【C语言】结构体，枚举，联合超详解！！！
目录
结构体
结构体声明
结构体成员的访问
结构体自引用
结构体变量定义，初始化，传参
结构体内存对齐
位段
枚举
联合(共用体)
结构体
结构体声明
1. 概念
1. 结构体是一些值的集合，这些值称为成员变量。
2. 结构体的每个成员可以是不同类型的变量。
3. 数组：一组相同类型元素的集合，结构体：一组不一定相同类型元素的集合。
4. 结构体的成员可以是标量、数组、指针，甚至是其他结构体。
2. 声明
例子
假设我们要用结构体表示一个学生类型
struct Stu
{
char name[20]; //名字
int age; //年龄
char sex[5]; //性别
};
我们还可以这样写，这样表示直接用这个结构体类型创建s1和s2变量。
struct Stu
{
char name[20];
int age;
char sex[5];
}s1, s2;
也可以这样创建变量。
struct Stu s3;
2. 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。
接下来我这样写。
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}*p;
请问我可以写 p = &x; 吗？答案是不行。虽然成员是一样的，但编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。
结构体成员的访问
1. 结构体变量访问成员
结构体变量的成员是通过点操作符(.)访问的。点操作符接受两个操作数。
比如：
struct Stu
{
char name[20];
int age;
};
struct Stu s;
strcpy(s.name, "zhangsan");//使用.访问name成员
s.age = 20;//使用.访问age成员
2. 结构体指针访问成员
有时候我们得到的不是一个结构体变量，而是指向一个结构体的指针，那该如何访问成员？
struct Stu
{
char name[20];
int age;
};
void print(struct Stu* ps)
{
printf("name = %s age = %d\n", (*ps).name, (*ps).age);
//使用结构体指针访问指向对象的成员
printf("name = %s age = %d\n", ps->name, ps->age);
}
int main()
{
struct Stu s = {"zhangsan", 20};
print(&s);//结构体地址传参
return 0;
}
结构体自引用
1. 在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？
比如这样写可以吗？
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
答案是不行，因为无法计算struct Node有多大，无限套娃。
正确写法：
//结构体的自引用
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
2. 搭配 typedef 的写法
错误写法：
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
正确写法：
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
这里的执行逻辑是我们先对这个类型重命名之后产生Node，也就是说重命名之前的写法必须是正确的。
结构体变量定义，初始化，传参
1. 定义，初始化
有了结构体类型，那如何定义变量呢？如何初始化呢？
有两个地方可以定义变量。定义变量的同时也能初始化。
struct Point
{
int x;
int y;
}p1 = {1, 2}; //第一种方法，这里创建的变量是全局变量，同时也能初始化
int main()
{
struct Point p2 = {3, 4}; //第二种方法，这里创建的变量是局部变量，同时初始化
struct Point p3 = {.y=5, .x=6}; //这里用了结构成员访问符，可以不按顺序初始化
return 0;
}
2. 嵌套初始化
我们想一个问题，结构体里面有没有可能出现结构体类型的数据呢？答案是有可能的。
比如：
struct Point
{
int x;
int y;
};
struct PP
{
double d;
struct Point pt;
int a;
}
那么这个怎么初始化呢？
很简单，嵌套的那个结构体自己加一对大括号就好了。
int main()
{
struct PP p = {3.14, {1, 2}, 8};
printf("%d\n", p.pt.x); //想要访问嵌套的结构体只需用多一次 . 即可
return 0;
}
3. 结构体传参
下方代码中传结构体与传结构体地址哪个好一些？
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
//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()
{
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
print1(s); //传结构体
print2(&s); //传结构体地址
return 0;
}
答案：传结构体地址。
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。
结构体内存对齐
1. 计算结构体的大小
想了解内存对齐我们得先思考下面这个例子
struct S1
{
char c1; //1
int i; //4
char c2; //1
};
struct S2
{
char c1; //1
char c2; //1
int i; //4
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
经过分析我们认为都是6，因为1+1+4嘛，然而结果是S1大小为12，S2大小为8。为什么？
因为这里面就涉及到结构体内存对齐了。
2. 结构体的对齐规则
1. 结构体的第一个成员永远放在与结构体变量起始位置偏移量为0的位置。
2. 从第二个成员开始，往后每个成员都要对齐到对齐数的整数倍处。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的整数倍。最大对齐数是所有成员的对齐数的最大值。
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，
结构体的总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。
3. 练习
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
答：16
解析：1. d的对齐数是8，但因为d是第一个成员所以直接放在偏移量为0的位置，d是8个字节占用偏移量0到7的位置。
2. c的对齐数是1，此时偏移量为8是1(对齐数)的整数倍，c是1个字节占用偏移量为8的位置。
3. i的对齐数是4，此时偏移量为9不是4(对齐数)的整数倍，一直往后到偏移量12的位置，此时是4(对齐数)的整数倍，i是4个字节占用12到15的位置。
