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目录

结构体

结构体的定义

typedef

匿名结构体

结构体的自引用

结构体变量的初始化

访问结构体成员的方式

结构体的内存对齐

如何设计结构体

位段

枚举体

1. 基本语法

2. 定义和使用示例

2.1 简单枚举

2.2 指定枚举值

3. 枚举变量定义方式

枚举 vs 宏定义

共用体

共用体的定义

共用体大小的计算

结构体

结构体是什么？

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。

数组也是一些值的集合，但这些值的类型是相同的。

结构体的定义

struct 结构体名 { 成员表列； }变量表列;

定义结构体的例子：

struct Stu { int age; char name[20]; }s1,s2;

定义了一种结构体叫 Stu ，它有两个成员：age 和 name ，类型分别是 int 和 char [20]，随后定义了两个结构体变量 s1 和 s2。

如果结构体定义在 main 函数之前，那么 s1 和 s2 就是全局变量。结构体也可以在 main 函数内部定义。

定义结构体变量可以在定义结构体时就定义，如 s1 和 s2，也可以在 mian 函数内定义：

struct Stu { int age; char name[20]; }s1,s2; int main() { struct Stu s3, s4; return 0; }

typedef

如果每次定义结构体变量的时候不想写 struct ，可以在定义结构体变量时写上一个 typedef，如：

typedef struct student {...}Stu;

下次定义结构体变量时，就只需要写 Stu s1；而不需要写 struct student s1；

typedef 也可以在定义结构体之后再使用：

struct student {...}； typedef struct student stu；

分析以下代码：

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

代码的原意是将结构体 struct Node 命名为 Node ，在定义结构体时就直接用 Node 来定义 next 指针，但这种做法是不合法的。

匿名结构体

匿名结构体就是在定义结构体时，不指定结构体的名字：

struct { int age; char name[20]; }s1,s2;

这种结构体只有在定义结构体后就定义结构体变量，而不能在其他地方定义结构体变量。

分析以下代码：

struct { int age; char name[20]; }s1; struct { int age; char name[20]; }*p; int main() { p = &s1; return 0; }

s1 和 p 的结构是一样的，但 p = &s1 ；是不合法的。

结构体的自引用

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢?

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

这是不行的，因为这种结构体类型的大小是无穷大的，但是我们可以把 struct Node next 改为

struct Node * next；这样这种结构体类型的大小就是 8 或 12 了，并且这种结构体就叫作链表。

链表

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

结构体变量的初始化

示例：

struct Stu { int age; char name[20]; }s1 = { 21,"zhangsan" }; struct Stu s2 = { 12,"wangwu" }; int main() { struct Stu s3 = { 18,"lisi" }; return 0; }

即按照定义结构体时成员变量的顺序，将要初始化的内容用大括号括起来，并且用逗号隔开。

如果结构体内定义有结构体，则初始化这种结构体时对结构体内的成员结构体初始化要加大括号：

struct A { int a; char arr1[20]; }; struct B { int b; struct A a1; char arr2[20]; }; struct B b1 = { 12,{30,"hehe"},"haha" };

可以不严格地按照定义结构体时成员的顺序来初始化，用成员运算符即可：

struct B b1 = { .a1.a = 30,.a1.arr1 = "hehe",.b = 12,.arr2 = "haha" };

访问结构体成员的方式

使用成员运算符 ‘ . ' 访问：

用上面的结构体变量 b1 为例，用 printf 输出 b1 的内容：

printf("%d %d %s %s\n", b1.b, b1.a1.a, b1.a1.arr1, b1.arr2);

即：结构体变量名 . 结构体成员名，如果要访问结构体内的结构体变量，则需要使用多个成员运算符。

通过结构体指针访问结构体成员：

使用 "->" 运算符访问：

用上面的结构体变量 b1 为例：

string B* pb = &b1; printf("%d",pb->b1);

即：结构体指针名 -> 结构体成员名，-> 的作用相当于（*结构体指针名) . 结构体成员名

结构体的内存对齐

先来看一个例子：

struct A { char b; int a; char c; }; struct B { char b; char c; int a; }; int main() { printf("%d\n",sizeof(struct A)); printf("%d\n",sizeof(struct B)); return 0; }

最后打印的结果是：12 和 8。

产生了两个疑问：

1、为什么结构体 A 和 B 的成员类型都是一样的，只是顺序不同，但打印的结果不同。

2、为什么打印的结果不是 6 而是 12 和 8 ？

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（如果该成员是数组类型，就将数组元素的类型与编译器默认的一个对齐数比较）。
ㅇVS中默认对齐数为 8

ㅇLinux gcc : 没有默认对齐数 , 对齐数就是结构体成员的自身大小

3. 结构体总大小为每个成员的对齐数的最大值 (包括第一个成员 ) 与默认对齐数取小后的数的整数倍。

4. 如果嵌套了结构体的情况 , 嵌套的结构体对齐到自己的每个成员的对齐数的最大值的整数倍处 , 结构体的整体大小就是所有成员的对齐数的最大值 ( 含嵌套结构体的对齐数， 嵌套结构体的对齐数就是自己的每个成员的对齐数的最大值) 的整数倍。

易错：第一个成员的偏移量是 0 ！

具体解释：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为 0 的地址处。

所谓的偏移量，就是指某个内存单元与结构体变量第一个成员的存储单元的距离。

拿上面的 struct A 举例：

第一个成员的类型占多少字节就占多少格子，如果 struct A 的第一个成员是 int 类型的，就占 4 个格子。

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。
ㅇVS中默认对齐数为 8

也就是从第二个成员开始 , 每个成员都要对齐到 ( 一个对齐数 ) 的整数倍处

struct A 的第二个成员，也就是 int a，a 的大小是 4 个字节，现在使用 VS ，默认对齐数是 8，取较小值 4，也就是说 a 的存储空间的偏移量只要是 4 的最小倍数就行了，char c 同理。

