前言：

之前学过结构体的初阶知识，在原来的基础上会深入了解结构体的自引用、内存对齐和结构体实现位段；同时在初识C语言时，稍微了解了一点枚举的相关知识，在这里将会更深入学习；还有学习全新的知识—联合
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一.结构体

先回忆下什么是结构体？
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。

1.结构体的声明

struct tag
{
member-list;
}variable-list;

struct：结构体关键字
tag：自定义名字
member-list：成员列表
variable-list：变量列表

比如描述一个学生，有名字、年龄、性别和身份证号码。

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

创建结构体变量时可以这样写：

struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
}s1, s2, s3;

也可以这样写：

struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
};
struct Stu s1, s2, s3;

2.结构体特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。
比如：

struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;

这叫匿名结构体类型，去掉了结构体的名字。这种写法有个缺点，就是创建的变量只能使用一次（变量x）
再创建一个结构体指针：

struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
} *p;

那么能不能写成：

p = &x;

答案是不行，p和x里面的成员虽然一样，但是编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型，所以这是非法的。

总结：匿名结构体类型的变量只能使用一次，不常用

3.结构体的自引用

结构体的自引用其实是结构体自己包含自己（同类型），但是要注意，包含的必须是结构体指针，这样才能找到结构体的地址。

struct Node
{
	int data;//数据域
	struct Node* next;//指针域
};

如果用typedef给结构体类型重新起名字为Node，前面学过匿名可以省略Node，那么这样写是否可行？

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

答案是不行，因为typedef对类型重命名后，在花括号里面提前使用Node了，然后才命名Node，所以顺序混乱了。
正确的写法：

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

4.结构体变量的定义和初始化

结构体变量的定义有两种方式，一种是直接顺着类型定义结构体变量；另一种是有了类型之后单独创建结构体变量。

struct SN
{
	char c;
	int a;
}sn1, sn2;//全局变量
int main()
{
	struct SN sn3, sn4;//局部变量
	return 0;
}

结构体变量的初始化：

struct SN
{
	char c;
	int a;
}sn1 = { 'w',2 }, sn2 = { .a = 5,.c = 't' };
int main()
{
	printf("%c %d\n", sn1.c, sn1.a);
	printf("%c %d\n", sn2.c, sn2.a);
	return 0;
}

sn2 = { .a = 5,.c = ‘t’ };用点可以找到你想赋值的成员，不需要按顺序来初始化。

5.结构体内存对齐

结构体内存对齐其实是计算结构体大小
我们先看一段代码：

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

刚开始的思路：
c1一个字节，i 4个字节，c2一个字节，加起来S1一共6个字节，S2同理

结果是：


我们可以使用宏offsetof来计算结构体成员相较于结构体起始位置的偏移量

#include <stddef.h>
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
	printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
	printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));
	return 0;
}

打印出来的结果：

我们发现结构成员不是按照顺序在内存中连续存放的，而是有一定的对齐规则

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。

知道了规则后，我们再来分析下struct S1

为什么存在内存对齐?

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。

所以，在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间（让占用空间小的成员尽量集中在一起）

6.修改默认对齐数

#pragma 这个预处理指令可以改变默认对齐数

#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

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。一般设置默认对齐数都是2的次方，便于使用。

7.结构体传参

struct S
{
 int data[100];
 int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 100};
//结构体数值传参
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);  //传结构体的数值
 print2(&s); //传地址
 return 0;
}

两种传参方式选择传地址更好

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。

二.位段

位段与结构体相关联，接下来了解位段

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 （后来引用了char）
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

比如：

struct A//A就是一个位段类型。
{
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:10;
 int _d:30;
};

位段A的大小：

printf("%d\n", sizeof(struct A));// 8

分析：
位段其实是二进制位，也就是说：
int _a:2：占2个比特位；
int _b:5：占5个比特位；
int _c:10：占10个比特位；
int _d:30：占30个比特位。
假设结构体有一个成员用2个比特位就够了，那么就没必要用分配一个整型，这样就可以节省空间。

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。

位段是如何开辟的？

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;
}

打开调试查看内存：

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。

位段的应用类型于包装的作用，既方便也节省了空间

三.枚举

所谓枚举就是一一列举
比如说星期一到星期五、颜色和月份

1.枚举的定义

列举颜色：

enum Color
{
	RED,
	GREEN,
	BLUE
};
int main()
{
	//枚举变量的创建
	enum Color c = RED;
	//       定义   初始化
	return 0;
}
};

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。

	printf("%d\n", RED);//0
	printf("%d\n", GREEN);//1
	printf("%d\n", BLUE);//2

自己赋值：

enum Color
{
	RED=4,
	GREEN=10,
	BLUE=2
};

2.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

四.联合（共用体）

1. 联合类型的定义

联合也是一种特殊的自定义类型（关键字：union）
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）

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

打印出来的结果：

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）

判断当前计算机的大小端存储：

union Un
{
	int i;
	char c;
};
int main()
{
	union Un u = { 0 };
	u.i = 1;
	if (u.c == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

第二种写法：（以函数的方式）

int test()
{
	union //匿名只能使用一次
	{
		int i;
		char c;
	}un = { .i = 1 };
	return un.c;
}
int main()
{
	int ret = test();
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

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。

union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));// 8
	return 0;
}

char 类型自身大小是1，默认是8，所以它的对齐数是1，又因为它是数组，所以是5（最大成员是5）；
int 类型自身大小是4，默认是8，所以它的对齐数是4；
5是最大成员，但不是最大对齐数的倍数，所以又要补充3个字节到8，因此结果为8。

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 感谢你的观看~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

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