本章重点

1.结构体

本章重点

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

1.结构体

1.1 结构的基础知识

1.2 结构的声明

例如描述一个学生：

1.3 特殊的声明

比如：

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？

警告：

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。

1.4 结构的自引用

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？

结构体是不能自己嵌套自己的

正确的自引用方式：

注意

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
typedef struct
{
	int data;
	Node* next;
}Node;

int main()
{
	Node n;

	return 0;
}

上面这样的写法是有问题的，编译器还是会报错，

正确书写

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
typedef struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
}Node;

int main()
{
	Node n;

	return 0;
}

1.5 结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那如何定义变量，其实很简单。

顺便一提结构体的访问：

直接访问用 . 操作符
间接访问用指针再使用 . -> 操作符

1.6 结构体内存对齐

我们已经掌握了结构体的基本使用了。

现在我们深入讨论一个问题：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

考点: 结构体内存对齐

如何计算 ？

首先得掌握结构体的对齐规则：

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 。

VS中默认的值为8

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。

代码一

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

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

代码二

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

代码三

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));
	return 0;
}

代码四

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct S4
{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
	return 0;
}

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 ：

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

比如说：

存在内存对齐，一次就能拿到i的所以字节
而如果没有内存对齐，拿i的话，就需要访问两次

总体来说：

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：

例如

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。

1.7 修改默认对齐数

之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#pragma pack(2)
struct S
{
	char c1;
	int i;//
	char c2;//
};

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

结论：

百度笔试题：

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

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#pragma pack(2)
struct S
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

int main()
{
	printf("%d\n", offsetof(struct S, c1));
	printf("%d\n", offsetof(struct S, i));
	printf("%d\n", offsetof(struct S, c2));

	return 0;
}

这里打印的就是刚才struct S的成员c1,i,c2的偏移量

注：这里还没学习宏，可以放在宏讲解完后再实现。

这里再多说一嘴：Linux中的gcc是没有对齐数的

1.8 结构体传参

直接上代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
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;
}

虽然结果是一样的，但首选print2函数。
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。
以后在细说，现在解释有点麻烦

结论：

结构体传参的时候，要传结构体的地址。

2. 位段

结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能力。

2.1 什么是位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

其实，char 也行

比如：

A 就是一个位段类型，那位段A 的大小是多少？

这里我就不打印了，感兴趣的话可以试试:

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。

看代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#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;
}

大小端是字节序才考虑的这里不考虑
上面说了：位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的
这里我是在vs2019中测试的，仅供参考

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。

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：

2.4 位段的应用

这里我说一个简单一点的例子，

两个比特位有四种组合：00,01,10,11，

性别：男，女，保密，用两个比特位足够表示，char a : 2就行了，不用int a
有时候用位段，比定义变量，定义结构体更加节省空间

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。

比如我们现实生活中：

这里就可以使用枚举了。

3.1 枚举类型的定义

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

：

3.2 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：

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

这里顺便说一下，define定义的宏和字符在预处理就替换了

3.3 枚举的使用

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
void menu()
{
	printf("*****************************\n");
	printf("****  1. add    2. sub  *****\n");
	printf("****  3. mul    4. div  *****\n");
	printf("****  0. exit          *****\n");
	printf("*****************************\n");
}

enum Option
{
	EXIT,//0
	ADD,//1
	SUB,//2
	MUL,//3
	DIV,//4
};

int main()
{
	int input = 0;
	do
	{
		menu();
		printf("请选择:>");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case ADD://case 1:
			break;
		case SUB://case 2:
			break;
		case MUL://case 3:
			break;
		case DIV://case 4:
			break;
		case EXIT://case 5:
			break;
		default:
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

使用了枚举提高了代码的可读性，
使用枚举比define直接定义字符要简洁，

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）。

比如：

4.2 联合的特点

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
union Un
{
	char c;//1
	int i;//4
};

int main()
{
	union Un u = {10};
	u.i = 1000;
	u.c = 100;

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

	printf("%d\n", sizeof(u));//

	return 0;
}

面试题：

代码一

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int check_sys()
{
	int a = 1;
	if ((*(char*)&a) == 1)
	{
		return 1;//小端
	}
	else
	{
		return 0;//大端
	}
}

int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");

	return 0;
}

在前几章的时候，我也有说过判断计算机的大小端，我当时使用(char *)void *，然后判断第一个字节是不是1，

代码二

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int check_sys()
{
	union U
	{
		char c;
		int i;
	}u;
	u.i = 1;
	return u.c;
	//返回1 就是小端
	//返回0 就是大端
}

int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");

	return 0;
}

上面是用了联合体的方法实现的，主要是因为联合体的地址是共用的，char c和int i的地址是一样的

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。

比如：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
union Un
{
	char a[5];//1    5
	int i;//4
	char c;//1
};

int main()
{
	union Un u;
	printf("%d\n", sizeof(u));

	return 0;
}

最大成员的大小是5，最大对齐数是4，所以结果是8

比如：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
union Un
{
	short s[5];//2 10
	int a;//4
};

int main()
{
	union Un u;
	printf("%d\n", sizeof(u));

	return 0;
}