⌛一、结构体

1.结构的基础知识

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。 数组是一组相同类型的元素的集合。结构体也是一些值的集合，结构体的每个成员可以是不同类型的。

2.结构体的声明

//结构体的声明
struct tag
{
	member_list;
}variable_list;

结构体关键字：struct 结构体的标签：tag 结构体的类型：struct tag 结构的成员列表：member_list 结构体变量列表：variable_list

例如描述一个学生：包括学生的姓名、学号、年龄、性别

struct Student
{
	char name[20];//姓名
	char id[20];//学号
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
};//分号不能丢弃

#include<stdio.h>

struct Stu
{
	char name[20];
	char sex[5];
	char phone[20];
	int age;       //结构体成员变量
}s4,s5,s6; //全局变量

struct Stu s7;//全局变量

int main()
{
	struct Stu s1;//局部的临时变量
	struct Stu s2;
	return 0;
}

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上面的结构体声明方式属于完全声明，当然也存在不完全声明的情况，比如说省略结构体的标签

举例：

//匿名结构体类型
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}x;

struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}*p;  //结构体指针

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。那么问题来了？

**思考：**p = &x; 这句代码合法吗？能在编译器中正常运行吗？ 编译器会报出警告：编译器会把上面两个声明当成完全不同的两个类型，所以是非法的。

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typedef-- - 类型重定义 思考：能否用typedef来重定义匿名结构体类型呢？

例如：

typedef struct
{
	int data;
	Node* next;
}Node;
//这样写代码，可以吗?

这种方式在编译器下是跑不过的！

解决方法：

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

思考：struct Node next; 可以用Node next; 来替代吗？**

答：不可以，typedef对结构体类型重定义，前提是结构体类型先完成创建后，再对其类型名称重定义一个新的类型名称，如果说在创建的结构体内部中就是使用重定义之后的类型名称？是不是还没创建完成就开始用了，这个地方可不能这样时间穿梭！

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3.结构体的自引用

思考：在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢 ?

//代码1
struct Node
{
	int data;
	struct Node next;
};
//可行否?

BUXING

如果可以，那sizeof(struct Node)是多少 ?

理解：假设代码1中的方式可以执行，那么在创建结构体的过程中，struct Node next由于结构体struct Node类型还没创建完成，所以其类型的大小是未知的，而struct Node类型的是否能成功创建又依赖于struct Node next类型大小的确定性。所以这两者自相矛盾。因此上述方法不行！

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结构体正确的自引用方式：

//代码2
struct Node
{
	int data;//数据域
	struct Node* next;//指针域
};

这种方式为什么又可以成功呢？

理解：这里面的结构体自应用方式并不是直接利用结构体来创建变量，而是创建指向该结构体类型的指针，我们知道，指针的大小跟其所指向的类型无关，仅跟平台环境有关，32位平台指针大小为4个字节，64位平台，指针大小为8个字节。正因为指针大小的确定性，所以再自引用的时候结构体类型的整体大小也是可以确定的。

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4.结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那要怎么样来定义结构体变量和初始化变量呢？

举例1：

typedef struct Point
{
	int x;
	int y;
}node;//声明结构体类型的同时定义变量p1
node p2={1,1};
struct Point p3 = { 1,1 };//初始化：定义变量的同时给变量赋值

举例2：

struct Stu//类型声明
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
};
struct Stu s = { "Student_zhang",20 };//初始化

举例3

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1;//声明结构体类型的同时定义变量p1
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,{1,2},NULL };//结构体嵌套初始化

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5.结构体内存对齐

关于结构体的基本使用我们已经掌握了，那么我们现在来讨论一个深层次的问题； 任何的数据类型都应该有其对应的内存空间大小，比如char大小为1个字节，int类型为4个字节，double类型是8个字节等等，没有确定的大小，就无法在创建的时候知道该分配给该类型变量的内存空间是多少。所以，结构体的大小是多少？又该如何计算呢？

这涉及到一个热门考点：结构体内存对齐！

结构体内存对齐规则：

1.第一个成员在与结构体变量偏移量为O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。

①对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。

②VS中默认的值为8，Linux中的无默认值，以自身大小为对齐数

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。

特别注意：第4点这里，嵌套的结构体对齐到的不是结构体整体大小的整数倍，而是结构体自己的最大对齐数的整数倍。

练习1：

#include<stdio.h>
	struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	return 0;
}

分析：

结果展示：

---

练习2：

#include<stdio.h>
struct s2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
	return 0;
}

结果展示：

---

练习3：

#include<stdio.h>
struct s3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s3));
	return 0;
}

分析：

结果展示：

---

练习4：

结构体嵌套问题

#include<stdio.h>
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
}s3;

struct s4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s4));
	return 0;
}

分析：

结果展示：

思考：为什么存在内存对齐 ?

大部分的参考资料都是如是说的 :

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。

⒉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—起。

例如: 将练习1中的方式改成练习2中的方式：

	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所占用的空间大小是有区别的，前者大小为12个字节，后者为8个字节，显然后者这种方式空间利用的效率更高。

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6.修改默认对齐数

#pragma pack 设置默认对齐数

使用#pragma，可以用来改变我们的默认对齐数。 举例

#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()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
	return 0;
}

上面这个代码输出的结果是什么？

分析：s1结构体大小为12，这个在练习1中有详细讲解，关键是s2的大小是多少呢？ 按照结构体内存对齐的规则，此时默认对齐数为1，则有：

结果展示：

**结论：**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来满足需求。

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7.offsetof 宏

这是一个宏，用来计算结构体成员相对于结构体起始位置的偏移量

百度笔试题 :

