1. 前言

在C語言中已經為用過戶提供了內置類型，如：char，short，int，long等等，但是僅僅只有這幾種類型是遠遠不夠的，并不能滿足用戶的需求，當用戶描述的對象很復雜（屬性較多）時，如一個學生，一本書，這時單一的內置類型是不行的。在前面的數據結構中已經體會到了單一內置類型的不足。而C語言為了解決這個問題，增加了結構體這種自定義的數據類型（何為自定義類型 —— 根據需要，用戶自己來設計的一種類型），讓用戶可以自己創造適合對象的類型。

2. 結構體

2.1 結構體的聲明

使用結構體時需要用到結構體的關鍵字 —— struct。什么是結構呢？結構是一些值的集合，這些值被稱作成員變量，結構的每個成員可以是不同類型的的變量，如：標量，數組，指針，甚至是其它結構體。那么如何去聲明一個結構體？如下所示：

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

tag —— 結構體標簽的名字，根據用戶的需要去設計，與變量的變量名設計一致
member-list —— 結構體的成員列表，存在一個或多個成員
variable —— 結構體的變量列表，可以省略不寫
注意：結構體末尾存在一個分號

下面就來聲明一個書這樣的結構體類型 —— 屬性有書名，作者，價格等等：

struct book
{char name[20];   // 書名char author[20]; // 作者double price;    // 價格
};

這樣我們就聲明了一個書結構體類型。

2.2 結構體變量的定義和初始化

有了結構體的聲明之后，就可以使用這個結構體的類型了，如何使用呢？—— 結構體類型就是一個模具，聲明出了結構體類型后，就可以定義出結構體類型的變量，定義方式：struct 結構體名字 + 變量名。如下所示：

struct book book1;
struct book book2;

book1 和 book2 就是結構體變量，結構體變量可以是局部變量也可以是全局變量。全局變量不僅僅可以直接創建在局部域當中，也可以在結構體聲明的同時創建結構體變量，如下所示：

struct book
{char name[20];   // 書名char author[20]; // 作者double price;    // 價格
}book5, book6; // 全局變量//全局變量
struct book book3;
struct book book4;int main()
{//局部變量struct book book1;struct book book2;return 0;
}

變量定義完畢后，需要對結構體變量里的成員初始化，怎么初始化呢？
首先初始化是在一個大括號里，初始化的順序可以與結構體的聲明中成員的順序不一致，但是最好是一致的，不一致的需要額外的操作。
具體初始化方式如下：

初始化順序與結構體聲明中的成員的順序一致：

struct book book1 = { "老鷹抓小雞", "埃伊蟹黃面", 88.8 };
struct book book2 = { "小雞自衛戰", "埃伊蟹黃面", 99.9 };

初始化順序與結構體聲明中的成員的順序不一致：

struct book book3 = { .author = "埃伊蟹黃面", .name = "小雞吃老鷹", .price = 77.7 };
struct book book4 = { .price = 109.8, .name = "小雞變老鷹", .author = "埃伊蟹黃面" };

需要用到 . 操作符來訪問具體的成員變量。
之前有提到過，結構體的成員類型不僅可以是基礎的內置類型，也可以是結構體類型，那么當結構體中存在另一個結構體類型時，又該怎么初始化呢？如下所示：

struct other
{char character;int rint;float rfloat;
};struct book
{char name[20];   char author[20]; struct other ther;double price;
};int main()
{struct book book5 = { "ppt", "ptr", { 'G', 68, 53.2 }, 9.9 };return 0;
}

結構體類型的成員變量的初始化也需要用另外的大括號括起。既然初始化完畢，我們可以嘗試將這些初始化值打印出來，但是結構體中有這么多的成員變量怎么找到要打印的變量呢？可以通過 . 操作符來訪問具體的成員變量 ，訪問方式為：結構體的名字.要訪問的變量的名字，如下所示：

struct book book5 = { "ppt", "ptr", { 'G', 68, 53.2 }, 9.9 };//單獨訪問
printf("%s\t", book5.name);
printf("%s\t", book5.author);
printf("%.2f\t", book5.price);
printf("%c\t", book5.ther.character);
printf("%d\t", book5.ther.rint);
printf("%.2f\n", book5.ther.rfloat);//一起訪問
printf("%s\t%s\t%.2f\n", book5.name, book5.author, book5.price);
printf("%c\t%d\t%.2f", book5.ther.character, book5.ther.rint, book5.ther.rfloat);

