结构体，自定义类型

结构体

结构体的声明

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。

结构体的关键字是struct 后面的Stu是结构体类型名，由我们自己定义，s1，s2是结构体变量，age和name是成员，即结构体变量中有各自的成员。

结构体还有一种特殊的声明，即匿名结构体。如下图：

这种声明省略了结构体类型名，该声明不常用，因为他是一次性的，即在后面就不能继续对他定义了。

结构体的自引用

结构体的自引用就是在结构体成员中包含自身结构体类型的指针。

如上图， p指针可以用来指向下一节点。

结构体的定义和初始化

如上图，在初始化时，我们用花括号括起来，在里面赋值。初始化时，如果我们也可乱序定义。

先用.(成员运算符)然后加上成员名，再进行初始化即可，如下图。

如下图，我们可以在结构体中嵌套结构体。

结构体内存对齐

如上图，可以看到，结构体的内存大小并不是平常的类型大小相加。这里涉及了结构体内存的对齐。

offsetof是一个宏，可以直接使用，是用来计算结构体成员相较于起始位置的偏移量的。

上图是S1占用空间的示意图，结合下面的规则，我们来分析。

分析：c1是第一个成员，起始位置从0开始。i是int型，与8相比，4为较小值，他的对齐数则为4，寻找最近的4的倍数，则从4开始占用，接着c2是char型，对齐数则为1，直接补在i后面即可，这3个成员中，对齐数分别为1，4，1，最大对齐数是4，总大小就是4的倍数，就需要再浪费3个空间。

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。 linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小。
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。

为什么存在内存对齐？

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得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。

总的来说，结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

举个例子：

红框是存储的数据，当我们 要读取i时，第一次只读取到前3个字节，需要读取两次才能完全读取到i，这是不对齐的情况。

当结构体内存对齐时，虽然中间的空间浪费了，但这时我们能一次读取到需要的数据，减少了花费的时间。

所以在设计结构体的时候，我们既要节省空间，又要满足对齐，就需要让占用空间小的成员尽量集中在一起 。

修改默认对齐数

#pragma这个预处理指令，可以改变我们的默认对齐数。

如上图，第一个指令，把默认的对齐数改为4，最后一个指令，是恢复成原本的默认对齐数。

结构体传参

如上图，第一种是传值，第二种是传址。函数传参的时候，参数是要压栈的，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，所以会导致性能的下能。因此，结构体传参的时候，要传结构体的地址。

位段

什么是位段

位段的声明和结构体是类似的，但有两个不同：

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。

如上图， 是位段的声明，a占用了两个bit位的空间，位段能节省空间的占用。例如，假设a只可能是0，1，2，3，即二进制为00，01，10，11，如果我们不使用位段的方式，一个整形就要占32个bit位，实际上，位段也会浪费少量的空间。

位段的内存分配

1.位段的成员可以是int，unsigned int，或signed int或者是char（属于i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1个字节（char）的方式开辟的。

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。

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，是舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的。

总结：跟结构相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

枚举

枚举，顾名思义就是一一列举，把可能的取值一一列举。

花括号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，依次递增1。当然，在声明枚举类型的时候也可以赋初值。

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一块空间（所以联合也叫共用体）。

联合体的大小计算

联合体的大小并不是最大成员的大小。

联合体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。

如上图， 实际上，c是数组，因为有5个元素，占了五个字节，但他的对齐数依旧是1，而i的对齐数是4，比5大的4的倍数最小是8，所以大小就是8。 c和i和该联合体的起始地址都是一样的，他们共用一块空间，因此可以节省空间。