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前言：Hello大家好，我是@每天都要敲代码！今天就带大家学习一下新的内容；三大自定义类型：结构体struct，枚举enum，联合union；看着内容很少，其实知识点也很丰富；希望下面我的讲解能让大家有所收获！

1.5 结构体内存对齐（结构体大小的计算）

1. 结构体

1.1 结构的基础知识和声明

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。我们需要掌握：结构体类型的声明、结构的自引用、结构体变量的定义和初始化、结构体内存对齐、结构体传参、结构体实现位段（位段的填充&可移植性）！

回顾：数组是一组相同类型的元素的集合！

对于结构体的声明，我们就拿一个例子来解释；更加的容易理解：

❤️例：

1.2 匿名结构体的声明

匿名结构体的声明是指在声明结构的时候，可以不完全的声明！还是不明白什么意思？我们不妨拿个例子来理解：

❤️例：

1.3 结构的自引用

❤️1、一个结构体引用另一个结构体

一个结构体引用另一个结构体是完全没问题的！

❤️2、自己的结构体引用自己

结构体里面，自己引用自己，会造成死循环；相当于死递归，是错误的引用！

❤️3、正确的自引用方法

一个结构体不是包含同类型结构体的变量，而是包含同类型结构体的指针，是完全没问题的！

1.4 结构体变量的初始化和打印

❤️例：

1.5 结构体内存对齐（结构体大小的计算）

首先先介绍一下对齐规则：

（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。

tips：一定要先理解上面的四句话，在进行习题的练习！

❤️例题1：

⭐️对于结构体S：

（1） c1放在偏移量为0处，且占一个字节！

（2）i占4个字节，直接从偏移量为1处开始？当然不是！其他成员变量要对齐到某个（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 = VS中默认的值为8与该成员大小的较小值。所以对齐数应该是4，应该从4的倍数开始，要舍去1、2、3这三个字节！最终从4开始：4、5、6、7；如下图：

（3）最终结构体的大小，也要是这个结构体成员变量的对齐数最大值的整数倍！这里也就是4的倍数；结合（2）最终结果就是8！

⭐️对于结构体S2：

（1）c1放在偏移量为0处，且占一个字节！

（2）i占4个字节，直接从偏移量为1处开始？当然不是！其他成员变量要对齐到某个（对齐数）的整数倍的地址处。对齐数 = VS中默认的值为8与该成员大小的较小值。所以对齐数应该是4，应该从4的倍数开始，要舍去1、2、3这三个字节！最终从4开始：4、5、6、7；

（3）c2占一个字节，对齐数 = VS中默认的值为8与该成员大小的较小值。所以对齐数应该是1；刚好放到8的位置；如下图：

（4）（3）最终结构体的大小，也要是这个结构体成员变量的对齐数最大值的整数倍！这里也就是4的倍数；结合（2）（3）最终结果就是：12；而不是9（9不是4的倍数）；所以最终还是会浪费3个字节9、10、11！

❤️例题2：

⭐️对于结构体S：

通过画图我们知道，S的大小应该是9，但是9却不是4的倍数；所以最终结果就是12！

⭐️对于结构体S2：

通过画图我们知道，S2的大小应该是16，16刚好是4的倍数；所以最终结果就是16！

⭐️对于结构体S3：

通过画图我们知道，S3的大小应该是8，8刚好是4的倍数；所以最终结果就是8！

⭐️对于结构体S4：

通过画图我们知道，S4的大小应该是16，16刚好是8的倍数；所以最终结果就是16！

⭐️对于结构体S5：

对于结构体S5；里面嵌套着结构体S4；首先是c1在偏移量0处，且占1个字节！然后是结构体S4我们已经计算出来是16字节的大小；这就占17个字节就是0-16，下一个位就是17开始；最后d占8个字节，17不是8的倍数，应从8的倍数24开始，数8个就是到31；所以最终结果就是32！

补充：

（1）在设计结构体的时候，既要满足对齐，也要节省空间，怎么做到？
答：让占用空间小的成员尽量集中到一起！

（2）为什么存在内存对齐？

答：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。

1.6 修改默认对齐数

#pragma预处理指令，可以改变我们的默认对齐数；修改命令是：#pragma pack(n)

