本章重点
- 结构体
- 结构体类型的声明
- 结构体的自引用
- 结构体变量的定义和初始化
- 结构体内存对齐
- 结构体实现位段
- （位段的填充&可移植性）
- 枚举
- 枚举类型的定义
- 枚举的优点
- 枚举的使用
- 联合
- 联合类型的定义
- 联合的特点
- 联合大小的计算
结构体
结构体的声明
结构体的基础知识
结构是一些值的集合，这些值成为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量
结构体的声明
struct Book { char book_name[20]; char author[20]; int price; char id[20]; };
分号前面可以加结构体变量，是全局变量
特殊的声明
在声明结构的时候，可以不完全声明
struct { char book_name[20]; char author[20]; int price; char id[20]; }sb1, sb2;
这个在声明的时候省略了结构体的标签，也叫作匿名结构体类型只能使用一次
那么问题来了？
struct { char book_name[20]; char author[20]; int price; char id[20]; }sb1; struct { char book_name[20]; char author[20]; int price; char id[20]; }* ps; int main() { ps = &sb1; return 0; }
警告：编译器会把上面的两个声明当成完全不相同的类型。所以是非法的
结构体的自引用
使用场景，就是链表当中
struct Node { int data; struct Node* next; };
结构体变量的定义和初始化
有了结构体那么如何定义变量，
struct Node { int data; struct Node* next; }; 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：定义变量的同时赋值 struct Point p3 = { x, y };
结构体的内存对齐
struct S1 { char c1; int i; char c2; }; struct S2 { char c1; char c2; int i; }; #include <stdio.h> int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S1)); printf("%d\n", sizeof(struct S2)); }
结果是什么？
这是因为什么那？
就是结构体内存对齐，这里在介绍一个函数
offsetof,
offsetof (type,member),这个函数的功能就是计算结构体成员相对于起始位置的偏移量
这是对应的偏移量，所以怎么画图那（这是根据偏移量计算的）
如何结算？
首先掌握结构体对齐的规则：
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处
- 第二个成员开始，要对齐到某个【对齐数】的整数倍到的偏移处，对齐数：结构体成员自身大小和默认对齐数的较小值
VS： 8
Linux： 默认不设对齐数（对齐数是结构体成员的自身大小）
- 结构体的总大小，必须是最大对齐数的整数倍。每个结构体成员都有一个对齐数，其中最大的对齐数就是最大对齐数。
- 如果嵌套了结构体的情况，潜逃的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍，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的规则？
- 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的数据类型，否则抛出硬件异常
- 性能原因：数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐，原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要操作两次内存访问；而对齐的存仅需要一次访问
总体来说：
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法
修改默认对齐数
设置默认对齐数：
#pragma pack(8) //设置默认对齐数为8
#pragma pack()//恢复默认对齐数
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; }
首选print2函数原因：
函数传参的时候，是需要压栈的，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，参数压栈的系统开销比较大，所以会导致性能下降
结论
结构体传参的时候，是要传结构体的地址的
位段
结构体说完就得说说结构体实现
位段的能力
什么是位段
- 位段的成员必须是
int,unsigned int, signed int- 位段的成员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; };
位段中的位其实是二进制位，后面的2就是表示2个比特位，后面也是如此
位段的内存分配
#include <stdio.h> struct S { char a : 3; char b : 4; char c : 5; char d : 4; }; int main() { struct S s = { 0 }; s.a = 10; s.b = 12; s.c = 3; s.d = 4; } //空间是如何开辟的？
最后在内存中的结果应该是：
我们在编译器上来看看，到底是什么？
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位机器会出现问题）
- 位段中的成员的内存从左到右分配还是从右到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是时，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
位段的应用
枚举
枚举顾名思义就是一一列举，把可能的取值一一列举
枚举类型的定义
#include <stdio.h> enum Color { //枚举的可能取值 //每一个可能的取值是常量 RED, GREEN, BLUE }; int main() { enum Color color = RED; return 0; }
这些可能取值是都是有值的默认是从0开始，一次递增1，当然在定义的时候也可以赋初始值
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
联合（共用体）
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一块空间（所以联合也叫共用体）
#include <stdio.h> union Un { char c; int i; }; int main() { union Un un; printf("%d\n", sizeof(union Un)); }
联合体的特点
联合的成员是共用一块内存空间的，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小（因为联合至少有能力保存最大的成员）
之前写的大端小端判断在这里用共用体同样可以解决：
#include <stdio.h> union Un { char c; int i; }u; int main() { u.i = 1; if (u.c == 1) { printf("小端\n"); } else { printf("大端\n"); } return 0; }
联合体大小的计算
- 联合体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，就要对齐最大对齐数的整数倍
