结构是一些值的集合，这些值是可以是不同类型的变量。生活中的复杂对象可以用结构体描述，比如描述一个学生、一本书、一辆车。这些复杂对象可以用结构体来描述。用结构体描述一个学生，学生可以有学号、姓名、性别。描述本书，书可以有书名、出版社、售价等，这些属性称为结构体成员。当C语言自身的类型难以描述时，可以自己定义一个类型来描述结构体对象。

结构体声明

stu相当于是这个结构体的一个全局变量。


struct Student
{
    char id[12];
    char name[20];
    char age[5];
}stu;

结构体特殊声明

定义的结构体没有名字就叫做匿名结构体，定义了匿名结构体必须在结构在下面定义结构体变量，否则因为没有结构体名而找不到该结构体，这何必还浪费空间定义呢？匿名结构体只能使用一次，使用之后以后就不能使用了。

当执行*px = &x时编译器会报警告，说两边的类型不兼容。就算两个结构体的成员一模一样，编译器也会认为这两个匿名结构体是两种完全不同的类型。


//匿名结构体
struct
{
    char name[10];
    char id[13];
}x;
 
struct 
{
    char name[10];
    char id[13];
}*px;
 
int main()
{
    //warning C4133: “=”: 从“*”到“*”的类型不兼容
    *px = &x;
 
    reutnr 0;
}

结构体自引用


struct str
{
    char* ps;
    struct stu next;//error
}
 
//正确做法
struct str
{
    char* ps;
    struct stu* next;
};

如果像上面的代码，在结构体里直接定义了一个结构体，那么想像一下，里面的结构体里还有一个这样的结构体，这样无穷无尽的套娃下去，那么请问这个结构体类型的大小是多少？是无穷大，这样是没有办法去计算该类型的大小。所以应该像下面的代码一样，应该在结构体内定义的是一个下一个结构体的指针，指针都是4个字节，那么结构体类型的大小就能被计算出来了。

重命名结构体


//error
typedef struct
{
    char* ps;
    Node* next;
}Node;
 
//正确做法
typedef struct Node
{
    char* ps;
    Node* next;
}Node;

第一种方式，当对类型进行重命名时，那个类型必须是清晰可见的，这种匿名的方式是不允许的。成员里的Node是需要通过被重命名之后的Node来定义的，当定义了成员的Node时，被重命名的Node还没有创建出来，所以这种方式就是错误的。

结构体初始化


struct Point
{
 int x;
 int y; 
}p1; 
struct Point p2; 
//初始化
struct Point p3 = {1, 5};
 
 
struct Stu
{
 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};

结构体内存对齐（重点）

敲黑板！！！类型都有类型大小，那结构体的大小怎么计算？下面代码，sizeof计算该结构体大小是多少？是不是6个字节呢？


typedef struct Node
{
    char a;//1
    int b;//4
    char c;//1
}Node;
 
//1+4+1 = 6 ?
 
int main()
{
    printf("%d\n",sizeof(Node));
 
    return 0;
}

sizeof计算出的结果是12个字节大小，这就和编译器的对齐数有关了。

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 （不同的编译器的默认对齐数也可能不同）

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。

offsertof的使用

有一个叫offsetof宏，是用来计算偏移量的，所谓偏移量，就是一个成员在它的起始位置的偏移量。什么意思呢？假设你跑步，当你跑出10米时，那你离起点就是10米，这10米就是你与起点的偏移量。offsetof就是用来计算成员离起始位置的偏移量的。

使用offsetof需要引头文件（#include<stddef.h>）参数1：结构体名，参数2：成员名，返回类型是个无符号整形。使用只要把结构体名和结构体成员名传入进去就可以计算出该成员相较于起始位置的偏移量。


