是所有對齊數(shù)（包含嵌套結構體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍

練習1：

struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	return 0;
}

可以畫圖來算：

其中空白的空間沒有被使用，對應的顏色為對應成員變量所占的空間，都是根據(jù)對齊規(guī)則來排放的，要注意成員的變量的對齊數(shù)是要取自身大小和默認對齊數(shù)兩者之一的最小值的，最終計算結構體總大小是取這些對齊數(shù)中最大的對齊數(shù)的整數(shù)倍。

利用這個方法，來做一下下面幾道題吧：

練習2：

struct s2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
	return 0;
}

練習3：

struct s3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s3));
	return 0;
}

練習4：

struct s3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct s4
{
	char c1;
	struct s3 s3;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s4));
	return 0;
}

其中成員s3的大小為16

為什么會存在內存對齊？

1.平臺原因：

不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則會出現(xiàn)硬件異常

2.性能原因：

數(shù)據(jù)結構（尤其是棧）應該盡可能地在自然邊界上對齊

原因在于，為了訪問未對齊的內存，處理器需要作兩次內存訪問；而對齊的內存訪問只需要一次訪問。

例如，在32位平臺上，處理器一次訪問4個字節(jié)的數(shù)據(jù)

這是沒對齊的情況：

這是對齊的情況：

從對齊的位置開始一次訪問就拿到了int類型的數(shù)據(jù)了

總體來說，結構體的內存對齊是拿空間換取時間的做法。

如果想要既要滿足對齊，又要節(jié)省空間的話，可以這么做，讓結構體中占用空間小的成員盡量集中在一起。

例如：

struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct s2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
	return 0;
}

s1和s2的類型成員一模一樣，但是s1和s2所占空間的大小不同，s2所占空間明顯要小。

1.7修改默認對齊數(shù)

#pragma是個預處理指令，可以修改默認對齊數(shù)

#pragma pack(4)//修改默認對齊數(shù)為4
struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消設置的默認對齊數(shù)，還原為默認
#pragma pack(1)//修改默認對齊數(shù)為1
struct s2
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消設置的默認對齊數(shù)，還原為默認
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
	return 0;
}

由于代碼是一行一行往下讀的，所以后面取消設置的默認對齊數(shù)對前面已經聲明的結構體類型不會產生影響，結構體的對齊數(shù)在結構體聲明的時候已經定下來了。

注意：不要隨便修改默認對齊數(shù)。

結構在對齊方式不合適的時候，可以自己更改默認對齊數(shù)

1.8結構體傳參

如下代碼：

struct s
{
	int num;
};
void print1(struct s s)
{
	printf("%d\n", s.num);
}
void print2(struct s* p)
{
	printf("%d\n", p->num);
}
int main()
{
	struct s a = { 0 };
	a.num = 123;
	print1(a);//傳結構體
	print2(&a);//傳結構體地址
	return 0;
}

用print2函數(shù)會好一點，函數(shù)在傳參的時候，參數(shù)是需要壓棧的，會有時間和空間上的開銷，如果傳遞一個結構體的時候，結構體過大，參數(shù)壓棧的系統(tǒng)開銷就會比較大，會導致性能上的下降。

所以在進行結構體傳參的時候，要傳結構體的地址。

2.位段

結構體可以實現(xiàn)位段的能力

2.1什么是位段

位段的成員和結構體是類似的，但有兩個不同：

1.位段的成員必須是int、unsigned int或signed int或者char、unsignef char或者signed char

2.位段的成員名后面有一個冒號和一個數(shù)字（區(qū)別于結構體）

例如：

struct s
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 8;
	int _d : 10;
};

s就是一個位段類型

又比如：

struct x
{
	short _a : 3;
	short _b : 4;
};

x也是一個位段類型，要區(qū)別于結構體

那么，位段的大小是多少呢？

2.2位段的內存分配

1.位段的成員需要時整型家族類型的，如long long、int，short、char這些

2.位段上的空間是按照需要以4個字節(jié)（int）或者1個字節(jié)（char）來開辟的

3.位段涉及很多不確定因素，位段是不跨平臺的，注重可移植的程序應該避免使用位段

如下代碼：

struct s
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 5;
};
struct s s = { 0 };
int main()
{
	s.a = 12;
	s.b = 8;
	s.c = 7;
	s.d = 9;
	return 0;
}

位段是如何在內存中開辟空間的呢？

這里畫個圖來講解一下：

首先我們假設在一個字節(jié)空間里面如果有放不下的位空間就會新開辟一個字節(jié)空間來存放位空間，比如成員a和成員b一共占了7個位，那么成員c需要占5個位，這時一個字節(jié)空間放不下了，就需要新開辟一個字節(jié)空間來存放c的這5個位，而d也需要5個位，這個時候就又需要再開辟一個新的字節(jié)空間了。

接下來對數(shù)據(jù)進行存儲，如果數(shù)據(jù)大于對應的位空間，就要發(fā)生截斷，而如果小于，那就要高位補0直到補滿位空間

這樣對應的字節(jié)上的數(shù)據(jù)轉化成16進制位就是44、07、09

此時可以進入調試觀察內存中的值來驗證假設

這三個 內存空間的值可以看到和計算出來的是一樣的，那么說明在MSVC這個編譯器下位段就是這么開辟空間和存儲數(shù)據(jù)

