专栏：C语言
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专栏简介：本专栏主要更新一些C语言的基础知识，也会实现一些小游戏和通讯录，学时管理系统之类的，有兴趣的朋友可以关注一下。

结构体

前言
一、结构体
- 1.结构体类型的声明
- 2.结构体的自引用
- 3.结构体变量的定义和初始化
- 4.结构体内存对齐
- - 3.1修改默认对齐数
- 5.结构体传参
二、位段
- 1.什么是位段
- 2.位段的内存分配
- 3.位段的跨平台问题
三、枚举
- 1.枚举类型的定义
- 2.枚举的优点
四、联合（共用体）
- 1.联合类型的定义
- 2.联合的特点
- 3.联合体大小的计算

前言

一、结构体

1.结构体类型的声明

结构体是什么？结构体就是一些值的集合，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。

struct tag//结构体的名字
{member-list;//这是结构体的成员
}variable-list;//这就是结构体的声明

如描述运动和人数

struct sport
{int run;//跑步int soccer;//足球int badminton;//羽毛球char name[100];//姓名
};//分号不能丢

这里的run，soccer，badminton，name，都是成员变量。

结构体中，有一个特殊的声明，就是在声明结构的时候，可以不完全声明。
如：

//匿名结构体类型
struct
{int a;char b;float c;
}x;

上面的结构体在声明的时候，省略了结构体的标签(tag)，这种结构体被称为匿名结构体。

2.结构体的自引用

在一个结构体中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？

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

这样做，可行吗？

很显然不可行。那么正确的用法是是什么呢？

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

在自引用中，若使用结构本身的成员，每次在调用结构体的时候，会发生嵌套，所以应该使用指针类型。指针就是地址，不会发生嵌套。

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

这两个代码，哪一个是合法的呢？答案是第二个，因为第一个结构体成员是Node* next;在调用该next成员的时候，typedef还没有起到作用。

3.结构体变量的定义和初始化

有了结构体的成员，该如何定义变量？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

这是定义结构体的两种方式。

结构体的初始化

struct Stu //类型声明
{char name[15];//名字int age; //年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化

这就是结构体的初始化。

struct Stu s;
scanf("%s %d",s.name, &s.age);

也可以通过自己输入，进行初始化。

4.结构体内存对齐

前面已经介绍了结构体的基本使用，那么如何计算结构体的大小呢？我们知道int4字节，char1字节，double8字节，

struct Stu
{char name[10];int age; double len;float w;long a;long long c;
};

我们知道不同的数据类型占多少字节，那么这个结构体的大小是10+4+8+4+4+8=38吗？

很奇怪，结果并不是所有成员所占的字节数相加。下面为大家介绍：结构体的内存对齐，这是一个特别热门的考点。

结构体大小如何计算？
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

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。

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

char占1个字节，int占4个字节，根据规则1，要先从偏移量为0的地址处开始。再根据规则2，找到int的倍数的位置开始对齐，然后在找最后一个c2的位置，除了0，其他数都是1的倍数，所以c2对齐到8的位置即可，现在结构体的大小为9，再根据规则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，所以要继续扩大，直到找到所有成员中最大对齐数的整数倍为止，也就是12.

struct S2
{double d;char c;int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

这个结构体的大小是多少？
首先，double占8个字节，从0的位置开始对齐，后面的char占1个字节，对齐到double后面的位置即可，然后就是int占4个字节，先找到4的倍数的位置，开始对齐，然后看此时的大小是不是结构体成员中对齐数最大的数的倍数，如果是，则此时的大小就是结构体的大小，若不是，则继续对齐，直到找到结构体成员中对齐数最大的数的倍数为止。

此时算出来的大小为16，16是double 8的倍数，所以16就是该结构体的大小。

struct S2
{double d;char c;int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//16struct S3
{char c1;struct S2 s2;double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

那么嵌套的结构体的大小是多少呢？
还是老规矩，先把c1对齐到0的位置处，然后根据规则4，先找到s2结构体里的最大对齐数，在找到该数的倍数处，开始对齐，注：这里就不是在对齐8个，而是对齐s2结构体的大小16个，之后在对齐最后一个double d。

此时结构体的大小是31，但是并不满足规则3，继续对齐，最后结构体的大小就是32.

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。性能原因在于，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：
让占用空间小的成员尽量集中在一起。

3.1修改默认对齐数

之前我们见过#pragma这个预处理命令，这里我们再次使用就可以改变我们的默认对其数。

#include <stdio.h>
#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()
{//输出的结果是什么？printf("%d\n", sizeof(struct S1));printf("%d\n", sizeof(struct S2));
}

结论：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。

5.结构体传参

直接看代码：

struct S
{int data[1000];int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//结构体传参
void print1(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;
}

上面的print1和print2哪一个更好？
答案是：print2.

原因：
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：结构体传参的时候，要传结构体的地址。

二、位段

1.什么是位段

位段的声明和结构是类似的，但有两个不同。
1.位段的成员必须是int，unsigned in，或者signed int。
2.位段成员名后边跟一个冒号和一个数字。

struct stu
{int _people : 2;int _run : 5;int _go : 10;
};

stu就是一个位段类型。
那么位段stu的大小是多少呢？
printf("%d", sizeof(struct stu));

答案是4，为什么会是4呢？
int占4字节，32个bit位，而位段里面的2，5，10，表示的是占多少bit位，成员一占2个bit位，成员而占5个bit位，成员3占10个bit位，总共占17个bit位，没有超过int的大小，所以是四个字节。

struct stu
{int _people : 2;int _run : 5;int _go : 10;int _a : 30;
};

那么这个printf("%d", sizeof(struct stu));是多少呢？

按照前面的分析方法，前三个成员总共占17个bit位，第四个成员占30个bit位，一个int是不够存放的，所以要在开辟一个空间，存放第四个成员，所以得到的结果是8.

2.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

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;

那么这些数值是如何在位段中进行内存分配的呢？
一共是8个字节。

先把10的补码写出来，00001010，因为a只要3个bit位，所以就发生了神奇的现象——截断，所谓截断，就是只把前三个bit位拿出，后面的全部不要。就得到了

在把12的补码写出来，00001100，在发生截断，只要前4个bit位，

在把3的补码写出，00000011，截断，只要前5个bit位，因为一个char已经无法满足继续存c截断之后的补码了，所以要开辟一个新空间来存放c。

同样，再按照相同的规则存放d，即可。int类型也是这样。

3.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。

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。

三、枚举

什么是枚举，枚举就是遍历，比如一到十一一列举出来。
只要是可以一一列举出来的，都可以使用枚举。

1.枚举类型的定义

enum Sex
{man,woman
};

这就是枚举类型，{}中的内容是枚举的可能取值，也叫做枚举常量。

注：用逗号隔开，最后一个枚举常量后面没有符号

当然，这些取值都是有值的。

默认从0开始，每次都会递增1，当然在定义的时候也可以赋值。

enum Sex
{man = 1,woman = 4
};

2.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：

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

后面我会用枚举和动态内存来优化通讯录。

四、联合（共用体）

1.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，特征是这些成员共用同一块空间。

union u
{int a;char b;
};int main()
{union u de;printf("%d", sizeof(de));return 0;
}

由此可见，a和b共用同一块空间。空间是数据类型最大的那一个。

2.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）。

3.联合体大小的计算

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。

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

最大成员的大小是c，占5个字节，这里面的最大对齐数是4字节，因为5不是4的倍数，所以要进行对齐，直到找到最大对齐数的整数倍的位置即可，也就是8.

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