【C语言】结构体、位段、枚举、联合（共用体）

结构体

结构：一些值的集合，这些值称为成员变量。结构体的每个成员可以是不同类型的变量；

结构体声明：struct是结构体关键字，结构体声明不能省略struct；

匿名结构体：只能在声明结构体的时候声明结构体成员，之后再想用这个结构体声明结构体成员时就不行了；因为匿名结构体只能用一次，没有结构体名字没有办法声明结构体成员；（只打算用一次的结构体）

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 结构体变量的声明与初始化

结构体变量的初始化需要使用大括号进行初始化；

// 结构体成员的声明与初始化
struct student 
{ 
	// 声明的是一个描写学生的结构体
	char name[20];
	int age;
	char sex[5];
} s1 = { "张三", 18, "男" }; // 声明的是结构体成员并初始化；
int main()
{
	struct student s2 = { "李四", 19, "女" }; // 声明的是结构体成员并初始化；
	struct student s3 = { .age = 20, .name = "王五", .sex = "男" }; // 指定初始化结构体成员变量，通过 . 指定；
	// 如果不指定初始化结构体成员变量，就顺序初始化；
	printf("%s %d %s\n", s1.name, s1.age, s1.sex);
	printf("%s %d %s\n", s2.name, s2.age, s2.sex);
	printf("%s %d %s\n", s3.name, s3.age, s3.sex);
	return 0;
}

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 结构的自引用

可以包含同类型的结构体指针，但是不能包含同类型结构体；

#include <stdio.h>
struct Node
{
	int data; // 存储数据 -> 数据域
	struct Node* n; // 存放下一个节点的地址 -> 指针域
	// 可以包含同类型结构体指针，但是不能包含同类型结构体
};

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结构体内存对齐

怎么对齐：

1、第一个成员在结构体偏移量为0的地址处存放；

2、其他成员变量要对齐到对齐数的整数倍的地址处；

3、对齐数：VS默认对齐数、结构体成员自身大小就是对齐数，取较小的对齐数；

4、结构体总大小为最大对齐数的整数倍（每个成员都有一个对齐数），所有成员中的最大对齐数

5、嵌套结构体的对齐，嵌套的结构体要对齐到自身最大对齐数的整数位；结构体的大小就是所有成员中的最大对齐数的整数倍

为什么对齐：

1、不是所有硬件平台都能访问任意地址上的数据的，有些只能在特定位置处取某些特定数据；

2、结构体（尤其是栈）应该尽可能在自然边界上对齐；未对齐的内存，处理器需要访问两次；而对齐的只需访问一次；

3、结构体的内存对齐就是拿空间换取时间的；

如何节省空间：让占用空间小的成员集中在一起；

代码验证： 

#include 
int main()
{
	struct S
	{
		char c1;
		int a;
		double b;
		char c2;
	}s;
	struct S1
	{
		int a;
		char c1;
		char c2;
		double b;
	}s1;
	printf("%d\n", sizeof(s));
	printf("%d\n", sizeof(s1));
	return 0;
}

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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（offsetof宏）；

#include <stdio.h>
#define offsetof(type, member) (size_t)&((type*)0->member)
struct S
{
    int a; // 第一个成员变量就在0地址处
    double b;
}s;
int main()
{
    size_t offset = offsetof(s,b); // s-表示的是结构体的类型；b-表示的是b这个成员变量这个地址处的偏移量
    printf("b处的偏移量为：%zd", offset);
}

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  offsetof宏的使用：

#include 
#include 
int main()
{
	struct S
	{
		char c1;
		int a;
		double b;
		char c2;
	}s;
	struct S1
	{
		int a;
		char c1;
		char c2;
		double b;
	}s1;
	// offsetof宏：结构体成员变量相对于首地址的偏移量
	printf("%d %d %d %d\n", offsetof(struct S, c1), offsetof(struct S, a), offsetof(struct S, b), offsetof(struct S, c2));
	printf("%d %d %d %d\n", offsetof(struct S1, a), offsetof(struct S1, c1), offsetof(struct S1, c2), offsetof(struct S1, b));
	printf("%d\n", sizeof(s));
	printf("%d\n", sizeof(s1));
	return 0;
}

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结构体传参：

1、传值调用，形参相当于一份临时拷贝，修改形参不会改变实参；

2、传址调用，如果不加上const，修改新参就会改变实参；

3、传址调用比传值调用更节省空间，结构体传参尽量传址；

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位段

1、设计位段的目的就是为了节省空间；

2、位段的成员必须是int、unsigned int、signed int（c99之后，其他类型也可以，但是基本都是int、char类型）；

3、位段的成员名后边有一个冒号和一个数字（数字表示几个比特位）；

4、位段：为表示二进制位；

#include 
int main()
{
	struct S1 // 结构体
	{
		int a;
		int b;
		char c;
	};
	struct S2 // 位段
	{
		int a : 2;
		int b : 4;
		char c : 1;
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

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 位段的内存分配

1、不知道是从低位开始分配还是从高位才是分配，这是不确定的；

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 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、位段中最大位的值是不确定的；

3、位段中的成员在内存中，从右到左还是从左到右分配标准未定义；

4、一个结构包含两个位段，第二个位段无法容纳于第一个位段剩余的位时，是舍弃位还是利用，是不确定的；

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枚举

枚举类型的定义：

1、把可能的取值一一列举（月份、星期）；

2、必须包含关键字enum；

3、枚举的值是默认从0一次递增的；

4、枚举常量的默认值是可以修改的；

#include <stdio.h>
enum Color
{
	RED, // 注意，这是逗号，不是分号
	GREEN,
	BLUE  // 最后这里什么符号都没有
};
enum Sex
{
	MALE = 2, // 枚举常量的默认值是可以修改的
	FEMALE = 4,
	CECRECY = 1
};
int main()
{
	printf("%d\n", RED);
	printf("%d\n", GREEN);
	printf("%d\n", BLUE); // 打印枚举常量
	printf("%d\n", FEMALE);
	return 0;
}

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 枚举的优点：

1、枚举可以增加代码的可读性和可维护性；

2、#define是用于替换的，没有类型的，但枚举有类型检查；

3、可以一次定义多个常量；

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联合（共用体）

1、联合定义的变量包含一系列的成员；

2、这些成员共用同一块空间，所以也叫做共用体；

3、在同一时间段内，联合体内的成员不能同时使用，只能使用其中一个；

4、如果修改联合体内其中一个成员的值，则另一个的值也会改变；

5、联合体的关键字：union；

#include 
union Un
{
	int a;
	char b;
};
int main()
{
	union Un un;
	un.a = 10;
	un.b = 'a'; 
	printf("%d\n", sizeof(un)); // 大小是成员中较大的那个大小
	printf("%p\n", &un);
	printf("%p\n", &(un.a));
	printf("%p\n", &(un.b)); // 说明联合体共用一块空间
	return 0;
}

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 联合体大小的计算

1、联合体的大小是最大成员的大小，这句话是错的；

2、联合体的大小至少是最大成员的大小；

3、当最大成员大小没有对齐到最大对齐数的整数倍时，就要对齐到最大对齐数的整数倍处；

#include <stdio.h>
union Un
{
	short a[7]; // 对齐数 2
	int b; // 对齐数 4
	// a占14个字节
	// 但是不是最大对齐数的整数倍
	// 所以联合体的大小是16
}un;
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(un));
	return 0;
}