1. 结构体
1.1 结构体的声明
⚽️ 结构体的定义：
- 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
🏀 结构的声明
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
1.2 特殊的声明
🐭 在声明结构的时候，可以不完全的声明，这就是所谓的匿名结构体类型
struct
{
char book_name[20];
char author[20];
int price;
char id[15];
}sb1;
struct
{
char book_name[20];
char author[20];
int price;
char id[15];
}* ps;
这里我们需要注意的是：在上面代码的基础上，ps = &sb1; 这种情况是不合法的，因为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。
1.3 结构体的自引用
🐼 在结构中包含一个类型为该结构本身的成员也是可以的，这种情况被称为结构体的自引用，那么一个结构体如何进行自引用呢？
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};//这种方法是错误的
//这种声明实际上是一个无限循环，成员next是一个结构体，
//next的内部还会有成员是结构体，依次下去，无限循环。
//在分配内存的时候，由于无限嵌套，也无法确定这个结构体的长度，
//所以这种方式是非法的
/*******************************/
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};//这才是正确的自引用方式
1.4 结构体变量的定义和初始化
有了结构体类型，定义变量其实也很简单
struct Point
{
int x;
int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //定义结构体变量p2
//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {x, y};
struct Stu //类型声明
{
char name[15];//名字
int age; //年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化
1.5 结构体的内存对齐
结构体的基本使用我们已经掌握，那么一个结构体的大小应该如何计算呢？
下面我们可以看一个例子：
很显然如果结构体的大小等于所有变量所占的字节数的话那么结果不应该是9吗？显而易见，结构体的大小的计算还有别的因素，这就涉及到了结构体的内存对齐。
🐶 结构体的对齐规则是什么？
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
- 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中默认的自动对齐数为8- 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。
- 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
以上面的例子为例，我们来解释一下结构体的对齐规则
🐱 为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是如下说的：
-
- 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
-
- 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;
};
S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小却有了一些区别。
1.6 修改默认对齐数
#pragma 这个预处理指令，这里我们使用它，可以改变我们的默认对齐数。
#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;
}
所以：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。
1.7 结构体传参
这里我们直接上代码：
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//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()
{
print1(s); //传结构体
print2(&s); //传地址
return 0;
}
那么上面的 print1 和 print2 函数哪个好些？
答案是：首选print2函数
原因是： 1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。
2. 位段
2.1 什么是位段
🦊 位段的声明和结构是类似的，有两个不同：
-
位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
-
位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
例如：
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
int main()
{
printf("%d",sizeof(struct A));
return 0;
}
A就是一个位段类型，那么，A的大小是多少呢？
结果为 8, 冒号后面的数字表示的是每个类型所占用的bit位，刚开始开辟了一个int型大小的变量占4个字节，四个int型的变量加起来超过了32个bit位，所以需要两个int型的变量，大小为8个字节。
2.2 位段的内存分配
- 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
- 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。
- 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。
🐶 我们举个栗子来看：
struct A
{
char a : 2;
char b : 5;
char c : 6;
};
int main()
{
struct A a = { 0 };
a.a = 10;
a.b = 11;
a.c = 9;
printf("%d\n", sizeof(struct A));
return 0;
}
a占2个比特位，所以只能把a截断，取a中的后两位存进去，b占5个比特位，所以可以全部拿出来，此时第一个字节还剩6个比特位，可以将b全部放进去，而c占6个比特位，此时第一个字节只剩下了2个比特位，不够存c，所以将这两个比特位浪费掉，在下一个字节中把c存进去。
在vs2019上可以验证我们的结果：
这里是vs2013的一个测试用例,同样可以得到验证：
2.3 位段的跨平台问题
- int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
- 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。
- 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。
- 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
2.4 位段的应用
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。
比如在我们现实生活中：
- 一周的星期一到星期天是七天，可一一列举。
- 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。
3.1 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
};
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：
- 增加代码的可读性和可维护性
- 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
- 防止了命名污染（封装）
- 便于调试
- 使用方便，一次可以定义多个常量
3.3 枚举的使用
enum Color//颜色
{
RED = 1,
GREEN = 2,
BLUE = 4
};
int main()
{
enum Color clr = GREEN;
//只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。
//clr = 5;/*这种写法是错误的*/
return 0;
}
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）
例如：
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));
return 0;
}
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）。
union Un
{
int i;
char c;
};
int main()
{
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗？
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));
return 0;
}
我们不难发现，因为他们公用的是同一块内存空间，所以他们的地址也是相同的。
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。
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
int main()
{
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));//8
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16
return 0;
}
4.4 一道面试题
💖 判断当前计算机的大小端存储
由于在 数据的存储 的那一块内容已经介绍了一种方法，现在我们用联合体来实现第二种方法。
int check_sys()
{
union Un
{
char c;
int i;
}u;
u.i = 1;
return u.c;
}
int main()
{
//int num = 0x11223344;
int ret = check_sys();
if (ret == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
}
