前言：本章主要内容是C语言自定义类型中的结构体、枚举和联合。
【C语言重难点进阶|自定义类型详解(结构体+枚举+联合)【C进阶】】
文章目录

• 结构体
• • • 结构
    • • 结构的声明
      • 例如描述一个学生：
      • 特殊的声明（声明结构也可以不完全声明）
      • • 例如（省略结构体标签tag）：
    • 结构的自引用
    • • • 例如：
    • 结构体变量的定义和初始化
    • • • 1.声明类型的同时定义变量p1
        • 2.定义结构体变量p2
        • 3.初始化：定义变量的同时赋初值。
        • • 3.1
          • 3.2
        • 4.结构体嵌套初始化
        • • 4.1
          • 4.2
    • 结构体内存对齐
    • • 如何计算？首先得掌握结构体的对齐规则：
      • • 例题，计算下列结构体的大小。
      • 为什么存在内存对齐？
      • 那在设计结构体的时候，我们既要满足内存对齐，又想节省空间，如何做到？
      • • 例题：
      • 修改默认对齐数
      • • 1.设置默认对齐数
        • 2.取消设置默认对齐数，还原为默认
        • 例子
      • 结构体传参
      • • 例题（结构体传参和结构体地址传参）
    • 位段
    • • 什么是位段？
      • • 比如：
      • 位段的内存分配原则
      • • 例子：
        • 思考下上例中空间是如何开辟的？
      • 位段的跨平台问题
      • 位段的应用
• 枚举
• • • 枚举类型的定义
    • • 星期、性别、颜色枚举类型举例
      • 枚举常量都是有值得，默认从0开始，一次递增1，当然也可以在定义的时候赋初值。例如：
      • 枚举的优点（明明已经有#define定义常量，为什么非要使用枚举？）
      • 枚举的使用
      • • 例子1：这样给clr赋值5可以吗？
        • 例子2：更加直观的显示所要实现算法的功能，而非简单的1、2、3、4.
• 联合（共用体）
• • • • 联合类型的声明、定义和联合类型变量大小计算：
      • 联合的特点
      • 判断大小端存储
      • • 例题：若位顺序类似小端，低地址在低处，所以39是低地址，在低位，38在高位，结果就是3839；若类似大端存储，则结果是3938
      • 联合大小的计算
      • • 例题：

结构体 结构

定义：结构是一些值的集合，这些值成为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

结构的声明

struct tag { member - list; }variable-list;

例如描述一个学生：

struct stu { char name[30]; //名字 int age; //年龄 char sex[5]; //性别 };

特殊的声明（声明结构也可以不完全声明） 例如（省略结构体标签tag）：

struct { int a; char b; float c; }a; struct { int a; char b; float c; }a[30],*p;

注意：编译器会把上面两个声明当成完全不同的两个类型，所以使用 p=&x 非法。

结构的自引用
例如：

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

结构体变量的定义和初始化
1.声明类型的同时定义变量p1

struct Point { int x; int y; }p1;

2.定义结构体变量p2

struct Point p2;

3.初始化：定义变量的同时赋初值。 3.1

struct Point p3 = { x , y };

3.2

struct Stu { char name[20]; int age; }; struct Stu s = { "zhangsan",20 };

4.结构体嵌套初始化 4.1

struct Node { int data; struct Point p; struct Node* nest; }n1 = { 10,{4,5},NULL };

4.2

struct Node n2 = { 20,{5,6},NULL };

结构体内存对齐

掌握了结构体的基本使用后，接下来介绍下如何计算结构体的大小，这就涉及到了一个热门考点：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中的默认值是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。

