前言
🍁这篇博客介绍自定义类型，包含结构体、联合体、枚举；结构体部分的知识点尤为重要！
一. 结构体
结构体是一些值的集合，这些值称为成员变量；结构体的每个成员可以是不同类型的变量。
关于结构体的基本使用可以看另一篇博客 结构体初阶 。
1. 结构体的声明
1.1 声明格式：
struct tag { member - list; }variable - list;
列如描述一个学生：
struct Stu { char name[20];//姓名 int age;//年龄 char sex[5];//性别 char id[]; };//分号不能丢
1.2 特殊的声明(匿名结构体类型)
下面俩个结构体在声明省略了结构体标签（tag）。
//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;
注意：
虽然上面的俩个结构体的成员是完全相同的，但由于结构体在声明时是匿名的，在编译中会将上面的俩个声明当成完全不同的俩个类型，那么在上面的基础上，下面的这个代码就是不合法的！
p = &x;
1.3 typedef 重命名结构体指针
//方法1 typedef struct Node { int data; struct Node* next; }* linklist; //方法2 struct Node { int data; struct Node* next; }; typedef struct Node* linklist;
2. 结构体的自引用
结构体的自引用，就是在结构体内部，包含指向自身类型结构体的的指针。
- 正确的自引用方式：
struct Node { int data; struct Node* next; };
观察下面几个错误的代码，防止自己给自己挖坑！
- 在结构体中包含一个类型为该结构本身的成员是不可以的。
struct Node { int data; struct Node next; };
如果此时求其类型大小sizeof(struct Node)，程序会崩溃，上面的声明相当于是在无限套娃了，想想就知道是不合理的。
- 匿名结构体类型的自引用这种想法是不可取的。
typedef struct { int data; Node* next; }Node;
typedef的使用应该是先有类型，然后再对其进行重命名；而上面的代码再进行类型声明时Node* next; 中Node类型是不存在的，造成整个结构体类型的声明是不正确的，也就无法进行类型重命名。
给出解决方案：
typedef struct Node { int data; struct Node* next; }Node;
3. 结构体的内存对齐
宏offsetof
要想清楚结构体类型的的大小，就需要掌握结构体的内存对齐这一知识点。
这里首先要清楚偏移量的概念：
结构体成员的偏移量是相对于结构体起始位置(首地址)的偏移量！
利用宏offsetof可以求出偏移量
offsetof (type,member)
参数：
type——结构或者联合类型
member——类型中的成员
返回值：
返回成员相对于类型首地址的偏移量，一个size_t类型的值。
使用实例：
#include<stdio.h> #include<stddef.h> struct S1 { char c1; int i; char c2; }; int main() { struct S1 s1; printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1)); printf("%d\n", offsetof(struct S1, i)); printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2)); return 0; }
运行结果：
3.1 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。
3.2 理解练习
练习1：
#include<stdio.h> struct S1 { char c1; int i; char c2; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S1)); return 0; }
运行结果：
解析：
练习2：
#include<stdio.h> struct S2 { char c1; char c2; int i; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S2)); return 0; }
运行结果：
解析：
练习3：
#include<stdio.h> struct S3 { double d; char c; int i; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S3)); return 0; }
运行结果：
解析：
练习4， 结构体嵌套问题 ：
#include<stdio.h> 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; }
运行结果：
解析：
3.3 存在内存对齐的原因
- 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。
总体来说：
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
我们在设计结构体体的时候，即满足对齐，又节省空间的做法是：
让占用空间小的成员尽量集中在一起。
例如：
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。
struct S1 { char c1; int i; char c2; }; struct S2 { char c1; char c2; int i; };
3.4 修改默认对齐数
使用#pragma这个预处理指令，可以修改默认对齐数；
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。
使用实例：
#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)); return 0; }
运行结果：
4. 结构体实现位段
4.1 什么是位段
位段的声明和结构体是类似的，有俩个不同：
- 位段的成员必须是int、unsigned int、或signed int、char（整形家族）。
- 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字，冒号后面的数字不能超过其前面类型的大小(按bit位算)。