運行結果：

初始化的值并不是一成不變，在初始化后，可以對自己想要改變的變量的值進行修改，具體如下：

struct book book5 = { "ppt", "ptr", { 'G', 68, 53.2 }, 9.9 };
book5.price = 99.9;
book5.ther.character = 'H';
strcpy(book5.name, "小雞的獨立");

修改后，代碼的運行結果：

由上圖可知，結構體中變量的值被修改了。

2.3 結構體的特殊聲明

在聲明結構體的時候，可以不完全的聲明，之前的結構體的聲明是完全的結構體聲明。不完全的結構體的聲明是怎樣的呢？如下代碼所示：

struct
{int id;char name[20];int age;double high;
};

上面的代碼就是不完全的結構體的聲明，省略了結構體的名字，所以這種結構體也稱為匿名結構體。將結構體寫成匿名結構體后，結構體變量的創建的就只能在聲明的同時創建，因為這個結構體沒有標簽（名字）呀，怎么在局部域中創建？具體創建方式如下所示：

struct
{int id;char name[20];int age;double high;
}stu1, stu2;

對于匿名結構體類型，如果沒有對結構體類型重命名的話，基本上只能使用一次。

2.4 結構體的自引用

結構體的自引用是什么意思呢？—— 結構體中包含一個或多個類型為該結構體本身類型的成員變量。數據結構中經常用到，如單鏈表的結點的結構體：

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

上面的就是結構體的自引用。在結構體的自引用當中可以使用typedef關鍵字對結構體進行重命名，如下所示：

typedef struct SListNode
{int data;struct SListNode* next;
}SLNode;

之后SLNode就相當于是struct SListNode，既然如此，能不能將結構體內部的struct SListNode* 替換成 SLNode* 呢？不能！因為SLNode是對前面的結構體類型重命名產生的，它是后于結構體類型創建的。

2.5 結構體的內存對齊

結構體既然是個自定義類型，那么該類型的內存大小又是多少呢？不同的結構體類型中的成員變量的類型不同，成員變量的個數不同會對結構體是內存大小產生影響，而要想知道怎么不通過sizeof來計算結構體類型的大小，就得要了解結構體內存對齊。
在介紹結構體內存對齊前，來計算以下兩個結構體的大小：

在不了解結構體內存對齊之前，計算的方法可能是這樣：對于Test1結構體，第一個成員類型為char，所以該成員變量的內存大小為1個字節，以此類推，所以Test1結構體的內存大小一共為6個字節；對于Test2結構體，第一個成員類型為char，所以該成員變量的內存大小為1個字節，以此類推，所以Test2結構體的內存大小一共為6個字節。那么這樣的計算邏輯有沒有問題呢？接下來用sizoef來計算兩個結構體類型的大小：

為什么得到的結果不是兩個6，而是Test1的內存的大小為8個字節，Test2的內存大小為12個字節呢？因為結構體的成員在存儲的時候會存在內存對齊現象。該現象涉及到了結構體當中的偏移量，何為偏移量，距離起始位置相差多少個字節就為多少偏移量，具體如下所示：

明白了偏移量是什么后。接下來開始介紹結構體內存對齊的規則：

1. 結構體的第一個成員變量對齊到和結構體變量的起始位置偏移量為0的位地址
2. 其它的結構體成員變量要對齊到某個數字（對齊數）的整數倍地址處
對齊數 = 編譯器默認的一個對齊數 與 該成員變量大小的較小值
在編譯器中，vs編譯器中默認對齊數為 8
Linux中 gcc 沒有默認對齊數，對齊數就是成員自身類型的大小
3. 結構體總大小為最大對齊數（結構體中每個成員變量的對齊數中的最大值）的整數倍
4. 如果嵌套了結構體的情況，嵌套的結構體成員對齊到自己的成員中最大對齊數的整數倍處，結構體的整體大小就是最大對齊數（含嵌套結構體中的成員的對齊數）的整數倍

知道了結構體內存對齊的規則之后，接下來根據該規則計算先前的兩個結構體類型的大小：

Test1結構體的內存大小計算：

Test2結構體的內存大小計算：

當要計算的結構體中又嵌套了一個結構體呢？這該如何計算？接下來就來詳細的計算嵌套結構體類型的內存大小：

接下來用sizeof來計算Test2結構體的內存大小：

了解了內存對齊的運用之后，接下來思考為什么會存在內存對齊呢？有以下幾個原因：

1. 平臺原因
不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數據；某些硬件平臺只能在某些地址處取得某些特定類型的數據，否則會拋出硬件異常。
2. 性能原因
數據結構應該盡可能地在自然邊界上對齊。原因在于，為了訪問未對齊的內存，處理器需要做兩次內存訪問；而對齊的內存訪問僅需要一次訪問。
總的來說：結構體的內存對齊是拿空間換取時間的做法

