·前言

在C语言中有诸如整型家族、浮点型等多种数据类型。丰富的数据类型使C语言的表达性更强，但对于一些复杂的对象只有这些基本类型还不足以描述到位。为了表达一些较复杂的数据，就需要用到构造类型。

下面涉及到的自定义类型主要包括结构体、位段、枚举和联合。

·结构体

结构体是一种自定义的复合数据类型。结构体可以将不同类型的数据成员组织到统一的名字之下，适合对关系紧密、逻辑相关的数据进行处理。比如要描述一个学生，则至少包含姓名、年龄、性别等基本数据，将这些数据统筹在结构体中，更有利于表述和编码。

结构体的声明

·声明结构体类型是为了创建结构体变量

-结构体变量包括局部结构体变量和全局结构体变量

·成员变量

-结构体是一些值的集合，这些值被称为成员变量

-成员变量可以是不同类型的

#include<stdio.h>

struct Stu//创建一个结构体类型Stu
{
  char name[20];
  int age;//int类型的成员变量
  char sex[7];//char类型的成员变量
}s1;//定义一个全局结构体变量s1

struct Stu s2;//创建一个全局结构体变量s2
int main()
{
  struct Stu s3={"jojo",28,"man"};//初始化一个局部结构体变量s3
  return 0;
}

结构体的自引用

·结构体中不能包含自己本身

-若一个结构体中包含自己本身，即一个结构体中包含一个结构体，该结构体中又包含另一个结构体，就会类似死递归一样不断循环下去，不停地利用栈区空间，最终导致程序崩溃。（实际上很多编译器会直接报错）

·结构体中可以存放本结构体指针类型

-虽然结构体中不允许出现自己本身，但是可以包含自身结构体指针类型。这个用法常常用于链表的构建。通过其中的指针变量，可以找到下一个关联的数据。

struct node
{
    char item;
    struct node* next;//结构体中定义指向自己的指针
};

        可以通过此结构体中的指针找到下一个数据：

匿名结构体

在C语言中，可以在结构体中声明某个结构体而不用指出它的名字，如此之后就可以像使用结构体成员一样直接使用其中结构体的成员。

struct//这是一个匿名结构体
{
  int  age;
  char sex[5];
}p;

若要使用该匿名结构体，必须要在声明结束的同时进行定义。匿名结构体只能使用一次，这对特定的应用场景来说比较方便。

结构体的重命名

在某些情况下，例如当结构体名称较长时，简化的结构体往往给我们带来很多便利。在实际操作中，常常用typedef关键字对结构体进行重命名。

typedef struct person
{
    char* name;
    char    gender;
    int age;
    int weight;
}person;//将struct person简化为person,方便书写

int main()
{
    person p;
    return 0;
}

需要注意的是，由于匿名结构体的特殊性，建议不要对其进行重命名，否则该结构体类型将无法使用。

结构体的内存对齐

类似int的大小是4个字节，short类型的数据大小是2个字节（32位机器及以上），结构体也具有一定大小。计算结构体的大小需要了解结构体的内存对齐。

struct MyStruct
{
  int n;
  char c;
  double d;
}s;

int main()
{
  printf("%d\n", sizeof(s));
  return 0;
}

若对内存对齐一无所知，大概很多人都会直接把三个数据的大小暴力相加。实际上，运行上面的代码，得到的结果是16。

先抛出内存的对其规则：

1. 第一个成员在相对于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该变量对齐数的整数倍的地址处
3. 对齐数=编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小之中的的较小值
4. 结构体的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
5. 如果嵌套了结构体的情况，可以认为嵌套的结构体的对齐数为 自己成员变量中最大的对齐数

编译器的默认对齐数由编译器决定，v.s.的默认对齐数是8，gcc没有默认对齐数。

上面结构体的大小计算过程如下：

为什么存在内存对齐

·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，某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，比如读取int数据时只能在偏移量为4的倍数处读取，否则抛出硬件异常。

·性能原因：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，这就提高了访问效率。

如何尽量节省内存

内存对齐的过程中难免会出现内存的浪费现象。为了尽量减少内存的浪费，可以让占用内存空间小的成员变量尽量集中在一起。

修改编译器的默认对齐数

一般设有默认对齐数的编译器都会支持修改默认对齐数。v.s.中的修改方法为#pragma pack(num)，设置默认对齐数为num；#pragma pack()取消上面对默认对齐数的设置。