那么位段究竟有什么用呢？比如當一個數(shù)據(jù)的值只需要它的范圍在0~3的時候，這個時候就可以用到位段了

2.3位段的跨平臺問題

1.int位段被當成有符號數(shù)還是無符號數(shù)，這是不確定的

2.位段中最大位的數(shù)目不能確定（16位機器最大16，32位機器最大32，寫成27，就會在16位機器中出現(xiàn)問題）

3.位段中的成員在內存中從左向右分配，還是從右向左分配，C語言的標準尚未定義

4.當一個結構包含兩個位段，第二個位段成員比較大，無法容納于第一個位段剩余的位時，是舍棄剩余的位還是利用剩余的位，這是不確定的

總結：和結構相比，位段可以達到同樣的效果，可以很好的節(jié)省空間，但是又跨平臺的問題存在

2.4位段的應用

這個功能可以用位段來實現(xiàn)的

3.枚舉

枚舉就是列舉，把可能的值一 一列舉出來

比如：

一周的星期一到星期天是有限的7天，可以一 一列舉

性別有男、女、保密，可以一 一列舉

月份有12個月，也可以一 一列舉

對于這些例子，就可以使用枚舉了

3.1枚舉類型的定義

如下代碼：

enum Day
{
	Mon,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
enum Sex
{
	MALE,
	FEMALE,
	SECRET
};
enum Color
{
	RED,
	GREEN,
	BLUE
};

以上定義的enum Mon, enum Sex, enum Color都是枚舉類型，{}中的內容是枚舉類型的可能取值，也叫枚舉常量。

這些可能的取值都是有初值的，默認第一個成員為0，然后遞增1，也可以在定義枚舉類型的時候對其中的內容進行初始化，注意，這是初始化，不是賦值。

enum Color
{
	RED = 2,
	GREEN = 5,
	BLUE = 8
};

要是其中的一個枚舉常量改了初值，那么在這個常量開始往后的常量若是沒有改初值的話，都是在其基礎上遞增1，比如：

3.2枚舉的優(yōu)點

可以使用#define來定義常量，為什么還要使用枚舉常量呢？

枚舉的優(yōu)點：

1.增加代碼的可讀性和可維護性

2.和#define定義的標識符比較枚舉類型檢查，更加嚴謹

3.防止命名污染

4.便于調試

5.使用方便，一次可以定義多個常量

從test.c文件到test.exe文件中間要經過預編譯，編譯，反匯編和鏈接等過程，其中在預編譯階段，用#define定有的標識符常量會被轉化成字面常量，這導致了在調試過程中看到的標識符常量和程序運行中是不一樣的，不方便進行調試，而且用標識符常量是不能給枚舉類型定義的變量初始化的

3.3枚舉的使用

enum Color
{
	RED = 2,
	GREEN = 5,
	BLUE = 8
};
enum Color clr = RED;

只能拿枚舉常量給枚舉變量初始化，才不會出現(xiàn)類型上的差異

4.聯(lián)合

聯(lián)合體也叫做共用體

4.1聯(lián)合類型的定義

聯(lián)合也是一種特殊的自定義類型，這種類型定義的變量包含了一系列的成員，特征是這些成員共用同一塊空間，所以聯(lián)合也叫共同體

//聯(lián)合類型的聲明
union Un
{
	char c;
	int i;
}a;
union Un un;//聯(lián)合變量的定義

計算一下聯(lián)合變量的大小：

可以看到聯(lián)合變量只占4個字節(jié)的大小，它其中的成員c和成員i是公用一個空間的

如圖：

它們在內存中的第一個字節(jié)空間是共用的

4.2聯(lián)合的特點

聯(lián)合的成員是共用一塊內存空間的，這樣一個聯(lián)合變量的大小，至少是最大成員的大?。ㄒ穆?lián)合至少得有能力保存最大的那個成員）

可以看到，成員c和成員i的起始地址是一樣的

而在這個代碼里，因為成員的空間是共用的，所以改變c的值的時候，i也相應的發(fā)生了變化（機器上是小端字節(jié)序存儲）

利用聯(lián)合的這個特點，可以用來判斷聯(lián)合的大小端存儲模式

如下代碼：

union Un
{
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	union Un un;
	un.i = 1;
	if (1 == un.c)
	{
		printf("小端");
	}
	else
	{
		printf("大端");
	}
	return 0;
}

4.3聯(lián)合大小的計算

1.聯(lián)合的大小至少是最大成員的大小

2.當最大成員的大小不是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍的時候，就要對齊到最大對齊數(shù)的整數(shù)倍

union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};
union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));
	return 0;
}

Un1的最大對齊數(shù)是4，數(shù)組的對齊數(shù)根據(jù)數(shù)組元素的對齊數(shù)來定，Un1的最大成員大小是5，不是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍，所以要進行對齊，Un1的最終大小為8

Un2的最大對齊數(shù)是4，最大成員大小是14，所以要對齊，最終大小是16

關于自定義類型的內容就到這里了，今后也會不定期更新

到此這篇關于C語言中的自定義類型之結構體與枚舉和聯(lián)合詳解的文章就介紹到這了,更多相關C語言自定義類型內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！