#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
typedef struct Node
{
    char a;//1
    int b;//4
    char c;//1
}Node;
 
int main()
{
    printf("%d\n",offsetof(Node,Node.a));//0
    printf("%d\n",offsetof(Node,Node.b));//4
    printf("%d\n",offsetof(Node,Node.c));//8
 
    return 0;
}

根据偏移量画图演示：

如果改变一下结构体成员的顺序，计算的结果又会不同。


typedef struct Node
{
    char a;//1
    char c;//1
    int b;//4
}Node;
 
int main()
{
    printf("%d\n",sizeof(Node));
 
    return 0;
}

所以在定义结构体时，尽量可以把小的结构体成员放在一起，可以减少内存对齐带来的空间浪费。

为什么存在对齐数

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。总的来说，就是用空间来换时间。

修改对齐数

默认对齐数是可以被修改的，通过#pragma就对默认对齐数进行修改。当认为默认对齐数不合适时可以修改默认对齐数。


#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct Node
{
//中间的结构体的默认对齐数被修改为1
    char a;//0偏移
    char b;//1偏移
    int c;//6偏移
};
#pragma pack()//取消
 
int main()
{
    printf("%d",sizeof(Node));//6
 
    return 0;
}

结构体如何科学传参

当需要对结构体进行传参时，参数需要进行压栈，会有时间和空间上的开销。如果结构体较大，直接对结构体进行传参，那么参数压栈的开销就会比较大，导致性能下降。那么该如何解决？如果是传结构体指针问题就解决了，指针是4个字节，如果是传结构体指针，那么既可以对结构体变量直接进行操作，又节省了时间和空间的开销。


struct Node
{
    char a;
    int b;
    double c;
};
 
void test(struct Node s)
{
    ;
}
 
int main()
{
    struct Node s1;
    struct Node s2;
    test(s1);
    test(&s2);//传指针更优
 
    return 0;
}

位段

介绍完结构体，就要讲讲位段的概念了。

位段必须是int、signed int 、char 或者 unsigned int 类型的，位段的后面有一个冒号和一个数字。

位段的位其实是表示二进制位，(如下)_a:5其实代表_a占2个比特位，_b占5个比特位。


struct A
{
    int _a:2;
    int _b:5;
    int _c:10;
    int _d:30;
};

最后计算A这个结构体大小结果为8个字节，可是所有结构体全部加起来也才47个比特位，也就是应该是6个字节呀，为什么用了8个字节。其实位段其实也是有类似于对齐数的概念的。

位段是以4个字节(int) 或者1个字节(char) 来开辟的。

首先上来内存会先给_a开辟4个字节（即32bit），_a占了2个比特位，那这4个字节还有30个比特位，_b再使用这30个比特位，还剩25个比特位，_c同理，使用了10个比特位之后还剩15个比特位。15个比特位不够存储_d的30个比特位，所以编译器又给_d单独开辟了4个字节，那不管那15个比特位有没有被使用，结构体A都是8个字节了。

那15个字节是浪费还是被使用，C语言标准也没有规定，所以这完全取决于编译器，不同的编译器带来的结果可能不同。所以位段是不跨平台的，在注重可移植的程序应该避免使用位段。

位段应该怎么用最合理？假设_a占两个比特位，那它的取值无非就是00,01,10,11，当它的取值只可能是这个范围，使用位段就可以节约一些空间。虽然位段可以节省空间，但在一定情况也可能产生一些浪费。

枚举类型

枚举类型也是比较常用的类型，枚举也就是一一列举，比如星期几，性别等。


enum N
{
    A;
    B;
    C;
    D;
};

默认情况下A默认数值是0，向后递增，那么到D就是3。当然可以对默认数值进行初始化，假设A被初始化为10，那么之后的默认数值就是从10开始向后递增。由于枚举类型的成员都是常量，所以初始化后数值不能在其他地方改变。

枚举的优点

我们有了#define 定义的常量为什么还要使用枚举呢？

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

例如：


enum Sex
{
    MALE,
    FEMALE
};
 
int main()
{
    int input = 0;
    scanf("%d", &input);
    switch (input)
    {
        //0
    case MALE:printf("男人\n");break;
        //1
    case FEMALE:printf("女人\n");break;
    }
    return 0;
}

联合体(共用体)

联合体又叫做共用体，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，特征是这些成员公用同一块空间（所以联合也叫共用体）。

例如：


union Un
{
    char c;
    int i;
};
 
int main()
{
    printf("%d\n",sizeof(union Un));//4
 
    return 0;
}

计算这块空间，是4个字节，因为两个变量是同时使用一块空间的，空间大小是按照变量中最大的一块空间。所以计算类型大小也不复杂，无脑选最大的一个成员大小就可以了（因为联合体至少要有能力保存最大的联合体成员）。

所以可以推断联合体应该类似于这样的一个机构：

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