例题，计算下列结构体的大小。

struct S { char c1; int i; char c2; }; struct S2 { char c1; int i; double d; //8 }; struct S3 { char c1; char c2; int i; }; struct S4 { double d; char c; int i; }; struct S5 { char c1; struct S4 s4; double d; }; #include int main() { struct S s = {0}; struct S2 s2 = { 0 }; struct S3 s3 = { 0 }; struct S4 s4 = { 0 }; struct S5 s5 = { 0 }; printf("%d\n", sizeof(s5)); //32 printf("%d\n", sizeof(s)); //12 printf("%d\n", sizeof(s2)); //16 printf("%d\n", sizeof(s3)); //8 printf("%d\n", sizeof(s4)); //16 return 0; }

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注释：
以S为例，画下S的图示。其余类似，大家可以自己动手画图分析一波！

文章图片

S的c1占用一个字节，浪费三个字节，int从下标4(第五个）开始，占用四个字节，c2占用一个字节，浪费3个字节，累计1+3+4+1+3=12；
S2的c1占用一个字节，浪费三个字节，int从下标4(第五个）开始，占用四个字节，d占用8个字节，累计1+3+4+8=16；
S3的c1占用一个字节，c2占用一个字节，然后浪费两个字节，int从下标4(第五个）开始，占用四个字节，累计1+1+2+4=8；
S4的d占用8个字节，c占用一个字节，然后浪费三个字节，int从下标12(第13个）开始，占用四个字节，累计8+1+3+4=16；
S5的c1占用1个字节，然后浪费7个字节，struct s4从下标8（第九个）开始（此时默认对齐数是8），占用16个字节，double d从下标24(第25个）开始，占用8个字节，累计1+7+16+8=32；

为什么存在内存对齐？
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总结：结构体的内存对齐是拿空间换取时间

那在设计结构体的时候，我们既要满足内存对齐，又想节省空间，如何做到？

答：让占用空间小的成员尽量集中在一起

例题：

struct s1 { char c1; int i; char c2; }; struct s2 { char c1; char c2; int i; };

注释：上例中s1和s2类型的成员一模一样，但是s1占了12字节，s2占8字节，s2更具备优势。

修改默认对齐数 1.设置默认对齐数

#pragma pack(n)//默认对齐数为n

2.取消设置默认对齐数，还原为默认

#pragma pack()//取消默认对齐数

例子

#pragma pack(2)//默认对齐数为2 struct S { char c1; //0 int i; // char c2; // }; #pragma pack()//取消默认对齐数#pragma pack(1)//默认对齐数为1 struct S { char c1; //1 1 1 int i; //4 1 1 char c2; //1 1 1 }; #pragma pack()//取消默认对齐数int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S)); return 0; }

注释：结构在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。

结构体传参 例题（结构体传参和结构体地址传参）

struct S { int data[1000]; int num; }; struct S s = { {1,2,3,4},1000 }; void print1(struct S s)//结构体传参 { printf("%d\n", s.num); } void print2(struct S* ps)//结构体地址传参 { printf("%d\n", ps->num); } int main() { print1(s); print2(&s); return 0; }

注释：对比上面的print1和print2函数，print1的缺点很明显：在函数传参过程中，参数需要压栈，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，参数压栈的系统开销比较大，会导致性能下降。

总的来说，结构体传参的时候，传结构体的地址（指针大小固定4/8）。

位段
什么是位段？ 位段的声明和结构是类似的，注意两点不同：

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。

比如：

struct A { //4个字节 - 32bit int _a : 2; //_a 成员占2个bit位 int _b : 5; //_b 成员占5个bit位 int _c : 10; //_c 成员占10个bit位 //剩余15个bit //4个字节 - 32bit int _d : 30; //_b 成员占30个bit位 }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct A)); //8 return 0; }

注释：A就是一个位段类型，大小是8字节。

位段的内存分配原则

1.位段的成员可以是int、unsigned int和signed int或者是char(属于整形家族)类型。
2.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。
3.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。

例子：

struct S { char a : 3; char b : 4; char c : 5; char d : 4; }; int main() { struct S s = { 0 }; s.a = 10; s.b = 12; s.c = 3; s.d = 4; return 0; }

