【C語言】結構體，枚舉，聯合超詳解！！！

結構體

結構體聲明

結構體成員的訪問

結構體自引用?

結構體變量定義，初始化，傳參?

結構體內存對齊?

位段

枚舉

聯合(共用體)

結構體

結構體聲明

1. 概念

1. 結構體是一些值的集合，這些值稱為成員變量。

2. 結構體的每個成員可以是不同類型的變量。

3. 數組：一組相同類型元素的集合，結構體：一組不一定相同類型元素的集合。

4.?結構體的成員可以是標量、數組、指針，甚至是其他結構體。

2. 聲明

例子

假設我們要用結構體表示一個學生類型
struct Stu
{   char name[20]; //名字int age; //年齡char sex[5]; //性別
};
我們還可以這樣寫，這樣表示直接用這個結構體類型創建s1和s2變量。
struct Stu
{   char name[20]; int age; char sex[5]; 
}s1, s2;
也可以這樣創建變量。
struct Stu s3;

2. 特殊的聲明?

在聲明結構的時候，可以不完全的聲明。

比如：匿名結構體類型。

接下來我這樣寫。
struct
{int a;char b;float c;
}x;struct
{int a;char b;float c;
}*p;
請問我可以寫 p = &x; 嗎？答案是不行。雖然成員是一樣的，但編譯器會把上面的兩個聲明當成完全不同的兩個類型。

結構體成員的訪問

1. 結構體變量訪問成員

結構體變量的成員是通過點操作符(.)訪問的。點操作符接受兩個操作數。

比如：
struct Stu
{char name[20];int age;
};struct Stu s;
strcpy(s.name, "zhangsan");//使用.訪問name成員
s.age = 20;//使用.訪問age成員

2. 結構體指針訪問成員?

有時候我們得到的不是一個結構體變量，而是指向一個結構體的指針，那該如何訪問成員？

struct Stu
{char name[20];int age;
};void print(struct Stu* ps)
{printf("name = %s   age = %d\n", (*ps).name, (*ps).age);//使用結構體指針訪問指向對象的成員printf("name = %s   age = %d\n", ps->name, ps->age);
}int main()
{struct Stu s = {"zhangsan", 20};print(&s);//結構體地址傳參return 0;
}

結構體自引用?

1.?在結構中包含一個類型為該結構本身的成員是否可以呢？

比如這樣寫可以嗎？
struct Node
{int data;struct Node next;
};
答案是不行，因為無法計算struct Node有多大，無限套娃。

正確寫法：
//結構體的自引用
struct Node
{int data;struct Node* next;
};

2.?搭配 typedef 的寫法?

錯誤寫法：
typedef struct
{int data;Node* next;
}Node;
正確寫法：
typedef struct Node
{int data;struct Node* next;
}Node;
這里的執行邏輯是我們先對這個類型重命名之后產生Node，也就是說重命名之前的寫法必須是正確的。

結構體變量定義，初始化，傳參?

1. 定義，初始化

有了結構體類型，那如何定義變量呢？如何初始化呢？

有兩個地方可以定義變量。定義變量的同時也能初始化。

struct Point
{int x;int y;
}p1 = {1, 2}; //第一種方法，這里創建的變量是全局變量，同時也能初始化               int main()
{struct Point p2 = {3, 4}; //第二種方法，這里創建的變量是局部變量，同時初始化struct Point p3 = {.y=5, .x=6}; //這里用了結構成員訪問符，可以不按順序初始化return 0;
}

2. 嵌套初始化?

我們想一個問題，結構體里面有沒有可能出現結構體類型的數據呢？答案是有可能的。

比如：
struct Point
{int x;int y;
};struct PP
{double d;struct Point pt;int a;
}
那么這個怎么初始化呢？

很簡單，嵌套的那個結構體自己加一對大括號就好了。
int main()
{struct PP p = {3.14, {1, 2}, 8};printf("%d\n", p.pt.x); //想要訪問嵌套的結構體只需用多一次 . 即可    return 0;
}

3. 結構體傳參

下方代碼中傳結構體與傳結構體地址哪個好一些？
struct S
{int data[1000];int num;
};//結構體傳參
void print1(struct S s) { printf("%d\n", s.num); }//結構體地址傳參
void print2(struct S* ps) { printf("%d\n", ps->num); }int main()
{struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};print1(s);  //傳結構體print2(&s); //傳結構體地址return 0;
}
答案：傳結構體地址。

原因：函數傳參的時候，參數是需要壓棧，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，參數壓棧的的系統開銷比較大，所以會導致性能的下降。

結構體內存對齊?