在前面又計算過兩個成員類型相同，成員個數相同的結構體，但是計算的結果卻不一樣，如下圖所示：

這表明了在設計結構體的時候，讓占用空間小的成員盡量集中在一起，這樣就可以最大限度的節省空間。

2.6 修改默認對齊數

其實vs編譯器的默認對齊數8是可以修改的，#pragma這個預處理指令就可以修改編譯器的默認對齊數。具體修改方法如下：

#pragma pack(2) // 設置默認對齊數為2
struct Test3
{char charc1;int rint;char charc2;
};
#pragma pack() // 取消設置的默認對齊數

下面與未修改默認對齊數的結構體的內存大小進行比較：

當結構體在對齊方式不合適的時候，可以自己更改默認對齊數。

2.7 結構體傳參

結構體既然作為自定義類型，自然可以用作函數的參數。它與內置類型傳參的一致，又傳值傳參和傳址傳參。下面來分別寫成結構體的傳值傳參和傳址傳參。

傳值傳參：

若想要訪問結構體對象中的成員，可以通過 . 操作符 來訪問。

傳址傳參：

若想要訪問結構體對象中的成員，可以通過 ->操作符 來訪問。

無論是傳值傳參還是傳址傳參，都滿足我們的要求，那么到底哪種傳參方式更好一些呢？選擇傳址傳參會更好一些，為什么呢？函數傳參的時候，參數是需要壓棧的，這樣就會有時間和空間上的系統開銷；如果傳遞一個結構體對象的時候，結構體過大，參數壓棧的系統開銷比較大，會導致性能的下降。所以結構體傳參時，要傳結構體的地址。

3. 位段

位段的聲明與結構體是類似的，但是存在著兩個不同：

1. 位段的成員類型可以是 int ， unsigned int 或 signed int ，char ，在C99中位段成員的類型也可以選擇其它的類型
2. 位段的成員后面又一個冒號和數字

具體的聲明如下代碼所示：

struct Digital
{int m_a : 2;int m_b : 5;int m_c : 10;int m_d : 30;
};

Digital 就是一個位段。位段中的成員的冒號后面的數字是該成員變量的大小，單位是 bit ，該數字的大小不能超過成員的類型的大小，如成員的類型為 int 類型，那么該成員冒號后面的數字不能超過32。那么這個位段的大小是多少呢？又該怎么計算呢？哎！想要知道這些，就得要了解位段的內存分配：

1. 位段的成員可以是 int ， unsigned int 或 signed int 或 char 等類型
2. 位段的空間是按照需要以 4個字節（int） 或者 1個字節（char） 的方式來開辟
3. 位段涉及很多不確定的因素，位段是不跨平臺的，注重可移植的程序應當避免使用位段

根據位段的內存分配方式，來計算下面位段的大小：

struct Number
{char a : 3;char b : 4;char c : 5;char d : 4;
};int main()
{//將num對象中的所有比特位都賦值為0struct Number num = { 0 };num.a = 10;num.b = 12;num.c = 3;num.d = 4;return 0;
}

大概的來推算一下，該位段的大小。前面有提到過，位段的空間是是按照4或1個字節的方式開辟的，這個位段的成員類型大多是char類型，所以開辟空間的方式每次開辟1個字節，不夠了再開辟1個字節。
首先為變量a開辟一個字節大小的空間，變量只有3bit大小，剩下5bit未被使用；接著存儲變量b，變量的大小有4bit大小，而之前為變量a開辟的剩下的空間為5bit，所以不需要再次開辟空間，剩下的5bit空間足夠存儲變量b，這樣就剩下一個bit大小的空間；
接著存儲變量c，變量c有5bit大小，剩下的空間只有1bit大小，所以需要再次開辟1個字節大小的空間，第一次開辟的空間的剩余部分被舍棄，那么變量c就直接占用新開辟的空間的5bit大小空間，剩下3bit未被使用；
接下來再來存儲變量d，變量d有4bit大小，但是剩下的空間只有3bit大小，所以需要再次開辟1個字節大小的空間，那么剩下的3bit大小的空間按照之前的假設，直接舍棄。
所以按照上面的推算位段Number的大小為3個字節。