思考下上例中空间是如何开辟的？ 答：

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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位机器会出现问题）。
3.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。
4.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，是舍弃剩余位段还是继续利用剩余位段，这点不确定。

总结：

跟结构相比，位段可以达到同样的效果，还可以很好的节省空间，但是存在跨平台的问题。

位段的应用

在计算机网络的信息传输过程中，减小数据包的大小。

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枚举

顾名思义就是把可能的取值一一列举。

比如：
月份有12个月，可以一一列举。
一周有七天，可以一一列举。
性别有男、女，可以一一列举。
颜色也可以一一列举。
这些例子里就可以使用枚举。

枚举类型的定义
星期、性别、颜色枚举类型举例

enum Day { Mon, Tues, Wed, Thur, Fri, Sat, Sun }; enum Sex { MALE, FEMALE, SECRET }; enum Color { RED, GREEN, BLUE };

注释：以上定义的enmu 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。

枚举常量都是有值得，默认从0开始，一次递增1，当然也可以在定义的时候赋初值。例如：

enum Color { RED=1, GREEN=2, BLUE=4 };

枚举的优点（明明已经有#define定义常量，为什么非要使用枚举？）

1.增加代码的可读性和可维护性
2.和#define定义的标识符相比枚举有类型检查，更严谨
3.防止命名污染（封装）
4.便于调试
5.使用方便，一次可以定义多个变量

枚举的使用 例子1：这样给clr赋值5可以吗？

enum Color { RED=1, GREEN=2, BLUE=4 }; enum Color clr = GREEN; clr = 5;

答：不可以，枚举变量一经过定义赋值，不可再改变。

例子2：更加直观的显示所要实现算法的功能，而非简单的1、2、3、4.

void menu() { printf("*****************************\n"); printf("****1. add2. sub*****\n"); printf("****3. mul4. div*****\n"); printf("****0. exit*****\n"); printf("*****************************\n"); }enum Option { EXIT,//0 ADD,//1 SUB,//2 MUL,//3 DIV//4 }; int main() { int input = 0; do { menu(); printf("请选择:>"); scanf("%d", &input); switch (input) { case ADD: break; case SUB: break; case MUL: break; case DIV: break; case EXIT: break; default: break; } } while (input); return 0; }

联合（共用体）

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，特征是这些成员共用同一块空间（所以叫做共用体）.

联合类型的声明、定义和联合类型变量大小计算：

union Un { short s[7]; int n; }; Union Un un; int main() { printf("%d\n", sizeof(union Un)); return 0; }

注释：结构体向int对齐，7个short一共是14字节，对齐后是16字节。n是单独的4字节，由于是union，所以n与s共用空间，只取最长的元素，故占用16字节。

联合的特点

联合的成员是共用同一块内存空间，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）

判断大小端存储 例题：若位顺序类似小端，低地址在低处，所以39是低地址，在低位，38在高位，结果就是3839；若类似大端存储，则结果是3938

int main() { union { short k; char i[2]; }*s, a; s = &a; s->i[0] = 0x39; s->i[1] = 0x38; printf("%x\n", a.k); return 0; }

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注释：由输出结果可知位顺序类似小端，低地址在低处，所以39是低地址，在低位，38在高位，所以是3839。

联合大小的计算

1.联合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。

例题：

int main() { union Un1 { char c[5]; int i; }; union Un2 { short c[7]; int i; }; printf("%d\n", sizeof(union Un1)); printf("%d\n", sizeof(union Un2)); return 0; }

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注释：Un1中，char c[5]至少占用6个字节，最大对齐数4，取最大对齐数的整数倍，结果为8；Un2中，short c[7]至少占用16个字节，最大对齐数4，取最大对齐数的整数倍，恰好结果为16.

自定义类型（结构体+枚举+联合）部分到此介绍结束了，感谢您的阅读！！！如果内容对你有帮助的话，记得给我三连（点赞、收藏、关注）——做个手有余香的人。

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