❤️例1：

⭐️按照默认对齐数8来计算：

通过画图我们知道，此时大小应该是16，16刚好是8的倍数；所以最终结果就是16！

⭐️按照修改的对齐数4来计算：

通过画图我们知道，此时大小应该是8，8刚好是8的倍数；所以最终结果就是8！

❤️例2：

这里就不在画图了，感兴趣的小伙伴自己动手画图试试吧！

⭐️按照默认对齐数8来计算：

c1从偏移量0处开始，且占一个字节；

i占4个字节，对齐数取4和8的较小值；应从4的倍数4开始，占四个字节：4、5、6、7；

c2从8开始，且占一个字节；所以最终就是0-8共9个字节，取4的倍数就是12！

⭐️按照修改对齐数2来计算：

c1从偏移量0处开始，且占一个字节；

i占4个字节，对齐数取4和2的较小值；应从2的倍数2开始，占四个字节：2、3、4、5；

c2从6开始，且占一个字节；所以最终就是0-6共7个字节，取2的倍数就是8！

⭐️按照修改对齐数1来计算：

c1从偏移量0处开始，且占一个字节；

i占4个字节，对齐数取4和1的较小值；应从1的倍数1开始，占四个字节：1、2、3、4；

c2从5开始，且占一个字节；所以最终就是0-5共6个字节，取1的倍数就是6！

1.7 offsetof 库函数的使用

offsetof库函数是计算结构体中某变量相对于首地址的偏移；引用的头文件是<stddef.h>；对于怎么模拟实现offsetof，我们以后回说！这里暂时只掌握如何使用即可！

size_t offsetof( 结构体, 每个成员变量 )

1.8 结构体传参

对于结构体的传参，有两种形式：一种是传值调用；一个是传址调用！我们首选传址调用，为什么呢？

（1）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。
（2）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。

❤️例：

2. 位段

2.1 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等。
（2）位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

❤️例：

2.2 位段的内存分配

注意：

1. 位段的成员可以是 int unsigned int 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。
总结：位段的意义，是节省内存空间，根据实际的要求来分配（按需分配）所需要的空间。位段分配空间是按照比特位来分配的，一个字节 = 8个比特位！

❤️例：

解释：

对于整型数据int我们就一次开辟4个字节32个比特位；对于浮点型数据char我们就一次开辟1个字节8个比特位！

（1）整型数据，先开辟4个字节32比特位；对于_a占2个比特位，所以还剩下30个比特位；

（2）对于_b占5个比特位，所以还剩下25个比特位；

（3）对于_c占10个比特位，所以还剩下15个比特位；

（4）对于_d占30个比特位，还剩下的15个比特位完全不够用，所以又需要开辟4个字节32比特位；所以总共使用了8个字节！

注意：但是对于（4）的使用，是先使用了（3）剩余的15个比特位，在使用新开辟的；还是把上面的15个比特位直接舍去，全都使用新开辟的空间？这就是一个问题！所以位段肯定是不跨平台的！

2.3 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，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

❤️例：利用一个例子来验证VS中位段是从左到右分配还是从右到左分配？是舍弃剩余还是利用剩余？

画图分析一下：

总结：

（1）在VS中，位段中的成员在内存中从右向左分配（从低地址到高地址分配）！

（2）在VS中，多余的比特位不够用，是直接舍去，开辟新的空间后直接用新的！

（3）大小端讨论的是字节序，一个字节内部的顺序和大小端是没有关系的！

2.4 位段的应用

这实际上是属于计算机网络的内容；目前只做简单了解就好！

就是给你要发送的数据加上一些数据包的信息，利用位段来分配位数，比较节省空间！

3. 枚举

3.1 枚举类型的定义

枚举顾名思义就是一一列举。

❤️例：

以上定义的 enum 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 。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。

3.2 枚举类型的优点

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

3.3 枚举类型的使用

枚举类型就是一种类型不是整型；枚举是类型，可以定义变量，但其成员是常量！

枚举类型的大小就是一个整型变量的大小：4

❤️例：

实际应用：我们在设计计算器时，对于case里面的语句，我们使用数字(1 2 3 4)还要思考对应是要执行什么操作？但是如果定义一个枚举，此时case 1：我们就可以直接写成case ADD: 直接就能出来这个选项是要执行什么操作，增加可读性！

4. 联合（共用体）

4.1 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）。

❤️例：

4.2 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）。

❤️例1：

怎么理解呢？我们通过画图来分析一下：

❤️例2：统一初始化

❤️例3：分开初始化

为什么会这样呢？因为对于u.i = 10 初始化的值会替换u.i = 1000上，原来对应的比特位；最终就会造成u.i结果不在是1000；所以在分开初始化的时候，一次只能使用一个！

4.3 联合的实际应用

比如：我们可以利用联合来判断大小端存储！

❤️例：

解析：

我们给i赋值为1；如果在大端模式，在内存中存储就是00 00 00 01，那么我们取出c，虽然c并没有赋值，但是联合体共用同一块内存，所以取出来c的值也就是0。如果在小端模式，在内存中存储就是01 00 00 00，那么我们取出c，虽然c并没有赋值，但是联合体共用同一块内存，所以取出来c的值也就是1。