1.结构体
1.1 结构的基础知识
C 语言允许定义可存储相同类型数据项的变量，结构体是 C 编程中另一种用户自定义的可用的数据类型，它允许您存储不同类型的数据项。
结构体中的数据成员可以是基本数据类型（如 int、float、char 等），也可以是其他结构体类型、指针类型等。
1.2 结构的声明
struct tag { member-list; }variable-list;
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
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：
//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;
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;
警告：
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。
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？
我们以数据结构当中的链表节点为例
struct Node { int data; struct Node* next; };
所以答案是可以的，需要注意的是，我们看下面的写法
typedef struct { int data; Node* next; }Node;
这种写法是错误的，因为重命名Node定义在结构体最后，而指针在前，无法找到下一个结构体，所以是错的
改正后:
typedef struct { int data; Node* next; }Node;
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 //初始化：定义变量的同时赋初值。 struct Point p3 = { x, y }; 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。
这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐
那么如何计算结构体所占内存呢？
首先得掌握结构体的对齐规则：
1.第一个成员在与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中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小
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。
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。
以下面的结构体为例
int main() { struct S1 { char c1; int i; char c2; }; printf("%d\n", sizeof(struct S1)); }
占用具体情况如下
这里第一个char类型占一个字节后，为了对其结构体中最大类型的对齐数int，也就是4个字节，所以补齐4个字节后，再存第二个int类型，第三个char因为前面8个字节已经对其，是最大对齐数的整数倍，所以直接进行存储，但是在整个结构体内存计算时，9个字节不是最大对齐数的整数倍，所以再补齐4个字节，也就是12个字节。
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。
将上面这个结构体稍作调整后
int main() { struct S1 { char c1; char c2; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S1)); }
占用具体情况如下
两个结构成员一模一样，但是所占空间的大小有了一些区别
我们再看下面这个题目
int main() { struct S1 { double d; char c; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S1)); struct S2 { char c1; struct S1 s1; double d; }; printf("%d\n", sizeof(struct S2)); }
需要注意的是，在有结构体嵌套的情况下，char类型之后，只需补齐自身创建类型的最大对齐数，也就是double，即8个字节，往后正常按对齐数补齐，结构体整体大小对其包含嵌套结构体在内对其。
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，我们可以自己更改默认对齐数。
1.8 结构体传参
直接上代码：
#include <stdio.h> 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; }
那么上面的 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。
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。
2. 位段
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; 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));
2.2 位段的内存分配
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。
比如下面这个例子：
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;
2.3 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。
总结：
跟结构相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。
2.4 位段在网络传输中的应用
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，依次递增1，当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值。
例如：
enum Color//颜色 { RED=1, GREEN=2, BLUE=4 };
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：
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.便于调试
4.使用方便，一次可以定义多个常量
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：
//联合类型的声明 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; }
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）。
union Un { char c; int i; }; int main() { union Un un; // 下面输出的结果是一样的吗？ printf("%d\n", &(un.i)); printf("%d\n", &(un.c)); //下面输出的结果是什么？ un.i = 0x11223344; un.c = 0x55; printf("%x\n", un.i); }
我们可以看到一个共用体是用同一块空间的，所以不要两个变量同时使用。
利用联合体判断当前计算机的大小端存储
代码如下:
int check_sys() { union { int i; char c; }un = {.i = 1}; return un.c; } int main() { int ret = check_sys(); if (ret == 1) printf("小端\n"); else printf("大端\n"); return 0; }
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：
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)); return 0; }
所以联合体的存储也是遵循对其规则的
结语
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