C语言中的结构体、联合、枚举

结构体

含义：聚合数据类型，能够同时存储超过一个的单独数据。结构体是一些值的集合，这些值称为成员，成员可以是不同的数据类型。

• 定义结构体

//头部定义
struct TypeName
{
  类型 成员;
    ...;
};

//尾部定义，也叫匿名结构体
struct
{
    类型 成员;
    ....;
} Name = {val1,val2,val3};

//错误示例
//在C++中正确，C中错误
//在定义结构体时，未创建对象，没有给结构体分配内存，因此没有空间赋值。
struct TypeName
{
  	int val1 = 200;
  	char val2 = 'A';
};

//错误示例
//错误原因同上
struct TypeName
{
    static int val1;
    register int val2;
    auto int val3;
};
           

• 声明结构体变量

• 初始化

// 成员类型顺序必须正确
struct TypeName 变量名 = {value1,value2,...};

//顺序可改变
struct TypeName 变量名 = {
    .member1 = value1;
    .member2 = value2;
    ...
};

//相同数据类型可直接赋值
struct TypeName val1 = val2;

//结构体指针创建动态对象
struct TypeName *p = (struct TypeName*)malloc(sizeof(struct TypeName));
           

• 结构体类型重命名

声明结构体变量时，结构体类型前都要加 struct ,较为繁琐，可以给结构体取别名。这样就省去了加struct

//方法一
typedef struct TypeName
{
    ...
}	TypeName;

//方法二
typedef struct
{
    ...
} TypeName;
           

注意点，方法一中，如下两种声明变量是正确的。

//正确
struct TypeName val1;

//正确
TypeName val2;
           

方法二，第一中声明变量是错误的。方法二是匿名结构体，根本就没有TypeName这种结构体类型，因此不能用一种方法声明。

//错误
struct TypeName val1;

//正确
TypeName val2;
           

如果是链表类型，一个节点指向下一个节点，C语言中，下面的示例是错误的。类型名直到声明末尾才定义，在结构体内部，它尚未完成定义。因为在取别名之前，得先有一个名，在取名时，不能用你的别名。

typedef struct TypeName_Node
{
    int val1;
    char val2;
    TypeName* next;
}Typename;
           

解决方案:

typedef struct TypeName_Node
{
    int val1;
    char val2;
    struct TypeName_Node* next;
} TypeName;
           

• 结构体成员的排列

结构体成员排列的顺序会影响结构体字节数。系统为了快速访问结构的成员，会对结构体的成员内存排列进行对齐和补齐。

32位CPU读取数据时，一次读取4字节，也就是32位，如果一个

int

类型的变量A，存储以0x01开头的地址，那么它所占的内存地址为0x01 - 0x04,也就是说，一部分存储在0x00 - 0x03区间，一部分存储在0x04 - 0x07区间。CPU读取A时，先读取0x00 - 0x03部分， 再读取0x04 - 0x07部分，这样分两次读取。如果直接存储在能整除4的地址，那么只需要读一次。

1. 对齐：

   假定第一个成员使用0地址，所有成员使用的内存地址必须被它所占的字节数整除（大于4则以4为基准），如果不能则补充空字节。

2. 补齐：

   结构体的总字节数，必须是它最大成员字节数的整数倍，如果不是，补充空字节

   注意：Linux系统在计算对齐，补齐时，成员的字节超过4则按4计算

struct X
{
    char a;
    int b;
    char c;
}
main()
{
    // 12
    printf("%d\n",sizeof(struct X));
}
           

1. 第一个成员为

   char

   类型，占一个字节，地址为0x00
2. 第二个成员为

   int

   类型，由于0x01地址不能整除

   sizeof(int)

   4字节，为了对齐，往后补三个字节，地址为0x04
3. 第三个成员为

   char

   类型，任何数都能整除1，故地址为0x08
4. 到此，结构体大小为9字节，最大类型为

   int

   类型，4字节，不是它的倍数，往后补3个字节，共12字节

struct X
{
    int a;
    char b;
    char c;
}
main()
{
    // 8
    printf("%d\n",sizeof(struct X));
}
           

struct X
{
    char a[21];
    int b;
    double c;
};
main()
{
    // 36
    printf("%d\n",sizeof(struct X));
}
           

1. 第一个成员大小为21个字节，假设地址初始为0，成员1所占地址为0-20
2. 第二个成员为

   int

   类型，21不能整除4，往后补3个到24，地址24整除4，故成员2所占地址为24-27
3. 第三个成员为

   double

   类型，8字节大于4字节，以4字节为基准，地址28能整除4，故成员3所占的地址为28-35

struct X
{
    char a[21];
    int b;
    double c;
    short d;
};
main()
{
    // 40
    printf("%d\n",sizeof(struct X));
}
           

1. 第一个成员大小为21个字节，假设地址初始为0，成员1所占地址为0-20
2. 第二个成员为

   int

   类型，21不能整除4，往后补3个到24，地址24整除4，故成员2所占地址为24-27
3. 第三个成员为

   double

   类型，8字节大于4字节，以4字节为基准，地址28能整除4，故成员3所占的地址为28-35
4. 第四个成员类型为

   short

   类型，2字节，地址36能整除2，成员4所占的地址为36-37
5. 至此，结构体所占字节数为38个，最大类型大小为

   8

   字节超过4按4来算，38不能整除4，往后补2个字节，共40字节。

联合

含义：是一种由程序设计的一种数据类型，使用语法和结构一样，只是成员的排列方式不同，所有成员共用一块内存，一个成员的值发生改变，其他成员的值，也会跟着变化。联合使一块内存对应多个标识符，达到节约内存的目的。

union TypeName
{
    int val1;
    char val2;
    ...
};
           

联合的成员是天然对齐的，但是有内存补齐。

使用联合判断系统是大端系统还是小端系统。

union X
{
    char ch;
    int num;
}
int main()
{
    union X x;
    x.num = 0x0a0b0c0d;
    if (x.ch == 0x0a)
    {
        printf("小端")
    }
    else
    {
        printf("大端")
    }
}
           

大端系统：低位数据存储在高位地址

小端系统：低位数据存储在低位地址

一般个人计算机使用的是小端系统，服务器、网络设备使用的是大端，大端字节序也叫网络字节序。

枚举

含义：枚举是一种特殊的整形，它是把一个整形数据可能出现的值全部罗列出来，除此之外不应该再使用其他的值，保证安全性。如果第一个枚举未赋值，那么默认为0，如果后面还有成员，那么往后递增1。

//枚举类型定义
enum Direction{Up,Down,Left,Right};

//匿名枚举，只使用枚举值
enum{Up,Down,Left,Right};
           

枚举值是常量，可以直接当常量使用，可使用在

case

语句的后面或者判断语句中，不用再写字面值常量，从而提高程序的可读性。

main(){
    //也可以定义在main函数外
    enum {Up,Down,Left,Right};
    
    switch(getchchar()){
    case Up: break;

    case Down: break;

    case Left: break;

    case Right: break;
    }
}