1.?計算結構體的大小

想了解內存對齊我們得先思考下面這個例子
struct S1
{char c1; //1int i; //4char c2; //1
};struct S2{char c1; //1char c2; //1int i; //4};int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S1));printf("%d\n", sizeof(struct S2));return 0;
}
經過分析我們認為都是6，因為1+1+4嘛，然而結果是S1大小為12，S2大小為8。為什么？

因為這里面就涉及到結構體內存對齊了。

2.?結構體的對齊規則

1. 結構體的第一個成員永遠放在與結構體變量起始位置偏移量為0的位置。

2. 從第二個成員開始，往后每個成員都要對齊到對齊數的整數倍處。對齊數 = 編譯器默認的一個對齊數與該成員大小的較小值。VS中默認的值為8。Linux中沒有默認對齊數，對齊數就是成員自身的大小。

3. 結構體總大小為最大對齊數的整數倍。最大對齊數是所有成員的對齊數的最大值。

4. 如果嵌套了結構體的情況，嵌套的結構體對齊到自己的最大對齊數的整數倍處，

結構體的總大小就是所有最大對齊數(含嵌套結構體的對齊數)的整數倍。

3. 練習?

struct S3
{double d;char c;int i;
};printf("%d\n", sizeof(struct S3));
答：16

解析：1. d的對齊數是8，但因為d是第一個成員所以直接放在偏移量為0的位置，d是8個字節占用偏移量0到7的位置。

2. c的對齊數是1，此時偏移量為8是1(對齊數)的整數倍，c是1個字節占用偏移量為8的位置。

3. i的對齊數是4，此時偏移量為9不是4(對齊數)的整數倍，一直往后到偏移量12的位置，此時是4(對齊數)的整數倍，i是4個字節占用12到15的位置。

4. 偏移量從0到15，所以總大小為16，16是8(最大對齊數)的整數倍。

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下面這個結構體嵌套了結構體，這大小該如何計算呢？
struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
};printf("%d\n", sizeof(struct S4));
答：32

解析：1. c1對齊數是1，因為是第一個成員所以放在偏移量為0的位置，c1是一個字節所以占用一個位置。

2. s3是結構體所以s3的對齊數是自己成員的最大對齊數是8，此時的偏移量是1不是對齊數的整數倍所以一直移到偏移量為8的位置，s3是16個字節占用8到23的位置。

3. d的對齊數是8，此時偏移量為24是對齊數的整數倍，d是8個字節占用24到31的位置。

4. 偏移量從0到31一個32個位置是所有最大對齊數的整數倍。

4. 為什么存在內存對齊??

1. 平臺原因(移植原因)：不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數據的；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數據，否則拋出硬件異常。

2. 性能原因：數據結構(尤其是棧)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，處理器需要作兩次內存訪問；而對齊的內存訪問僅需要一次訪問。總體來說：結構體的內存對齊是拿空間來換取時間的做法。

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那我們如何設計結構體既能滿足對齊又能節省空間呢？

答案：讓占用空間小的成員盡量集中在一起。

比如下面代碼，S2就比S1省空間。
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};struct S2
{char c1;char c2;int i;
};

5. 修改默認對齊數

 #pragma pack(8)//設置默認對齊數為8struct S1{char c1;int i;char c2;};#pragma pack()//取消設置的默認對齊數，還原為默認#pragma pack(1)//設置默認對齊數為1struct S2{char c1;int i;char c2;};#pragma pack()//取消設置的默認對齊數，還原為默認

結論：結構體在對齊方式不合適的時候，我們可以自己更改默認對齊數。

位段

1. 什么是位段

位段的成員名后邊有一個冒號和一個數字。

比如：A就是一個位段類型。
struct A
{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30;
};
那位段A的大小是多少？
printf("%d\n", sizeof(struct A));
答案：8字節

因為位段的位是二進制位，意味著_a占兩個比特位，_b占5個比特位，_c占10個比特位，_d占30個比特位，一個是47個比特位，一個int32字節不夠，所有給了兩個int。

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那有同學要問了，為什么要弄位段呢？

其實有時候我們設計結構體成員的時候，它的取值非常有限，可能只會用到幾個比特位，剩下的比特位給其他成員用，這樣可以節省空間。

2. 位段的內存分配?

