一结构体

1.1 结构的基础知识

1.2 结构的声明

1.3 特殊的声明

1.4 结构的自引用

1.5 结构体变量的的定义和初始化

1.6 结构体内存对齐

1.7 修改默认对齐数

1.8 结构体传参

二位段

2.1 什么是位段

2.2 位段的内存分配

2.3 位段的跨平台问题

三枚举

3.1 枚举类型的定义

3.2 枚举的优点

四联合（共同体）

4.1 联合类型的定义

4.2 联合大小的实现

励志环节

一个人使劲踮起脚尖靠近太阳的时候，全世界都挡不住他的阳光。

本章重点

C语言中除了有char,short,int,long,long long,double,foat这些内置类型，还有结构体，枚举，联合等这些自定义类型。

结构体：结构体类型的声明结构的自引用结构体变量的定义和初始化结构体内存对齐结构体传参结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

枚举：枚举类型的定义枚举的优点枚举的使用

联合：联合类型的定义联合的特点联合大小的计算

一结构体

1.1 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。

1.2 结构的声明

#include <stdio.h>

struct stu//struct是结构体关键字，stu是结构体标签
{
	//这里面放成员列表
	char name[10];
	char sex[5];
	int age;
	int height;
}s2,s3,s4;//这里的s2,s3,s4也是结构体变量，是一个全局变量

struct stu s5;//这里的s5是结构体变量，是一个全局变量

int main()
{
	struct stu s1 = { "xianming", "nan", 18, 43 };//这里的s1就是结构体变量，是一个局部变量
	return 0;
}

1.3 特殊的声明

匿名结构体类型

#include <stdio.h>

struct
{
	char c;
	int a;
	double d;
}e;//结构体变量必须在这里命名，而且只能使用一次

struct
{
	char c;
	int a;
	double d;
}* ps;

int main()
{
	ps = &e;//在这里是不能这样用的，会出现错误，即使结构体成员一模一样也不可以
    //编译器认为等号两边是不同的结构体类型，所以这种写法是错误的
	return 0;
}

编译器会把上面的两个结构体声明当成完全不同的两个类型。所以是非法的

省略结构体标签，编译器也会认为这两个结构体是不同的。（虽然省略结构体标签后，这两个结构体成员是一样的）

1.4 结构的自引用

下面为正确的自引用的方式：

struct Node
{
	int m;
	struct Node* next;
};

#include <stdio.h>

typedef struct Node//重命名这个结构体为Node
{
	int data;
	struct Node* next;
}Node;
//这种方法尽量不要使用，不建议
int main()
{
	struct Node s2 = { 0 };//这种写法是可以的
	Node s1 = { 0 };//这种写法也是可以的
	return 0;
}

1.5 结构体变量的的定义和初始化

定义：

struct stu    
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};
int main()
{
	struct stu s;
	return 0;
}

struct stu    
{
	char name[20];
	int age;
    float score;
}s1, s2;//这里的s1 s2 和s一样，也是结构体变量，（全局的）
struct stu s3;//定义一个初始化变量 全局变量
int main()
{
	struct stu s;//s就是结构体变量，struct stu 就是和int char float 一样的类型,但是却是局部的
	return 0;
}

初始化：

struct stu    
{
	char name[20];
	int age;
	float score;
};

struct stu s2 = { "xiaohong", 20, 97.5f };

int main()
{
	struct stu s = { "xiaoming", 20, 97.5f };//97.5 后面加f说明是float类型，不加的话，会默认为为double类型
	printf("%s %d %f", s.name, s.age, s.score);
	return 0;
}

结构体嵌套初始化
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; 

struct Node n2 = {10, {4,5}, NULL};

1.6 结构体内存对齐

这个知识点比较重要

计算结构体的大小，这也是一个特别热门的考点：结构体内存对齐

代码1展示：

#include <stdio.h>
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	return 0;
}

运行的结果是：12

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>

struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
//offsetof(a,b)计算的是返回的是size_t,a代表结构体类型名，b代表结构体成员名,头文件是<stddef.h>
//偏移量，第一个位置的偏移量是0.
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
	printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
	printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));
	return 0;
}

打印结果：12 0 4 8

c1是第一个成员，所以是0，第二个成员的对齐数是4，所以从4开始，因为int是4个字节，所以占了4个位置，然后c2的对齐数是1，然后8是1的倍数，所以是8.此时的大小是9（因为还有一个0处位置的大小），因为最终大小是最大对齐数的整数倍，所以是12个字节

对齐规则

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0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。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。（比如该成员是int 4，与8相比，选择4，然后因为） VS中默认对齐数的值为8，linux没有默认对齐数，所以对齐数就是成员自身本身的大小
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，然后根据嵌套结构体的大小，占据相应的字节数，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。

注意： 为了可以既要对齐，又要省空间。可以让占用空间小的成员尽量集中在一起，以防浪费空间

（每一个成员都要确认一个对齐数，从0开始，总大小（注意加上0的大小）为最大对齐数的倍数）

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。
2. 性能原因：（32位平台，4个字节4个字节的读）
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。

1.7 修改默认对齐数

#pragma 这个预处理指令，可以改变我们的默认对齐数

#include <stdio.h>
#pragma pack(2)  //设置默认对齐数为2
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

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	return 0;
}

打印结果：8

在不改变的情况下为，12.

