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1 结构体的声明

1.1 结构的基础知识

1.2 结构的声明

1.3 特殊的声明

1.4 结构的自引用

1.5 结构体变量的定义和初始化

1.6 结构体内存对齐

1.7 修改默认对齐数

2. 位段

2.1 什么是位段

2.3 位段的跨平台问题

3. 枚举

3.1 枚举类型的定义

3.2 枚举的优点

4. 联合（共用体）

4.1 联合类型的定义

4.2 联合的特点

4.3 联合大小的计算

1 结构体的声明

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
{
 member-list;//成员变量
}variable-list;//全局变量

struct Stu
{
    char name[20];
    int age;
}s1,s2;//这里的s1和s2是全局变量
//在局部创建变量就是全局变量


注意：如果在结构体前面加入typedef，那么在结构体后面加入的就不是变量了，
意思是将结构体重命名
typedef struct Stu
{
    char name[20];
}Stu;//这时候就将struct Stu重命名为Stu了

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？答案是可以的

代码例子如下：

//代码2
struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
};

注意：

// 代码 3

typedef struct

{

int data ;

Node * next ;

} Node ;

// 这样写代码，可行否？

答案是不可以的，因为程序从上往下执行，编译器还不知道已经重命名为Node了。

// 解决方案：

typedef struct Node

{

int data ;

struct 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 = {10, 20};//全局变量初始化

struct Point p2 = {0,0};//全局变量初始化

struct S
{
	int num;
	char ch;
	struct Point p;
	float d;
};

int main()
{
	struct Point p3 = {1,2};//局部变量初始化
	struct S s = { 100, 'w', {2,5}, 3.14f};
	struct S s2 = {.d=1.2f, .p.x=3,.p.y=5, .ch = 'q', .num=200};//乱序初始化
	printf("%d %c %d %d %f\n", s.num, s.ch, s.p.x, s.p.y, s.d);
	printf("%d %c %d %d %f\n", s2.num, s2.ch, s2.p.x, s2.p.y, s2.d);
	return 0;
}

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

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

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。

练习例子：

//练习1
struct S3
{
 double d;
 char c;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

画图演示:

//练习2:结构体嵌套问题
#include<stdio.h>
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}

画图演示：

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。

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。

例如：


struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
struct S2
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};

注：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。

代码例子如下：

#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。

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：

A 就是一个位段类型。

那位段 A 的大小是多少？

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

注：一个int占32个比特位，而位段意思就是第一个int用了2个比特位，还剩30个，第二个int用5个比特位还剩25个，第三个int用10个比特位，还剩15个，而最后一个直接用一个int大小，，那么剩余15个比特位不够存了，他就会重新开辟4个字节来存放，并不会从剩余的开始存放。（位段是没有结构体对齐的，不然就会冲突了）

我们来看一个样例：看他在内存中是如何存放的

//VS2019上验证：位段的内存开辟和使用
#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;
	printf("%d\n", sizeof(s));

	return 0;
}

注：vs中以小端字节序存放的，并且以十六进制存放，所以可以看出它用了三字节的空间

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，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

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

例如：

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
};

3.2 枚举的优点

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. 防止了命名污染（封装）

4. 便于调试

5. 使用方便，一次可以定义多个常量

注意：define编译器在预处理阶段就替换掉了define定义的常量，当程序运行起来编译的时候，define已经被替换了，所以想要调试是不能调试define定义的常量的。这里不作详细介绍，小编会在预处理那篇文章做详细讲解

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;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));

注：从这里可以看出，联合体的成员是共用一块内存的，共用的是联合体成员中占字节最大的一个。所以计算联合体的大小是4.(注意：联合体也是有内存对齐的）。

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

从这里可以看出：联合体的成员共用一块内存的话，那么它的成员的起始地址是一样的。并且un.i存入的是11223344，un.c存入的是55，因为它共用一块空间，那么当我们以%x打印的时候，打印出来的自然就是11223355了。

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;
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));