4. 偏移量从0到15，所以总大小为16，16是8(最大对齐数)的整数倍。
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下面这个结构体嵌套了结构体，这大小该如何计算呢？
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
答：32
解析：1. c1对齐数是1，因为是第一个成员所以放在偏移量为0的位置，c1是一个字节所以占用一个位置。
2. s3是结构体所以s3的对齐数是自己成员的最大对齐数是8，此时的偏移量是1不是对齐数的整数倍所以一直移到偏移量为8的位置，s3是16个字节占用8到23的位置。
3. d的对齐数是8，此时偏移量为24是对齐数的整数倍，d是8个字节占用24到31的位置。
4. 偏移量从0到31一个32个位置是所有最大对齐数的整数倍。
4. 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。 总体来说： 结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
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那我们如何设计结构体既能满足对齐又能节省空间呢？
答案：让占用空间小的成员尽量集中在一起。
比如下面代码，S2就比S1省空间。
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
5. 修改默认对齐数
#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
结论：结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。
位段
1. 什么是位段
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。
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字节
因为位段的位是二进制位，意味着_a占两个比特位，_b占5个比特位，_c占10个比特位，_d占30个比特位，一个是47个比特位，一个int32字节不够，所有给了两个int。
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那有同学要问了，为什么要弄位段呢？
其实有时候我们设计结构体成员的时候，它的取值非常有限，可能只会用到几个比特位，剩下的比特位给其他成员用，这样可以节省空间。
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。
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这里的不确定因素包括：
1. 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。
2. 当一个位段成员占用比特位比较大需要开辟新空间时，前面空间剩余的比特位是使用还是舍弃不确定。
3. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
4. 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)。
不确定就会导致不同的平台有不同的实现。
3. VS环境位段的内存分配
这个62 03 04是如何来的呢？请听我细细道来。
第一步，根据每个成员后面的数字分配比特位，在VS中位段的内存分配是从右到左的。并且，当需要开辟新空间时，前面剩余的比特位不使用。
第二步，根据上面代码将数值转成二进制初始化，s.a=10,比特位是1010，但a只有三个比特位，所以高位的1会舍去。
第三步，转成十六进制，四个比特位转一个十六进制数。
4. 位段的应用
枚举
1. 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
};
1. 以上定义的 enum Day，enum Sex，enum Color 都是枚举类型。
2. { }中的内容是枚举类型的可能取值，也叫枚举常量。
3. 这些可能取值都是有值的，默认从0开始，依次递增1，在声明枚举类型的时候也可以赋初值。比如：
enum Color
{
RED=1,
GREEN=8,
BLUE
};
这个BLUE的值是在前面的基础上递增1，也就是9。
2. 枚举的使用
只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。
enum Color
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
enum Color clr = GREEN;
3. 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. 便于调试。
4. 使用方便，一次可以定义多个常量。
联合(共用体)
1. 联合类型的定义
1. 联合是一种特殊的自定义类型。
2. 这种类型定义的变量包含一系列的成员，特征是这些成员公用同一块空间，所以联合也叫共用体。
例子：
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
2. 联合的特点
1. 联合的成员是共用同一块内存空间的。
2. 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。
例子：
我们可以看出，这个联合类型大小为4且成员的地址都相同。
如图，i 和 c 共用同一块空间。
.
所以当我们修改 c 的时候，i 也会跟着变。
3. 面试题：判断当前计算机的大小端存储
之前我们学到用指针来判断，这次我们利用联合判断。
思路：i = 1 有两种存储字节序，一种是 00 00 00 01，一种是 01 00 00 00，所以我们就对比第一个字节即可。
int main()
{
union
{
char c;
int i;
}un = {.i = 1};
//判断第一个字节是1还是0
if ((int)un.c) printf("small\n");
else printf("big\n");
return 0;
}
4. 联合大小的计算
1. 联合的大小至少是最大成员的大小。
2. 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。
例子1：
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
答：Un1大小是8字节。
解析：首先c是char数组大小为5，i大小为4，那么Un1大小至少为5，然后我们看5是不是最大对齐数的整数倍，c的对齐数是1因为c的元素类型是char，i的对齐数是4，所以总大小要从5提升到8。
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例子2
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
答：16字节。
解析：第一步，c的大小为14，i的大小为4，那么可以确定Un2的大小至少为14。第二步，判断14是不是最大对齐数的整数倍，很明显14不是4的整数倍，所以14增加到16。