但是還有另外一種推算方法就是剩下的空間不被舍棄，那么按照此推算方法，位段Number的大小為2個字節。

在當前環境下，結果到底是2個字節還是3個字節，用 sizeof 一求便知，結果如下：

根據結果易知，在vs編譯器下推算1的方法正確。

前面有提到位段是不支持跨平臺的，由于它有許多的不確定的因素，那么這些不確定的因素有：

1. int 位段被當成有符號int還是無符號int是不確定的
2. 位段中最大位的數目不能確定（16位機器下最大位的數目為16，32位機器下最大位的數目為32，那么寫成27，在16位機器下會出問題）
3. 位段中的成員在內存中分配空間時，是從左向右分配，還是從右向左分配，C語言標準尚未定義
4. 當一個結構包含兩個位段成員，第二個位段成員比較大，無法容納于第一個位段變量剩余的位時，是舍棄剩余的位還是利用，這是不確定的

既然位段有這么多的缺陷，那么它還有什么運用場景呢？位段可以運用于網絡協議中，這里使用位段不僅能夠實現想要的效果，還能節省空間，這樣網絡傳輸的數據包大小也會較小一些，對于網絡的通暢有幫助。

在使用位段時，還需要注意：位段的幾個成員共有同一個字節，這樣有些成員的起始位置并不是某個字節的起始位置，那么這些位置處是沒有地址的。內存中每個字節分配一個地址，而一個字節的內部的bit位是沒有地址的。所以不能對位段的成員使用&操作符，如此一來就不能通過
scanf 直接給位段的成員輸入值，只能是先輸入一個值，并將該值放在一個變量中，然后賦值給位段的成員。

具體如下所示：

struct Digital dig = { 0 };
//錯誤方法 —— scanf("%d", &dig.m_a);//正確方法
int a = 0;
scanf("%d", &a);
dig.m_a = a;

4. 聯合體

如同結構體一致，聯合體也是由一個或者多個成員構成，這些成員可以是不同的類型，但是編譯器只為最大的成員分配足夠的內存空間。聯合體也有它的關鍵字 —— union。聯合體的特點是所有的成員都共用同一塊內存空間，所以聯合體也稱為：共用體。給聯合體當中的某個成員賦值，其它的成員也會跟著變化。下面來使用聯合體：

如何計算聯合體的大小？

1. 聯合體的大小至少是最大成員的大小
2. 當最大成員大小不是最大對齊數的整數倍的時候，就要對齊到最大對齊數的整數倍

接下來用具體的例子來明白如何計算聯合體的大小：

聯合體中也存在內存對齊，該聯合體的最大對齊數為4，而該聯合體中最大成員的大小為5，不是最大對齊數的整數倍，浪費3個字節大小的空間，所以 Un1 聯合體的大小為8個字節。

下面使用聯合體來判斷當前機器是大端還是小端：首先來介紹何為大端和小端，如下圖所示：

下面開始編寫代碼：

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

利用了聯合體的一個特點：所有的成員都共用同一塊內存空間，給聯合體當中的某個成員賦值，其它的成員也會跟著變化。具體的分析如下：

5. 枚舉

枚舉枚舉，顧名思義就是一一列舉，把可能的值一一列，在日常生活中，天數可以被一一列舉，月份可以被一一列舉等等，而這些數據就可以使用枚舉。枚舉就是用來表示那些取值可以被一一列舉的類型。枚舉的關鍵字是 —— enum。枚舉類型的使用：

//枚舉類型的聲明
enum Day
{//枚舉類型的可能取值//這些可能取值都是常量，并且它們都是有值的//默認從 0 開始，依次遞增 1Mon,Tues,Wed,Thur,Fri,Sat,Sun
};int main()
{//枚舉類型的定義enum Day day = Sun;//打印枚舉類型Day的所有可能取值printf("%d\t", Mon);printf("%d\t", Tues);printf("%d\t", Wed);printf("%d\t", Thur);printf("%d\t", Fri);printf("%d\t", Sat);printf("%d\t", Sun);return 0；
}

打印結果：

枚舉類型中的常量是可以在聲明的同時賦初始值的，也就是給常量初始化，如下所示：

有人可能會有疑問，既然是定義常量，為什么要使用枚舉這個類型呢？#define也可以定義常量呀？也就是說，枚舉有什么優點？枚舉常量的優點有很多：

1. 增加代碼的可讀性與可維護性
2. 和#define定義的標識符比較枚舉有類型檢查，更加嚴謹
3. 便于調試，預處理階段會刪除#define定義的符號
4. 使用方便，一次可以定義多個常量
5. 枚舉常量是遵循作用域規則的，枚舉聲明在函數內，就只能在函數內使用

6. 結言

以上就是C語言中主要的自定義類型。其中最主要的是結構體類型，在學習C++時，遇到的類與結構體有著相似之處。學好它，有助于理解C++中的類類型。