结构体struct，枚举enum，联合union_struct enum

前言：Hello大家好，我是@每天都要敲代码！今天就带大家学习一下新的内容；三大自定义类型：结构体struct，枚举enum，联合union；看着内容很少，其实知识点也很丰富；希望下面我的讲解能让大家有所收获！

目录

1. 结构体

1.1 结构的基础知识和声明

1.2 匿名结构体的声明

1.3 结构的自引用

1.4 结构体变量的初始化和打印

1.5 结构体内存对齐（结构体大小的计算）

1.6 修改默认对齐数

1.7 offsetof 库函数的使用

1.8 结构体传参

2. 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 

2.4 位段的应用 

3. 枚举

3.1 枚举类型的定义

3.2 枚举类型的优点

3.3 枚举类型的使用

4. 联合（共用体）

4.1 联合类型的定义 

4.2 联合的特点 

4.3 联合的实际应用

4.4 联合大小的计算

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1. 结构体

1.1 结构的基础知识和声明

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。我们需要掌握：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）！

回顾：数组是一组相同类型的元素的集合！

对于结构体的声明，我们就拿一个例子来解释；更加的容易理解：

❤️例：

1.2 匿名结构体的声明

匿名结构体的声明是指在声明结构的时候，可以不完全的声明！还是不明白什么意思？我们不妨拿个例子来理解：

❤️例：

1.3 结构的自引用

❤️1、一个结构体引用另一个结构体

 一个结构体引用另一个结构体是完全没问题的！

❤️2、自己的结构体引用自己

结构体里面，自己引用自己，会造成死循环；相当于死递归，是错误的引用！

❤️3、正确的自引用方法

一个结构体不是包含同类型结构体的变量，而是包含同类型结构体的指针，是完全没问题的！

1.4 结构体变量的初始化和打印

❤️例：

1.5 结构体内存对齐（结构体大小的计算）

首先先介绍一下对齐规则：

（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。

tips：一定要先理解上面的四句话，在进行习题的练习！

❤️例题1：

 ⭐️对于结构体S：

（1） c1放在偏移量为0处，且占一个字节！

（2）i占4个字节，直接从偏移量为1处开始？当然不是！其他成员变量要对齐到某个（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 = VS中默认的值为8与 该成员大小的较小值。所以对齐数应该是4，应该从4的倍数开始，要舍去1、2、3这三个字节！最终从4开始：4、5、6、7；如下图：

（3）最终结构体的大小，也要是这个结构体成员变量的对齐数最大值的整数倍！这里也就是4的倍数；结合（2）最终结果就是8！

⭐️对于结构体S2：

（1）c1放在偏移量为0处，且占一个字节！

（2）i占4个字节，直接从偏移量为1处开始？当然不是！其他成员变量要对齐到某个（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 = VS中默认的值为8与 该成员大小的较小值。所以对齐数应该是4，应该从4的倍数开始，要舍去1、2、3这三个字节！最终从4开始：4、5、6、7；

（3）c2占一个字节，对齐数 = VS中默认的值为8与 该成员大小的较小值。所以对齐数应该是1；刚好放到8的位置；如下图：

 （4）（3）最终结构体的大小，也要是这个结构体成员变量的对齐数最大值的整数倍！这里也就是4的倍数；结合（2）（3）最终结果就是：12；而不是9（9不是4的倍数）；所以最终还是会浪费3个字节9、10、11！

❤️例题2：

⭐️对于结构体S：

通过画图我们知道，S的大小应该是9，但是9却不是4的倍数；所以最终结果就是12！

⭐️对于结构体S2：

 通过画图我们知道，S2的大小应该是16，16刚好是4的倍数；所以最终结果就是16！

⭐️对于结构体S3：

 通过画图我们知道，S3的大小应该是8，8刚好是4的倍数；所以最终结果就是8！

⭐️对于结构体S4：

 通过画图我们知道，S4的大小应该是16，16刚好是8的倍数；所以最终结果就是16！

⭐️对于结构体S5：

对于结构体S5；里面嵌套着结构体S4；首先是c1在偏移量0处，且占1个字节！然后是结构体S4我们已经计算出来是16字节的大小；这就占17个字节就是0-16，下一个位就是17开始；最后d占8个字节，17不是8的倍数，应从8的倍数24开始，数8个就是到31；所以最终结果就是32！

补充：

（1）在设计结构体的时候，既要满足对齐，也要节省空间，怎么做到？
答：让占用空间小的成员尽量集中到一起！

（2）为什么存在内存对齐？

答：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。

1.6 修改默认对齐数

#pragma预处理指令，可以改变我们的默认对齐数；修改命令是：#pragma pack(n)

