结构体
结构体类型的声明
- 什么叫结构体：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。
这是一个结构体的声明
//tag是结构体标签
struct tag{
member-list;
}variable-list; //variable-list是结构体变量名
再比如描述一个学生的姓名、年龄、性别、学号
struct Stu{
char name[20];//名字 字符数组
int age;//年龄 整形变量
char sex[5];//性别 字符数组
char id[20];//学号 字符数组
}；//分号不能丢
当然还有一些特殊的声明，在声明结构的时候，可以不完全的声明。所有可选部分不能完全省略，至少要出现两个。
struct必须存在，结构体标签跟结构体变量名必须存在一个及以上
//匿名结构体类型
struct{
int a;
char b;
float c;
}x;
//这个声明创建了一个名叫x的变量，它包含三个成员：一个整数，一个字符和一个浮点数
struct{
int a;
char b;
float c;
}y[20], *z;
//这个声明创建了y和z。y是一个数组，包含了20个结构。z是一个指针，它指向这个类型的结构。
那么问题来了
//在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？
z = &x;
答案：是不合理的，编译器会把上面两个结构的声明当成完全不同的两个类型，所以是非法的。
结构的自引用
可以试着想这么一个问题，一个结构体中还可以嵌套一个结构体嘛？或者说在写一个结构体在里面？
当然是可以的，但是需要注意内部的结构体的类型
struct Node {
int data;
//struct Node next;//这个是错误的，结构体内部嵌套结构体，必须是结构体指针类型
struct Node *next;//正确的
};
不懂的小伙伴可以去看看书籍C和指针
typedef struct Node {
int data;
//Node* next;
//这样写也是错误的，typedef中需要使用结构体标签来创建结构体变量名，结构体标签直到声明的末尾都未定义，所以在结构声明的内部尚未定义
struct Node* next;
}Node;
结构体变量的定义和初始化
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 = {3, 4};
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 }; //data=10,p.x=4,p.y=5,Node* next=NULL
struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };//结构体嵌套初始化
结构体内存对齐
注意这里是一个重点
如何计算结构体内存的大小？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中默认的值为8，Linux中的默认值为4 - 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。
//练习1
struct S1{
char c1;
int i;
char c2;
};
//练习2
struct S2{
char c1;
char c2;
int i;
};
//练习3
struct S3 {
double d;
char c;
int i;
};
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8
printf("%d\n", sizeof(struct S3));//16
printf("%d\n", sizeof(struct S4));//32
return 0;
}
这里只解释练习1
结构体的字节数就是最大对齐数的整数倍，这里最大对齐数为4，9+3=12，整数倍为12，所以字节数为12。
为什么存在内存对齐?
- 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。
总的来说
- 结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
- 所以需要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;
};
S2字节数更小，占用空间小的变量集中在一起
修改默认对齐数
- #pragma 这个预处理指令，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8
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。
结构体传参
直接上代码
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。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。
结构体实现位段（位段的填充&可移植性）
定义：位段的声明和结构是类似的，有两个不同：
- 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
- 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
比如
struct A
{
//4个字节-32bit位
int _a:2;//2个bit位
int _b:5;//5个bit位
int _c:10;//10个bit位
//4个字节-32bit位
int _d:30;//30个bit位
//位段不能超过设置的数据类型字节大小
};
A就是一个位段，那么位段A的大小是多少？
答案：8个字节（看位段内存分配第二条）
先开4个字节大小空间，不够，在开4个字节大小空间，所以为8个字节
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？
//看图
struct S的字节数为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。
总之：
- 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。
枚举
枚举顾名思义就是一一列举。
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
- 颜色也可以一一列举。
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” 。
所以枚举字节大小默认为4，全部为整型常量
这些取值默认从0开始，依次递增1，定义时也可以赋初值。
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
枚举的优点
我们可以使用 #define 定义常量，为什么要使用枚举？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
枚举的使用
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
enum Color color = 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。
color = 5;//这样是可以的，可以修改
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;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));
联合的特定
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）。
所以上面un的字节大小为4。
union Un
{
int i;
char c;
};
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));
//是一样的
//下面输出的结果是什么？
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
//结果：0x11223355 //共用同一块内存
printf("%x\n", un.i);
面试题：
判断当前计算机的大小端存储
我们之前是这么做的
现在学了联合（共用体），可以直接用联合
union Un
{
int i;
char c;
};
int main()
{
union Un un;
un.i = 0x11223344;
if (un.c == 0x44)
{
printf("小端存储");
}
else
{
printf("大端存储");
}
return 0;
}
这里有不懂的看例外一篇博客： 深度剖析数据在内存中的存储.
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;
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));//8
//最大对齐数为4，但实际字节为5，不是最大对齐数的整数倍，故结果为：8
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16
//最大对齐数为4，但实际字节为14，不是最大对齐数的整数倍，故结果为：16
读此篇文章，记住先要掌握数据在内存中的存储！！！