前言
本期主要对通讯录三篇博客文章进行补充
通讯录文章：通讯录系列文章 对结构体进行详细介绍，其次讲解位段、枚举、联合体
文章目录
- 前言
- 一、结构体
- 1.什么是结构体
- 2.结构声明
- 2.1 声明格式
- 2.2 如何声明（代码演示）
- 3.特殊声明
- 3.1 匿名结构体类型
- 4.结构自引用
- 4.1 自引用类型1
- 4.2 自引用类型2
- 5.结构体变量的定义和初始化
- 5.1 结构体变量的定义
- 5.2 结构体变量的初始化
- 6.结构体内存对齐（计算结构体的大小）[重点]
- 6.1 如何计算结构体
- 6.2 为什么存在内存对齐
- 6.3 如何满足对齐，又节省空间
- 6.4 计算结构体练习
- 7.修改默认对齐数
- 7.1 #pragma pack( )
- 8.结构体传参
- 8.1 结构体传参（传结构体地址）
- 二、位段
- 1.什么是位段
- 2.位段的内存分配
- 3.位段的跨平台问题
- 4.位段的应用
- 三、枚举
- 1.什么是枚举
- 2.枚举类型的定义
- 3.枚举类型的赋值
- 4.枚举的优点
- 5.枚举的使用
- 四、联合（共用体）
- 1.什么是联合体
- 2.联合类型的定义
- 3.联合的特点
- 4.联合大小的计算
- 总结
一、结构体
1.什么是结构体
在C语言中，结构是一种用户自定义的数据类型，它可以由不同类型的数据成员组成，每个数据成员可以是不同的数据类型。
结构的作用是将多个不同类型的数据聚合在一起，以便于进行组织和管理。可以通过结构来表示复杂数据类型，如二维数组、链表等。同时，结构也是C语言中函数间传递复杂数据结构的一种方式。
2.结构声明
2.1 声明格式
结构在C语言中使用struct关键字声明，声明的格式为：
struct 结构名{
数据类型 成员名1;
数据类型 成员名2;
……
数据类型 成员名n;
};其中struct是关键字，可以省略结构名。数据类型可以是C语言支持的任何数据类型，如整型、浮点型、字符型、指针等。成员名是结构成员的名称。
2.2 如何声明（代码演示）
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
}; //分号不能丢3.特殊声明
在声明结构的时候，可以不完全的声明。
3.1 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。
4.结构自引用
在结构中包含一个类型是否可以为该结构本身的成员
4.1 自引用类型1
正确的自引用方式：
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};错误的自引用方式：
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};4.2 自引用类型2
正确的自引用方式：
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;错误的自引用方式：
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;5.结构体变量的定义和初始化
5.1 结构体变量的定义
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p25.2 结构体变量的初始化
//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6.结构体内存对齐（计算结构体的大小）[重点]
这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐
6.1 如何计算结构体
首先得掌握结构体的对齐规则：
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
- 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 Linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小
- 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。
- 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。
6.2 为什么存在内存对齐
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
结论： 结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
6.3 如何满足对齐，又节省空间
代码演示：
//例如：
#include<stdio.h>
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("S1:%d\n", sizeof(struct S1));
printf("S2:%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}输出结果：
结论：
在设计结构体时，让占用空间小的成员尽量集中在一起。
6.4 计算结构体练习
//练习1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));S1 = 12
//练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));S2 = 8
//练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));S3 = 16
//练习4-结构体嵌套问题
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));S4 = 32
7.修改默认对齐数
7.1 #pragma pack( )
改变默认对齐数,使用#pragma pack(对齐数)
#include <stdio.h>
#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;
}输出结果：
8.结构体传参
8.1 结构体传参（传结构体地址）
代码演示：
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。
结论：
结构体传参的时候，要传结构体的地址。
二、位段
1.什么是位段
位段是一种数据结构，可以在一个字节或多个字节中分别分配多个变量。位段中的每个变量只占用一个或几个位，从而允许有效地使用内存。位段的大小和每个变量的位数是由编译器决定的，通常是基于数据类型和可用位数的限制。位段可以用于优化内存使用，特别是在嵌入式系统中。
位段的声明和结构是类似的，有两个不同：
- 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
- 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
2.位段的内存分配
- 位段的成员可以是
intunsigned intsigned int或者是char（属于整形家族）类型 - 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。 - 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。
3.位段的跨平台问题
- int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
- 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。 - 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。
- 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，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。
4.位段的应用
1.什么是枚举
枚举（Enumeration）是一种定义常量集合的数据类型，在程序中通常用来表示固定的有限选项。
枚举类型允许定义一组常量，常用于程序中需要使用多个取值相同的变量的场景。例如，定义颜色枚举类型，包含红、绿、蓝三种颜色，可以通过枚举类型来表示这三种颜色，方便程序的编写和维护。枚举的常量值一般为整型，也可以指定特定的值。
枚举顾名思义就是一一列举
把可能的取值一一列举
2.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
3.枚举类型的赋值
这些可能取值都是有值的，默认从0开始，依次递增1，在声明枚举类型的时候也可以赋初值。
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};4.枚举的优点
可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？
枚举优点：
- 增加代码的可读性和可维护性
- #define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
- 便于调试
- 使用方便，一次可以定义多个常量
5.枚举的使用
enum Sex//性别
{
man=1, //男性 1
woman=2, //女性 2
null=0 //保密 0
};
enum Sex xiaom = 1;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。1.什么是联合体
联合体（Union）是一种在C语言中使用的数据类型，它是由多个不同类型的成员变量组成的数据结构。在联合体中，所有的成员变量共用同一个存储空间，在任何时候只能有一个成员变量被有效地使用。因此，联合体的大小等于其最大的成员变量的大小。联合体可以用来保存不同类型的变量，从而节省内存空间，但也使得代码的可读性和可维护性变得更加复杂。
2.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）。
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));3.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.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。
代码演示：
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));输出结果：
总结
下列是对结构体、位段、枚举、联合的总结
结构体：结构的作用是将多个不同类型的数据聚合在一起，以便于进行组织和管理
位段：位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int
枚举：枚举顾名思义就是一一列举
联合：联合体的大小等于其最大的成员变量的大小
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