3. 结构体总大小为每个成员的对齐数的最大值 (包括第一个成员 ) 的整数倍。

这就非常好理解了，struct A 中 b 的对齐数是 1，a 的对齐数是 4，c 的对齐数也是 1，所以最大对齐数是 4， struct A 的总大小应该为 4 的整数倍，而现在 struct A 的总大小是 9，因此 struct A 应该再占 3 个字节，总大小变为 12 才对。

这就是为什么 struct A 的总大小是 12 而不是 6 的原因，同样，为什么结构体 A 和 B 的成员类型都是一样的，只是顺序不同，但大小不同也能解释了。

使用 offsetof 验证

offsetof 是一个宏，使用它需要包含头文件：#include <stddef.h>

它是用来计算结构体成员的偏移量的，它有两个参数，第一个参数是结构体名，第二个参数是结构体成员名，函数返回值就是偏移量，且是整形。以 struct A 为例：

为什么要内存对齐？

大部分的参考资料都是这样说的:

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。

如何设计结构体

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？

让占用空间小的成员尽量集中在一起。

例如上述的 struct A 和 struct B，它们的成员一模一样，只是顺序不同，但两者的大小有所区别，struct A 占 12 个字节，而 struct B 只占 8 个字节。

修改默认对齐数

可以使用#pragma pack（ ）修改默认对齐数：

#pragma pack(1)//修改默认对齐数为 1 struct B { char b; char c; int a; }; #pragma pack()//恢复默认对齐数为 8

结构在对齐方式不合适的时候，可以更改默认对齐数。

结构体传参

结构体传参建议将函数参数设置为结构体指针变量

原因：函数传参的时候,参数是需要压栈的。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。

位段

位段的定义

位段的定义和结构体是类似的 , 但有两个不同:

1.位段的成员类型必须是 int、unsigned int 、char、unsigned char 。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字（数字称为位，位的单位是比特，位不能超过该类型的大小）

例子：

struct A { int _a : 1; int _b : 5; int _c : 10; int _d : 30; };

A 就是一个位段 ，_a 是命名习惯。

位段的作用（优点）

有时候一个结构体中的 int 类型的数据不需要 32 个 bit 位来存储数据，而只需要少于 32 个 bit 位就可以完整的存储数据，此时就可以使用位段来节省空间，即指定一个 int 类型的变量的实际大小。上述 A 位段中，a 变量的实际大小就是 1 bit。

位段的空间分配

以上述位段 A 为例：先开辟一个 int 类型，即 32 个 bit 位，_a 使用这 32 个 bit 位的 1 位，而到底是从左开始使用还是从右开始使用取决于编译器（VS 从右开始使用），_b 使用 5 位，_c 使用 10 位，还剩 16 位，而 _d 要使用 30 个 bit 位，明显不够，再开辟一个 int 类型，即 32 位，而 _d 到底是使用剩余的 16 位和新开辟的空间的 14 位，还是直接全部使用新开辟的空间（VS 使用这种方式）取决于编译器。

位段的缺点

1、位段中 int 类型被当成是无符号还是有符号是不确定的。

2、在 16 位机器中 int 类型大小是 16 bit，32 位和 64 位机器中 int 类型的大小是 32 bit，假如指定 位为 27，在 16 位机器上会出现问题。

3、对于新开辟的空间，到底是从左开始使用还是从右开始使用取决于编译器。

4、当空间不够用时，到底是使用剩余的位和新开辟的空间的位，还是直接全部使用新开辟的空间的位取决于编译器。

枚举体

1. 基本语法

enum 枚举名 { 标识符1, 标识符2, ... 标识符n };

2. 定义和使用示例

2.1 简单枚举

#include <stdio.h> // 定义星期枚举 enum Weekday { MON, // 默认值为0 TUE, // 1 WED, // 2 THU, // 3 FRI, // 4 SAT, // 5 SUN // 6 }; int main() { enum Weekday today = WED; // enum Weekday today = 2; error：不能用 int 初始化 // 只能用定义的标识符 printf("today = %d\n", today); // 输出: 2 // 枚举比较 if (today == WED) { printf("今天是星期三\n"); } return 0; }

2.2 指定枚举值

#include <stdio.h> enum Color { RED = 1, GREEN = 3, BLUE = 5, YELLOW, // 自动为6 BLACK = 10, WHITE // 自动为11 };

3. 枚举变量定义方式

3.1 先定义类型，再定义变量

enum Season {SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER}; enum Season s1, s2;

3.2 定义类型同时定义变量

enum Season {SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER} s1, s2;

3.3 匿名枚举

enum {SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER} s1, s2;

3.4 typedef定义枚举别名

typedef enum { SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER } Season; Season s1 = SPRING;

枚举 vs 宏定义

// 使用宏定义 #define MON 0 #define TUE 1 #define WED 2 // 使用枚举 enum Weekday {MON, TUE, WED}; // 枚举的优势： // 1. 自动递增 // 2. 调试时可显示符号名称 // 3. 更好的类型检查 // 4. 作用域控制

共用体

共用体的定义

定义的基本形式与结构体相似：

union A { int a; char b; };

可以看到成员 c 和 i 共用同一段内存。

共用体大小的计算

共用体也存在内存对齐

1、共用体的大小至少是最大成员的大小。

2、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。