内容：写一个宏，计算结构体中某变量相对于首地址的偏移，并给出说明

考察︰offsetof宏的实现

之后学习到宏知识再去实习这个功能

#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct s2
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

int main()
{
	printf("%d\n", offsetof(struct s2, c1));
	printf("%d\n", offsetof(struct s2, i));
	printf("%d\n", offsetof(struct s2, c2));
	return 0;
}

---

8.结构体传参

举例：

#include <stdio.h>
struct S
{
	int data[1000];
	double num;
};

struct S s = { {1, 2, 3, 4}, 3.14 };

//结构体传参
void print1(struct S tmp)
{
	printf("%d %lf \n", s.date,s.num);
}

// 结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
	printf("%d %lf \n", ps->date,ps->num);
}

int main()
{
	print1(s);//传结构体
	print2(&s);//传结构体地址
	return 0;
}

结构体传参有两种方式： 一种是传递结构体对象（传值），对应的就是print1函数的方式 一种是传递结构体地址（传址），对应的就是print2函数的方式

**思考：**上面的print1和print2函数哪个好些 ?

答案是∶首选print2函数。

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。

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⚽二、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。

2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

举例：

#include <stdio.h>
struct A
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct A));//占八个字节
	return 0;
}

struct A就是一个位段类型，那么A的大小是多少呢？

要想回答上面的这个问题，首先要了解位段的成员名后边有一个冒号和一个数字，这个数字的含义是什么。实际上冒号后面的数字表示的是二进制bit位，具体分析如下：

扩展： ①实际试验的时候，整型类型均可 ②同一个位段中类型仅出现一种，比如说，int类型和unsigned int类型不同，不能同时在同一个位段中

2.位段的内存分配

1.位段的成员可以是int unsigned intsigned 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**

这些不确定因素体现在： ①空间是否要被浪费？ ②空间是从左向右使用还是从右向左使用？

比如说VS2019：①先开辟1 / 4个字节， ②从右向左使用，空间会被浪费

举例：

#include<stdio.h>
		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;
	return 0;
}

​

执行前：

执行后：

分析：

再看一个位段在内存中存储的分析

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3.位段的跨平台问题

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 : 跟结构体相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间（优点），但是位段有跨平台的问题存在（缺点）

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4.位段的应用场景

网络传输协议包（计算机网络中数据传输协议包会提及）

中文对照版：

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⛲三、枚举

什么是枚举？

枚举顾名思义就是一一列举。

把可能的取值一一列举。

比如我们现实生活中：

比如说我们的现实生活中： ①一周的可能取值，从周一到周日，总共7个可能取值 ②性别的取值，男，女，保密，总共3种可能取值（当然你也可以再添加一种取值可能，比如说未知，但是添加之后的可能取值仍然是可以一一列举出来的，总共4种可能了） ③月份的可能取值，从一月到十二月，总共12个可能取值 ④颜色的可能取值，比如说红橙黄绿青蓝紫 …

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枚举类型的定义

enum Day//星期
{
    //枚举常量
	Mon,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	sun
};
enum sex//性别
{
	MALE,
	FEMALE,
	SECRET
};
enum color//颜色--三原色 rgb
{
	RED,
	GREEN,
	BLUE
};

以上定义的enum Day, enum sex，enum color都是枚举类型。 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，这些值叫做枚举常量。

例如：

enum color//颜色--三原色 rgb
{
    // =数字 视为修改初始值
	RED = 4,
	GREEN = 6,
	BLUE = 8
};

此时该枚举类型的常量值为4，6，8。

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枚举的优点

为什么使用枚举 ?

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.防止了命名污染(封装)

4.便于调试

5.使用方便，一次可以定义多个常量

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枚举的使用

枚举常量给枚举变量赋值

enum color//颜色
{
	RED = 1,
	GREEN = 2,
	BLUE = 4
};
enum color c1r = 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;// err 错误用法 报错
//枚举常量和常量值是有区别的，将常量直接赋值给枚举常量类型，编译器会报错或警告

扩展：枚举类型的常量如果中间某个值被自定义赋值，那么其前面的值仍然从0开始递增，其后面的值按照自定义的值递增。

枚举是一种类型，可以用来定义变量-- - 枚举变量，但是其成员是常量值-- - 枚举常量

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⌚四、共用体

什么是共同体？

共用体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，特征是这些成员共用同一块空间(有的书籍也会将共用体称为联合体)。

比如∶

#include<stdio.h>
	//共用体类型的声明
	union Un
{
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	union Un u;
	printf("%d\n", sizeof(u));
	printf("%d\n", sizeof(u.c));
	printf("%d\n", sizeof(u.i));

	printf("%p\n", &u);
	printf("%p\n", &(u.c));
	printf("%p\n", &(u.i));
	return 0;
}

内存分析：

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共用体的特点

共用体的成员是共用同一块内存空间的，这样一个共用体变量的大小，至少是最大成员的大小(因为共用体至少得有能力保存最大的那个成员)。

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共用体大小的计算

1.共用体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。

举例：

#include<stdio.h>
union u1
{
	char ch[5];
	int i;
};
union u2
{
	short s[7];
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(union u1));
	printf("%d\n", sizeof(union u2));
	return 0;
}

分析：

u1中数组ch有5个元素，大小为5个字节，那么u1大小为5，但是因为5不是最大对齐数4（int）的倍数，对齐到最大对齐数4后大小为8。 u2中数组s有7个元素，大小为7 * 2 = 14个字节，14不是最大对齐数4的倍数，对齐到4的倍数后大小为16。

结果展示：

---

共用体的应用举例

利用共用体的特点，我们可以用来判断计算机的大小端字节序

#include<stdio.h>
union u1
{
	char ch;
	int i;
};

int main()
{
	union u1 a;
	a.i = 1;
	if (a.ch == 1)
		printf("小端字节序\n");
	else
		printf("大端字节序\n");
	return 0;
}