❤️例1：

⭐️按照默认对齐数8来计算：

通过画图我们知道，此时大小应该是16，16刚好是8的倍数；所以最终结果就是16！ 

⭐️按照修改的对齐数4来计算： 

 通过画图我们知道，此时大小应该是8，8刚好是8的倍数；所以最终结果就是8！

❤️例2：

这里就不在画图了，感兴趣的小伙伴自己动手画图试试吧！

⭐️按照默认对齐数8来计算：

c1从偏移量0处开始，且占一个字节；

i占4个字节，对齐数取4和8的较小值；应从4的倍数4开始，占四个字节：4、5、6、7；

c2从8开始，且占一个字节；所以最终就是0-8共9个字节，取4的倍数就是12！

⭐️按照修改对齐数2来计算：

c1从偏移量0处开始，且占一个字节；

i占4个字节，对齐数取4和2的较小值；应从2的倍数2开始，占四个字节：2、3、4、5；

c2从6开始，且占一个字节；所以最终就是0-6共7个字节，取2的倍数就是8！

⭐️按照修改对齐数1来计算：

c1从偏移量0处开始，且占一个字节；

i占4个字节，对齐数取4和1的较小值；应从1的倍数1开始，占四个字节：1、2、3、4；

c2从5开始，且占一个字节；所以最终就是0-5共6个字节，取1的倍数就是6！

1.7 offsetof 库函数的使用

offsetof库函数是计算结构体中某变量相对于首地址的偏移；引用的头文件是<stddef.h>；对于怎么模拟实现offsetof，我们以后回说！这里暂时只掌握如何使用即可！

size_t offsetof( 结构体, 每个成员变量 )

1.8 结构体传参

对于结构体的传参，有两种形式：一种是传值调用；一个是传址调用！我们首选传址调用，为什么呢？

（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。
（2）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。

❤️例：

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

❤️例：

2.2 位段的内存分配

注意：

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。
总结：位段的意义，是节省内存空间，根据实际的要求来分配（按需分配）所需要的空间。位段分配空间是按照比特位来分配的，一个字节 = 8个比特位！

❤️例：

解释：

对于整型数据int我们就一次开辟4个字节32个比特位；对于浮点型数据char我们就一次开辟1个字节8个比特位！

（1）整型数据，先开辟4个字节32比特位；对于_a占2个比特位，所以还剩下30个比特位；

（2）对于_b占5个比特位，所以还剩下25个比特位；

（3）对于_c占10个比特位，所以还剩下15个比特位；

（4）对于_d占30个比特位，还剩下的15个比特位完全不够用，所以又需要开辟4个字节32比特位；所以总共使用了8个字节！

注意：但是对于（4）的使用，是先使用了（3）剩余的15个比特位，在使用新开辟的；还是把上面的15个比特位直接舍去，全都使用新开辟的空间？这就是一个问题！所以位段肯定是不跨平台的！

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：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。

❤️例：利用一个例子来验证VS中位段是从左到右分配还是从右到左分配？是舍弃剩余还是利用剩余？

画图分析一下： 

 总结：

（1）在VS中，位段中的成员在内存中从右向左分配（从低地址到高地址分配）！

（2）在VS中，多余的比特位不够用，是直接舍去，开辟新的空间后直接用新的！

（3）大小端讨论的是字节序，一个字节内部的顺序和大小端是没有关系的！

2.4 位段的应用 

这实际上是属于计算机网络的内容；目前只做简单了解就好！

就是给你要发送的数据加上一些数据包的信息，利用位段来分配位数，比较节省空间！

3. 枚举

3.1 枚举类型的定义

枚举顾名思义就是一一列举。

❤️例： 

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。

3.2 枚举类型的优点

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：
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

3.3 枚举类型的使用

枚举类型就是一种类型不是整型；枚举是类型，可以定义变量，但其成员是常量！

枚举类型的大小就是一个整型变量的大小：4

❤️例：

 实际应用：我们在设计计算器时，对于case里面的语句，我们使用数字(1 2 3 4)还要思考对应是要执行什么操作？但是如果定义一个枚举，此时case 1：我们就可以直接写成case ADD: 直接就能出来这个选项是要执行什么操作，增加可读性！ 

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：

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）。 

❤️例1：

 怎么理解呢？我们通过画图来分析一下：

❤️例2：统一初始化

❤️例3：分开初始化

为什么会这样呢？因为对于u.i = 10 初始化的值会替换u.i = 1000上，原来对应的比特位；最终就会造成u.i结果不在是1000；所以在分开初始化的时候，一次只能使用一个！ 

4.3 联合的实际应用

比如：我们可以利用联合来判断大小端存储！

❤️例：

 解析：

我们给i赋值为1；如果在大端模式，在内存中存储就是00 00 00 01，那么我们取出c，虽然c并没有赋值，但是联合体共用同一块内存，所以取出来c的值也就是0。如果在小端模式，在内存中存储就是01 00 00 00，那么我们取出c，虽然c并没有赋值，但是联合体共用同一块内存，所以取出来c的值也就是1。

 测试结果：

4.4 联合大小的计算

联合大小的计算
1.联合的大小至少是最大成员的大小--------不一定就是最大成员的大小
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

❤️例1：

char对齐数是1，数组a[5]占5个字节；int i 对齐数是4，且占4个字节！我们取两者最大值5；并且看5是不是最大对齐数4的倍数；不是还是要在浪费3个字节，补充到8个字节；最终结果就是8！ 

❤️例2：

short本身占2个字节，对齐数也是2，s[5]总共就占10个字节；int i 对齐数是4，且占4个字节！我们取两者最大值10；并且看10是不是最大对齐数4的倍数；不是，还是要在浪费2个字节，补充到12个字节；最终结果就是12！