1 结构体

1.1 了解结构体

定义：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。

c语言里的结构体其实和面向对象的编程语言里的对象很类似，它可以描述我们现实世界里的绝大部分事物。举个例子，如果要描述一辆汽车，可以把汽车这个对象封装起来，定义一个Car结构体，而汽车包含了很多信息，有型号、价格、油量、性能、甚至汽车的构造等等，将这些属性封装到汽车Car结构体中，不仅让人一目了然，更重要的是便于管理，想要修改或增删某些属性时会变得很简单。结构体可以嵌套，我们又可以定义一个更大的结构体“交通工具”，交通工具又可以包含汽车、飞机、火车、自行车等等。以此类推，这样有了结构体世界很多事物都可以在代码世界里进行描述了，是不是很妙？

1.2 结构体类型的声明

struct tag //结构体的名字
{
    
    
	 menber_list;//结构体的成员列表
}variable_list;//这里可以创建实例，这里一般会留空，另外创建更好管理

例如我们想描述一本书，可以创建Book结构：

struct Book
{
    
    
	char name[20];//书名
	char writer[20];//作者
	short price;//价格
};
创建实例，也就是让这个结构具体化
int main()
{
    
    
	struct Book c = {
    
     "c语言程序设计", "谭浩强", 55 };//创建实例
	c.name;//调用书名
	c.writer;//调用作者
	c.price;//调用价格
	return 0;
}

如果你觉得每次创建实例都要写上struct,嫌麻烦，也有另外一种办法可以解决这个累赘。

typedef struct Book
{
    
    
	char name[20];
	char writer[20];
	short price;
}Book;
int main()
{
    
    
	//struct Book c = { "c语言程序设计", "谭浩强", 55 };//创建实例
	Book c = {
    
     "c语言程序设计", "谭浩强", 55 };
	c.name;//调用书名
	c.writer;//调用作者
	c.price;//调用价格
	return 0;
}

用typedef可以提前在结构体末尾用Book代替struct Book，从而在下次实例化时省去麻烦。

1.3 结构体的自引用

struct Node
{
    
    
int data;
struct Node* next;
};//我们可以利用指针实现结构体的自引用

1.4 结构体内存对齐

如何计算？ 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

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。

清楚规则后，还是举个例子加以说明

struct S
{
    
    
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
    
    
	struct S s;
	printf("%d\n", sizeof(s));
	return 0;
}

运行结果，结构体大小位4个字节

用一张图来解释上面结果

为什么存在内存对齐?

大部分的参考资料都是如是说的：

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，如何做到：只需要把小内存的变量放在前面，让占用空间小的成员尽量集中在一起，即可。

举个例子，还是刚才的结构体，但是把结构体变量换一下位置，空间就能节省4个字节

1.5 结构体传参

struct S
{
    
    
	int data[1000];
	int number;
};
struct S s = {
    
     {
    
     1, 2, 3, 4 }, 1000 };

//结构体传参
void print1(struct S a)
{
    
    
	printf("%d\n", a.number);
}

//结构体地址传参
void print2(struct S* p)
{
    
    
	printf("%d\n", p->number);
}
int main()
{
    
    
	print1(s);
	print2(&s);
	return 0;
}

你知道这两种传参，哪种更好吗？

答案是：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。

1.6 结构体实现位段

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。

2 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 颜色也可以一一列举。 这里就可以使用枚举了。

2.1 枚举类型的定义

enum Day
{
    
    
	Mon,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
enum Day d = Mon;

以上定义的 enum Day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 RGB
{
    
    
	RED = 1,
	GREEN = 2,
	BLUE = 5
};

2.2 枚举的优点

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 联合（共用体）

3.1 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）。 比如：

union Un
{
    
    
	//公用一个存储空间
	char c; //4个字节
	int i; //1个字节
};
Union Un u;//联合体的定义

举个例子
可以利用联合体特点，判断当前计算机的大小端

//大端存储：就是把一个数的低位字节序的内容存放到高地址处，高位字节序的内容存放在低地址处。
//小端存储：就是把一个数的低位字节序的内容存放到低地址处，高位字节序的内容存放在高地址处。

int check_sys()
{
    
    
	union Un
	{
    
    
		char c;
		int i;
	}u;
	u.i = 1;
	return u.c;//返回0为大端，返回1为小端
	//低地址      高地址
	//00 00 00 01  大端
	//01 00 00 00  小端
}
int main()
{
    
    
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
    
    
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
    
    
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

3.2 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）。

3.3 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。

举个例子

union Un
{
    
    
	short arr[7];
	int i;
}u;
int main()
{
    
    
	printf("%d\n", sizeof(u));
	return 0;
}

输出结果是16

i 和 arr[7] 大小分别为4和14，取最大值14，但是最大值必须为对齐数的整数倍，对齐数是8，所以联合体大小为16。