1. 结构体
1.1 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。
1.2 结构的声明
struct tag//tag是结构体标签 { member-list; //成员 }variable-list;//结构体的变量
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
名字，年龄，性别，学号都是成员，后面的分号不能没有，至于分号前面为什么没有对应的，是因为这里可有可无，如果有了就等于这个结构体类型的一个全局变量。
成员要有明确的大小。
1.3 特殊的声明
在声明结构的时候，可以不完全的声明。
比如：
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;
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。
匿名结构体一般只能用一次。
1.4 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？
struct Node { int data; struct Node next;//结构体标签后的是变量名，可以理解为int a中的a }; //可行否？ //如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？
在这里编译器直接就报错了，因为结构体里面有一个struct Node next，也就是说里面还有一个struct Node类型，内部还有一个int data和struct Node next，然后next里面还有一个next，无限套娃，根本确定不了这个结构体的大小。
那么我们可以放进去一个指针，指向下一个同类型结构体的地址，这样就能确定结构体的大小了。
正确的自引用方式：
struct Node { int data; struct Node* next;//指针无论什么类型都是4/8个字节长度（32位4，64位8） };
自引用基本用于链表。（以后会详细说明的）
typedef struct { int data; Node* next; }Node; //这样写代码，可行否？
是不可行的，因为，typedef给结构体重新命名为Node，但是在该结构体里面也有一个Node，那么是先定义Node还是先运行里面的Node呢？这就类似于先有鸡还是先有蛋。
//解决方案： typedef struct Node { int data; struct Node* next;//这次里面的指针就不是未定义的了 }Node;
这个就等于把struct Node改成Node，以后就写Node就等于用了这个结构体。
1.5 结构体变量的定义和初始化
有了结构体类型，那如何定义变量，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 struct Point p3 = { x, y };//初始化：定义变量的同时赋初值。 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
1.6 结构体内存对齐
我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小。
#include <stdio.h> struct S1 { char c1; int i; char c2; }; struct S2 { char c1; char c2; int i; }; struct S3 { double d; char c; int i; }; //结构体嵌套 struct S4 { char c1; struct S3 s3; double d; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S1)); printf("%d\n", sizeof(struct S2)); printf("%d\n", sizeof(struct S3)); printf("%d\n", sizeof(struct S4)); return 0; }
我们先来运行一下看看结果：
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编译器中默认的值为8（不同的编译器不同，其他编译器可能没有默认值） - 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。
偏移量有点像数组的下标，对齐数的算法就是，结构体S1中char类型的大小是1，VS编译器中的默认值是8，取最小值就是1，int类型的是4，那么对齐数就是4。
这些数字就是偏移量，一个格子（一个字节）对应一个数，那么这些成员是怎么被存放到内存里的呢？
这就用到了对齐数，第一放进去的是char类型，对齐数是1，第一个成员变量无论是什么类型都要从偏移量为0开始的地方放，第二个int类型就要放在第五个格子的位置了，因为偏移量4是int类型的对齐数4的整数倍，最后一个char因为无论什么地方都是1的整数倍，所以放在int末尾就行了，最后发现目前占用了9个格子，但是总的大小必须是最大对齐数的整数倍才行，所以就又添加了三个字节大小，变成12个字节的长度。
黑色的是char类型，紫色的是int类型的，蓝色是因为不是int对齐数的整数倍添加的三个字节长度。
第一个char类型和int之间的内存格子呢？答案是，浪费掉了。
S4的结构体里面有一个结构体S3，大小是16个字节，上面的定义是取S3成员中最大的对齐数，也就是double，为8，内存里就是这样的：
黑色的是char类型，蓝色的是S3结构体类型，红色的是double类型。
为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是这么说的：
- 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。
这里我用32位的机器举例子，因为32位就是4个字节，所以从头开始读，一下子就会跳过4个字节，如果这两个内存中，想读int类型的，第一个从头开始，发现不是int类型直接跳过4个字节读取就可以了，但是第二个从头开始发现这4个字节当中有int类型的一部分，那么就要从char开始的四个字节中读取，其中包含int类型的前三个字节，然后到下一个点中读取int当中最后的一个字节。
也就是说第一个对齐的只读取了一次，第二个没对齐的读取了两次。
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
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。
1.7 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; }
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。
1.8 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("%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 函数哪个好些？
答案是：首选print2函数。
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。（之前我写了一篇函数的栈帧创建与销毁）
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，尽量要传结构体的地址，节省空间。
2. 位段
结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能力。
2.1 什么是位段
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;//分配的单位是比特位 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？
printf("%d\n", sizeof(struct A))；
int类型是32个比特位，前三个加起来不够32，后面的加上去就够了，所以需要再次开辟一个int类型大小的空间，也就是32个比特位，所以就是八个字节，当然肯定有空间浪费的地方。
2.2 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。
//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？
所以结果当然是三个字节。
2.3 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。
2.4 位段的应用
这是网络部分的一些东西。
3. 枚举
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。
3.1 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 };
这里如果RED不初始化，BLUE不初始化，那么RED就是0，BLUD就是3。
3.2 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（比如之前swich语句里case后面就可以加枚举常量）
- 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）（在一个结构里也方便管理）
- 便于调试
- 使用方便，一次可以定义多个常量
便于调试是最重要的，#define是替换文本，这个是在预处理的地方，正常来说我们调试的时候都是代码运行成功才能调试的
3.3 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。
4. 联合（共用体）
4.1 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，特征是这些成员公用同一块空间（所以联合也叫共用体）。
比如：
#include <stdio.h> union Un { char c; int i; }; int main() { //联合变量的定义 union Un un; //计算连个变量的大小 printf("%d\n", sizeof(un)); return 0; }
原因往下看。
4.2 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）。
#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吗？ printf("%p\n", &(un.i)); printf("%p\n", &(un.c)); //下面输出的结果是什么？ un.i = 0x11223344; un.c = 0x55; printf("%x\n", un.i); }
因为公用的都是一个地址，所以前两个地址相同很正常。
至于地三个结果，下面的图片能解释：
先说明一下，我的计算机是小端存储。
一开始给int类型的结构体赋值，然后又给char赋值，我们知道联合体的成员用同一块内存空间，char类型只占一个字节，从低地址到高地址用，所以就把int类型的里面有44值的给覆盖了，变成了55，因为储存是从低地址储存的，所以也要从低地址取出来，就变成了11223355。
（这种类型的联合体也适合判断当前机器的储存方式是大端小端，大段就是55223344）
4.3 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。
比如：
#include <stdio.h> union Un1 { char c[5]; int i; }; union Un2 { short c[7]; int i; }; int main() { //下面输出的结果是什么？ printf("%d\n", sizeof(union Un1)); printf("%d\n", sizeof(union Un2)); }
我用第一个来画图解释：
一个int长度的内存容纳不下五个char类型的元素那就在扩容一个int长度的内存用来存放剩余的，这里int的对齐数是4，char是1，所以一次就扩大4，这样就都是4的整数倍了。
