c语言的基础知识之结构体
前言
欢迎来到戴佳伟的小课堂，那今天我们讲啥呢？
问得好，我们今天要讲一个未来数据结构中各种表中最常用的结构–详细讲解结构体，我们也会学枚举，通过用枚举写出星期表，也会引出一种算法，既然说了这么多，那就跟着我往下，你会收益匪浅。
//空间是如何开辟的？
结构体
结构体在我们学习数据结构与完成一些基础项目中使用的很多
结构体：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
而他的一般形式也是：
struct tag
{
member-list;
}variable-list;
这也是数据结构基本格式，
如何使用？
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}; //分号不能丢
我们在main函数里写出
struct Stu s = { "yangjie", 25, '男',12345 };//对结构体变量的定义和初始化
在struct中强调一一对应的关系。
结构的自引用
我们知道链式结构的构成，一个结构连着一个结构，形成链式结构，那我们思考的是，我能在链式表自己引用自己。这也是本文的第一个问题
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
为什么错误呢，这个大家应该可以想象，第三个成员c是个A类型，c的第三个成员也是个A类型，那么会一直有pp.c.c.c.c.c.c.c……，此结构体的大小没有结束，那么肯定是错误的，编译的时候肯定通不过。那么怎么能是引用自身呢，这就要看指针的功能了。
欸 我们就引出了新的概念 用指针代替直接引用达到读取到下一个结构体的功能。
正确的写法：
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
typedef函数
C语言允许用户使用 typedef 关键字来定义自己习惯的数据类型名称，来替代系统默认的基本类型名称、数组类型名称、指针类型名称与用户自定义的结构型名称、共用型名称、枚举型名称等。一旦用户在程序中定义了自己的数据类型名称，就可以在该程序中用自己的数据类型名称来定义变量的类型、数组的类型、指针变量的类型与函数的类型等。
那我们就知道不一定一直要使用struct 类型 我们可以使用Node代替struct，代码如下：
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
结构体内存对齐
我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小。
这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐
为了让你们有更好的理解这个意思，我先出个题，大家思考下：
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d", sizeof(struct S2));
}
大家认为答案是多少，6？ 8？ 12？
这时候大家会提出疑问为啥是这个答案，这时候我要提出规则了
首先得掌握结构体的对齐规则：
- 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
- 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
- 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。
- 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
大家可能看不懂，简单来说第一位正常占进去，后面的要按照对齐数比较后进行排位，很有意思的是内存有脾气，他只放在他的位数倍数上
按照这种讲解我们发现这种题目的规律以及使用规则去练习sizeof(struct)的使用。
为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是如是说的：
- 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。
- 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。
总体来说：
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
我们再写结构体的时候尽量将小的集中，尽量不必要的内存损失。
修改默认对齐数
之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数，代码如下：
#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
//输出的结果是什么？
printf("%dn", sizeof(struct S1));
printf("%dn", sizeof(struct S2));
结论：
结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数.
位段
什么是位段
位段(bit-field)是以位为单位来定义结构体(或联合体)中的成员变量所占的空间。含有位段的结构体(联合体)称为位段结构。采用位段结构既能够节省空间，又方便于操作。
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 。 2）位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
struct node
{
unsigned int a:4; //位段a，占4位
unsigned int :0; //无名位段，占0位
unsigned int b:4; //位段b，占4位
int c:32; //位段c，占32位
int :6; //无名位段，占6位
};
我们思考下sizeof(struct node)的大小
位段的内存分配
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。
根据上面的代码我们可以看看大小
//一个例子
struct S
{
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
//空间是如何开辟的？
位段的跨平台问题
- int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
- 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。
- 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。
- 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。
位段的意义以及应用
在网络协议中运用广泛，后面我会在网络继续讲解此知识。
我尽量在网上查找资料，解答大家问题。
枚举
我们在生活总是遇见暴力枚举解题的概念，那我们今天就介绍枚举。
枚举顾名思义就是一一列举。 把可能的取值一一列举。 比如我们现实生活中： 一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举
enum Day//星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex//性别
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
}；
enum Color//颜色
{
RED,
GREEN,
BLUE
};
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 。
枚举常量的赋值
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
这是最基础的枚举常量的赋值。
现在我们在讲下枚举常量的使用
enum Day//星期
{
Mon=1,
Tues,
Wed,
Thur,
};
#include<stdio.h>
int main()
{
printf("%d", Tues);
}
我们会发现Tues是2，其实我们也发现enum类型为int 类型大小
所以枚举规则则是：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
枚举的优点
为什么使用枚举
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：
- 增加代码的可读性和可维护性
- 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
- 防止了命名污染（封装）
- 便于调试
- 使用方便，一次可以定义多个常量
总结
时间过的好快，一瞬间写到了结构体的相关内容，一瞬间又老了一岁，希望看完我的文章有所收获，感谢大家的支持，我还会继续创作的