比如，下面的A就是一个位段类型：
#include<stdio.h> struct A { //首先分配4个字节的空间 int _a : 2;//分配2个bit位 int _b : 5;//分配5个bit位 int _c : 10;//分配10个bit位 //空间不够时再分配4个字节的空间 int _d : 30;//分配30个bit位 }; //那位段A的大小是多少？ int main() { printf("%d\n", sizeof(struct A)); return 0; }
运行结果：
解析：
位段A类型是以int类型创建，内存空间按照需求以4个字节的方式来开辟，使用时首先给A类型分配4个字节的空间，_a、_b、_c 一共是17个bit位分配在4个字节的空间当中；此时这4字节的空间中还剩下15个bit位，而_d需要30个bit位的空间，所以需要再给A分配4个字节的空间，所以位段A的大小为8个字节;
至于_d有没有使用给A第一次分配的4字节剩下的15个bit位，这个是不能确定的！
4.2 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。
调试分析下面代码，搞清楚在一定环境下内存是如何开辟的，数据是如何存放的：
#include<stdio.h> struct S { char a : 3; char b : 4; char c : 5; char d : 4; }; int main() { struct S s = { 0 }; printf("%d\n", sizeof(struct S)); s.a = 10; s.b = 12; s.c = 3; s.d = 4; return 0; }
运行结果：
调试查看内存从中的数剧，可以推断出在vs2022 x86 的环境下，位段的内存分配如下：
4.3 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。
4.5位段的应用
二. 枚举类型
枚举顾名思义就是一一列举，把可能的值一一列举。
比如现实生活中的：
- 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
这些就可以使用枚举。
1. 枚举类型的定义
下面定义的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。
#include<stdio.h> enum Day//星期 { //枚举常量 Mon,//0 Tues,//1 Wed,//2 Thur,//3 Fri,//4 Sat,//5 Sun//6 }; enum Sex//性别 { MALE,//0 FEMALE,//1 SECRET//2 }; enum Color//颜色 { RED,//0 GREEN,//1 BLUE//2 };
枚举类型列举出的这些的可能取值都是有值的，默认从0开始，一次递增1；
在定义的时候也可以赋初值。
例如：
//enum Color//颜色 //{ // RED = 1, // GREEN = 2, // BLUE = 4 //}; enum Day//星期 { //枚举常量 Mon=1, Tues,//2 Wed,//3 Thur,//4 Fri,//5 Sat,//6 Sun//7 }; int main() { printf("%d\n", Mon); printf("%d\n", Tues); printf("%d\n", Wed); printf("%d\n", Thur); printf("%d\n", Fri); printf("%d\n", Sat); printf("%d\n", Sun); return 0; }
运行结果：
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
3. 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; //这种赋值方法是错误的，类型不匹配 //在有严格的类型检查环境中是会报错的
三. 联合(共用体)
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）。
1. 联合类型的定义
//联合类型的声明 #include<stdio.h> union Un { char c; int i; }; int main() { //联合变量的定义 union Un un; //计算联合变量的大小 printf("%d\n", sizeof(un)); return 0; }
运行结果：
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）。
联合的成员在使用时不会同时使用所有成员，一个才操作只会使用一个成员，避免成员之间相互影响。
#include<stdio.h> union Un { int i; char c; }; int main() { union Un un; // 下面输出的结果是一样的 printf("%d\n", &(un.i)); printf("%d\n", &(un.c)); //改变c的同时会将i也改变 un.i = 0x11223344; un.c = 0x55; printf("%x\n", un.i); return 0; }
运行结果：
利用联合判断当前计算机的大小端存储
#include<stdio.h> int check_sys() { union { char c; int i; }u; u.i = 1; //返回1是小端，返回0是大端 return u.c; } int main() { //低-------> 高 //01 00 00 00 -- 小端 //00 00 00 01 -- 大端 int ret = check_sys(); if (ret == 1) printf("小端\n"); else printf("大端\n"); return 0; }
运行结果：
3. 联合体大小的计算
- 联合体的大小至少是最大成员的大小。
- 当最大成员的大小不是最大对其数的整数倍的时候，联合的大小为最大对齐数的整数倍。
比如：
#include<stdio.h> 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; }
运行结果：
解析：
Un1中 char c[5] 的大小为5，对数为1；i 的大小为4，对齐数为4；5不是4的倍数，所以联合的大小应该为4的倍数，最小为8；
Un2中 short c[7] 的大小为14，对齐数为2；i 的大小为4，对齐数为4，14不是4的倍数，所以联合的大小应该为4的倍数，最小为16。
