结构体

何为结构体

结构体是一种自定义的数据类型，它由多个不同类型的成员变量组成，结构体可以将多个相关的数据打包在一起，方便进行管理和处理。

结构的声明

定义形式：

struct 结构体名{

类型 成员名1；

类型 成员名2；

//更多的成员变量

}；

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

struct Stu这样就和int类型一样，都是数据类型了；切记不要忘记Stu，这是我们自己定义的类型，所以要有具体名称；

特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。

struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20], *p;

此类称之为匿名结构体类型；在括号加上的未知数相当于变量；

而上面代码看似结构体一样，可以p=&x;但实际上，==编译器会把这两个都看作是自定义类型，是不同的自定义，==不看里面的内容，所以不能这样引用；

结构的自引用

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

这是一个数据结构中的链表，也是结构的自引用；对于一个结构体，相当于在内存中开辟有一定的空间，而成员分别各占一定大小的空间；

切记不能写成非指针的结构体，这样会导致无限循环下去，而对于上面这种写法，我们只需要在结束的地方让结构体指针指向NULL即可；

结构体变量的定义和初始化

在上面我们其实已经介绍一种结构体变量的定义方法，就是在括号后面加上定义；

当然也可以这样：

struct Point
{
 int x;
 int y;
}p1;  
struct Point p2;

上面p1和p2都是正确的定义，且p1和p2是相同类型的；

初始化可以这样子：

struct Point p3 = {2, 5};

定义变量同时对其初始化；

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

需要注意的是，当写在函数之外的为全局变量，n1这种类型必定是全局变量，而n2取决于是否放在函数内部；

结构体内存对齐

先看下面代码：

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

struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

答案：

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为什么答案会不一样，就是因为结构体内存对齐了，先说以上是怎么计算的；

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

Linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小

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。

根据计算规则就能知道：

首先先看S1第一个成员都默认在变量偏移量为0的地方，或者把它看作自己占用内存字节1，而对于第二个成员，对齐数是4(VS默认情况对齐数为8，与自身成员所占字节数相比，对齐数取其最小值）所以要么占到4，8；而4字节不够用了，所以就空出3个空白位置，直接位移至偏移量为7的地方；接着补上c2；由于最终计算结果要求需要是最大对齐数的整数倍，而这里最大对齐数刚好是4，那么就得取到12；再看S2，首先第一个成员还是在变量偏移量0的地方，接着c2对齐数为1，所以占到偏移量为1的地方，当到i时，对齐数为4，那么就空出2个位置，最终所占字节为8.

为什么会有内存对齐：

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;

struct S3
{
 double d;
 char c;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
struct S4
{
 char c1;
 struct S3 s3;
 double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

先计算S3大小为16，最大对齐数为8；那么根据计算方式S4就为32；

修改默认对齐数

我们可以通过#pragma这个预处理指令来改变对齐数的默认值

#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()
int main()
{
    //输出的结果是什么？
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0;
}

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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；

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;
}

对于以上的打印结果均为1000，对于结构体的引用可以用结构体名+点+成员名的方式，而对于结构体指针来说就得结构体名->成员名；

且对于以上的传参方式，推荐使用地址传参；

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。

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。

如：

struct A
{
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:10;
 int _d:30;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));
return 0;
}

结果：8

位段中的位表示二进制位，所以位段可以简单地说是对二进制位的进行内存压缩排版；

对于一个字节来说，有8个bit位，一个变量排进去后，下一个变量排进去若空间不足，就跳转到下一个字节进行编排；因为上面是以int为数据类型；所以最终结果为两个int：8.

位段的内存分配`struct S

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？

位段会对你的二进制位进行截取，超出部分为无效部分，然后对截取部分依次在一个字节排版，若下一个被截取的位段超过所剩余空间(一个字节)，那么就到下一个字节开始排序；然后以4个bit位为一组，将其从二进制转换为十六进制，对应的数字就是一个字节的地址；

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。

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

枚举enum

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。

enum Color//颜色
{
 RED=1,
 GREEN=2,
 BLUE=4
};

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

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。

联合体

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）。

//联合类型的声明
union Un
{
 char c;
 int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));

结果：4

因为联合体是共用一块空间的，也就是有一些部分的空间进行存储时是内存是重复使用着的；

所以，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。

union Un
{
  char c;
  int i;
};
int main()
{
  union Un un = { 0 };
  un.i = 0x11223344;
  un.c = 0x55;
  printf("%p\n", &un);
  printf("%p\n", &(un.i));
  printf("%p\n", &(un.c));
  return 0;
}

表明它们的地址都是相同的；

利用联合体判断大小端：

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;
}

结果：小端

这是利用联合体的特点，在内存中对int i进行赋值，如果是小端存储那么将会是：

那么对于char c来说，刚好就是01，那么返回结果就是01；

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。

union Un1
{
 char c[5];
 int i;
};
union Un2
{
 short c[7];
 int i;
};
//下面输出的结果是什么？
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));
return 0;
}

结果：

8

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对于Un1来说，最大存储本来是5，但由于最大对齐数为4，那么联合体大小就得是8（24）；对于Un2来说，最大存储本来是14，由于最大对齐数为4，那么联合体大小就是14（44）。