1. 位段的成員可以是 int，unsigned int，signed int 或者是char (屬于整形家族)類型。

2. 位段的空間上是按照需要以4個字節(int)或者1個字節(char)的方式來開辟的。

3. 位段涉及很多不確定因素，位段是不跨平臺的，注重可移植的程序應該避免使用位段。

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這里的不確定因素包括：

1. 位段中的成員在內存中從左向右分配，還是從右向左分配標準尚未定義。

2. 當一個位段成員占用比特位比較大需要開辟新空間時，前面空間剩余的比特位是使用還是舍棄不確定。

3. int 位段被當成有符號數還是無符號數是不確定的。

4. 位段中最大位的數目不能確定(16位機器最大16，32位機器最大32)。

不確定就會導致不同的平臺有不同的實現。

3. VS環境位段的內存分配?

這個62 03 04是如何來的呢？請聽我細細道來。

第一步，根據每個成員后面的數字分配比特位，在VS中位段的內存分配是從右到左的。并且，當需要開辟新空間時，前面剩余的比特位不使用。

第二步，根據上面代碼將數值轉成二進制初始化，s.a=10,比特位是1010，但a只有三個比特位，所以高位的1會舍去。

第三步，轉成十六進制，四個比特位轉一個十六進制數。

4. 位段的應用?

枚舉

1. 枚舉類型的定義

enum Day//星期
{Mon,Tues,Wed,Thur,Fri,Sat,Sun
};enum Sex//性別
{MALE,FEMALE,SECRET
}；enum Color//顏色
{RED,GREEN,BLUE
};
1. 以上定義的 enum Day，enum Sex，enum Color 都是枚舉類型。

2.?{ }中的內容是枚舉類型的可能取值，也叫枚舉常量。

3.?這些可能取值都是有值的，默認從0開始，依次遞增1，在聲明枚舉類型的時候也可以賦初值。比如：
enum Color
{RED=1,GREEN=8,BLUE
};
這個BLUE的值是在前面的基礎上遞增1，也就是9。

2. 枚舉的使用

只能拿枚舉常量給枚舉變量賦值，才不會出現類型的差異。
enum Color
{RED=1,GREEN=2,BLUE=4
};enum Color clr = GREEN;

3.??枚舉的優點

我們可以使用 #define 定義常量，為什么非要使用枚舉？

枚舉的優點：

1. 增加代碼的可讀性和可維護性。

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。

4. 使用方便，一次可以定義多個常量。

聯合(共用體)

1.?聯合類型的定義

1. 聯合是一種特殊的自定義類型。

2. 這種類型定義的變量包含一系列的成員，特征是這些成員公用同一塊空間，所以聯合也叫共用體。

例子：
//聯合類型的聲明
union Un
{char c;int i;
};//聯合變量的定義
union Un un;

2.?聯合的特點?

1. 聯合的成員是共用同一塊內存空間的。

2. 一個聯合變量的大小，至少是最大成員的大小，因為聯合至少得有能力保存最大的那個成員。

例子：

我們可以看出，這個聯合類型大小為4且成員的地址都相同。

如圖，i 和 c 共用同一塊空間。

.

所以當我們修改 c 的時候，i 也會跟著變。

3.??面試題：判斷當前計算機的大小端存儲

之前我們學到用指針來判斷，這次我們利用聯合判斷。

思路：i = 1 有兩種存儲字節序，一種是 00 00 00 01，一種是 01 00 00 00，所以我們就對比第一個字節即可。
int main()
{union {char c;int i;}un = {.i = 1};//判斷第一個字節是1還是0if ((int)un.c) printf("small\n");else printf("big\n");return 0;
}

4.??聯合大小的計算

1. 聯合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。

例子1：
union Un1
{char c[5];int i;
};
答：Un1大小是8字節。

解析：首先c是char數組大小為5，i大小為4，那么Un1大小至少為5，然后我們看5是不是最大對齊數的整數倍，c的對齊數是1因為c的元素類型是char，i的對齊數是4，所以總大小要從5提升到8。

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例子2
union Un2
{short c[7];int i;
};
答：16字節。

解析：第一步，c的大小為14，i的大小為4，那么可以確定Un2的大小至少為14。第二步，判斷14是不是最大對齊數的整數倍，很明顯14不是4的整數倍，所以14增加到16。