结构体、枚举、位段、联合体详解

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😛😛😛希望我的文章能对你有所帮助，有不足的地方还请各位看官多多指教，大家一起学习交流！

1.结构体

1.1结构体的基础知识

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结构体声明

struct tag
{
 member-list;
}variable-list;

例如描述一个学生：

struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
};

1.3特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。比如：

//匿名结构体类型
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20], *p;

 上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。 那么在上面代码的基础上，下    面的代码合法吗？

  p = & x ;

  

  是非法的，编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。

1.4结构体的自引用

struct Node

{

int data;

struct Node next;

};

//可行否？

如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

上面的这种自引用的方式是错误的。

正确的自引用是：（定义一个同类型的指针指向结构体）

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

1.5结构体变量的定义和初始化

struct Point
{
 int x;
 int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //定义结构体变量p2
//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {x, y};
struct Stu        //类型声明
{
 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};//结构体嵌套初始化

1.6结构体内存对齐

#include
int main()
{
 struct S1
 {
   char c1;
   int i;
   char c2;
 };
  printf("%d\n", sizeof(struct S1));
  struct S2
  {
   char c1;
   char c2;
   int i;
  };
  printf("%d\n", sizeof(struct S2));
  return 0;
}

有了上面的规则，我们就可以计算结构体的大小了。

首先计算第一个结构体的大小(如下图所示)：

再计算第二个结构体的大小：

那么结构体如果是嵌套的话，根据对齐规则，我们也可以计算出来：

struct S4
{
 char c1;
 struct S3 s3;
 double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

那么，为什么存在内存对齐呢？

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，就要让占用空间小的成员尽量集中在一起。 

1.7修改默认对齐数

  #pragma 这个预处理指令，就可以改变默认对齐数。

#include 
#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()
{
    //输出的结果是什么？
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0;
}

因此，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

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;
}

  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。

因此， 结构体传参的时候，要传结构体的地址。

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 。

2. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

比如：

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

A就是一个位段类型。 那么位段类型的大小又是多少呢？

我们先来了解位段的内存分配。

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;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;

上面的代码，空间如何开辟呢？

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，可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。 

2.4位段的应用

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：

一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举。

性别有：男、女、保密，也可以一一列举。

月份有 12 个月，也可以一一列举

3.1枚举类型的定义

enum Day//星期
{
 Mon,
 Tues,
 Wed,
 Thur,
 Fri,
 Sat,
 Sun
};
enum Sex//性别
{
 MALE,
 FEMALE,
 SECRET
}；
enum Color//颜色
{
 RED,
 GREEN,
 BLUE
};

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：

enum Color//颜色
{
 RED=1,
 GREEN=2,
 BLUE=4
};

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：

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枚举的使用

enum Color//颜色
{
 RED=1,
 GREEN=2,
 BLUE=4
};
enum Color clr = 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;  //错误

4.联合体（共用体）

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）。

4.1联合体类型的定义 

//联合类型的声明
union Un
{
 char c;
 int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));

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）。

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。

union Un1
{
 char c[5];
 int i;
};
union Un2
{
 short c[7];
 int i;
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));

 在Un1中，最大成员是5个字节，但不是最大对齐数(4)的整数倍，所以总大小应该是8个字   节。

在Un2中，最大成员是2*7=14个字节，但是不是最大对齐数(4)的整数倍，所以总大小应该是16个字节。