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

1.8 结构体传参

结构体传参的时候，要传结构体的地址

#include <stdio.h>
struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
void print2(struct S* ps)
{
	printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
	print2(&s); //传地址
	return 0;
}

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。

二位段

结构体实现位段的能力

2.1 什么是位段

（1）位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。（还可以是char类型）
（2）位段的成员名后边有一个冒号和一个数字

#include <stdio.h>
struct A
{
	int _a : 2;//_a需要2个比特位
	int _b : 5;//_b需要5个比特位
	int _c : 10;//_c需要10个比特位
	int _d : 30;//_d需要30个比特位
};  //这就是一个位段
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct A);
    return 0;
}

运行结果为：8

上述代码位段，首先因为是int类型，所以开辟了4个字节（byte）（32个比特位）的空间，第一行用了2个比特位，第二行用了5个比特位，第三行用了10个比特位，此时还剩下15个比特位，但是第四行需要30个比特位，因为是int类型所以有开辟了4个字节。所以一共是8个字节。

对于是先用第一次开辟的剩下15个字节再用第二次开辟的32位中的15个比特位，还是直接用第二次开辟的空间的30个字节，这是C语言中没有定义的。

include <stdio.h>

struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};

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

代码运行结果：3

在这里我们可以猜测VS2019，上一次开辟的空间剩下的不够用时，是被抛弃了，并没有用，直接用新开辟的空间。

2.2 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

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;
}

关于位段成员，怎么在内存中分配，C语言中没有明确的规定，要看编译器，VS2019就是上图所示。

2.3 位段的跨平台问题

1. int 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。（在早期16位平台上，sizeof（int）的大小是16bit，在当前32位平台和64位平台是32bit，当写的数字大于16，放在32位或者是64位平台上是有问题的）

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。

位段本身是不跨平台的。

三枚举

枚举顾名思义就是列举，把可能的取值列举。（枚举是一个常量）

一周是从星期一到星期日，是有限的，可以一一列举出来。

3.1 枚举类型的定义

#include <stdio.h>
enum Day
{
	//枚举的可能取值
	Mon,
	Tues,
	Wed,
	Thir,
	Fri,
	Sta,
	Sun
};
int main()
{
	enum Day d = Sun;
	printf("%d\n", Mon);
	printf("%d\n", Tues);
	printf("%d\n", Wed);
	return 0;
}

打印的结构为：0 1 2；

以上定义的的enum Day 就是一个枚举类型，{}中的内容是枚举类型的可能取值，叫做枚举常量。

这些可能取值都是有值的，默认从0开始，依次加一，也可以在定义的时候赋初值。


#include <stdio.h>

enum Day
{
	//枚举的可能取值
	Mon = 2,
	Tues = 3,
	Wed,
	Thir,
	Fri,
	Sta,
	Sun
};

int main()
{
	enum Day d = Sun;
	printf("%d\n", Mon);
	printf("%d\n", Tues);
	printf("%d\n", Wed);
	return 0;
}

打印的结果为：2 3 4

#include <stdio.h>

enum Day
{
	//枚举的可能取值
	Mon = 2,
	Tues,
	Wed = 3,
	Thir,
	Fri,
	Sta,
	Sun
};

int main()
{
	enum Day d = Sun;
	printf("%d\n", Mon);
	printf("%d\n", Tues);
	printf("%d\n", Wed);
	return 0;
}

打印结果：2 3 3

枚举是一个常量，在定义枚举的时候后（无论有没有赋值），不可以对可能取值的值进行改变。例如：Mon= 3；（如果想让值发生改变，只能在定义枚举的时候进行赋值）

#include <stdio.h>

enum Day
{
	//枚举的可能取值
	Mon,
	Tues,
	Wed,
	Thir,
	Fri,
	Sta,
	Sun
};

int main()
{
	enum Day s = Mon;// 定义的变量只能是，枚举里面的元素，不能是数字
//只能用枚举常量给枚举变量赋值
	printf("%d\n", Mon);
	printf("%d\n", Tues);
	printf("%d\n", Wed);
	printf("%d\n", s);//0
	printf("%d\n", sizeof(s));//因为是int类型，所以是4
	return 0;
}

3.2 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

四联合（共同体）

4.1 联合类型的定义

联合是一种特殊的自定义类型，这种类型定义的变量包含一系列的成员，特征是这些成员共用同一块空间。

#include <stdio.h>

union Un
{
	char c;
	int i;
};

int main()
{
	union Un u;
	printf("%d\n", sizeof(u));
	printf("%p\n", &u);
	printf("%p\n", &(u.c));
	printf("%p\n", &(u.i));
	return 0;
}

打印结果： 4 007D9BC 007D9BC 007D9BC

起始地址是一样的，共用一块地址，所以是4个字节。（但是i和c不能一起用这块地址）

联合的成员是共用同一块内存空间的，联合的大小至少是最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。

习题:判断当前计算机的大小端存储

知识点：低位放在低地址是小端，低位放在高地址是大端

常规写法：

#include <stdio.h>

int cheak_sys()
{
	int a = 1;//00 00 00 01(16进制)
	return *((char*)&a);
}

int main()
{
	int ret = 0;
	ret = cheak_sys();
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

用联合的方法写：

#include <stdio.h>

int cheak_sys()
{
	union Un
	{
		char c;
		int i;
	}u;
	u.i = 1;
	return u.c;
}

int main()
{
	int ret = 0;
	ret = cheak_sys();
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

打印结果：小端

4.2 联合大小的实现

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。

（和结构体一样）但是注意起始地址是一样的

#include <stdio.h>
union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};
union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));//8
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16
	return 0;
}

自定义类型到这里就结束了！！！