计算结构体成员变量的偏移量

offsetof()宏可以计算某个结构体中某个成员变量相对于起始位置的偏移量。

size_t offsetof( structName, memberName );该宏需要stddef.h头文件。

结构体的传参

结构体的传参可以传值也可以传址。

传值调用时，形参是实参的一份临时拷贝，对形参的操作不会影响实参；

传址调用时，会在形参和实参之间建立起真正的联系。

在实际操作时，往往使用传址调用，原因是传地址不会再对实参进行拷贝，减少了内存的使用，有利于效率的提高。若在传址调动时不希望结构体被修改，则可以加const关键字避免此问题。

·位段

在一个结构体/联合体中以位为单位来指定其成员所占内存长度，这种以位为单位的成员称为“位段”或称“ 位域 ” (bit field)。含有位段的结构体/联合体称为位段结构。

1. 位段的成员必须是整型家族
2. 位段名后有一个冒号和一个数字

struct data
{
  unsigned int a : 7;//位段a,占7个比特位
  int b : 3;//位段b,占3个比特位
  char c : 4;//位段c,占4个比特位
  int : 0;//占0个比特位的无名位段
};

位段的内存分配

1. 位段成员属于整形家族
2. 位段结构是按照需要以4个字节(int)或1个字节(char)的方式开辟的

#include<stdio.h>

struct data
{
  char a : 4;
  char b : 3;
  char c : 7;
  char d : 5;
};

int main()
{
  struct data d = { 0 };
  d.a = 10;
  d.b = 12;
  d.c = 3;
  d.d = 4;
  printf("%d\n", sizeof(d));//3
  return 0;
}

运行以上程序，计算d的大小为3个字节。

其内存分配如下（假设内存从右到左分配）：

为什么存在位段？

位段可以节省内存空间

位段可以节省空间。见上述案例，若是普通的结构体下，分别为a,b,c,d开辟一个字节，则该结构体就要占4个字节，实际上该位段结构只占用了3个字节。通过使用位段来手动规划空间，可以达到节省内存的目的。

位段不支持跨平台性

1. int位段被当成有符号数还是无符号数不确定
2. 位段的最大位的数目不能确定（16位机器、32位机器不确定）
3. 位段成员是内存中从左向右还是从右向左分配标准未定义
4. 无法容纳位段的剩余位时，舍弃剩余位还是利用剩余位不确定

位段的一个常用场景为网络数据传输

·枚举

枚举的规则和使用

-枚举的可能取值是常量——枚举常量

-枚举的可能取值默认从0开始

-枚举可以赋初始值

enum COLOR
{
  RED,//0
  GREEN = 2,
  BLUE
};

int main()
{
  printf("%d\n", RED);//枚举的可能取值默认从0开始
  printf("%d\n", BLUE);//可以手动为枚举常量赋值
  return 0;
}

为什么存在枚举？

既然枚举常量的本质是整型，那为什么还要存在枚举类型，这不是多此一举吗？

以上述为例，若不用枚举，实现上面代码的功能，则我们需要进行下面的操作：

#define RED 0
#define GREEN 2
#define BLUE 3

这就增加了代码量，且不易维护。这个例子也许不明显，若要列举出一周中的周一到周日，则就需要7个#define进行定义。

另一个例子体现在可读性上。想象一下，你要构建一个通讯录的程序，这个通讯录有增删查改、排序等功能可供用户选择，难不成你要将这些功能在switch语句中用0、1、2、3...表示吗？这样即不利于自己写代码，在后续的维护中也会很麻烦。若使用枚举，则可以避免此问题。

enum option//将用户选项写成枚举形式
{
  EXIT,
  ADD,
  DEL,
  SEARCH,
  MODIFY,
  SHOW,
  SORT
};

现在可以回答问题：为什么使用枚举？

1. 枚举增加了代码的可读性和可维护性
2. 枚举存在类型检查，使代码更严谨
3. 枚举可以实现数据封装，一定程度上防止命名污染
4. 相比#define更加便于调试

尝试在适当的情况下使用枚举，你会感受到他的魅力。

·联合

联合体也被称为共用体，联合变量的成员共用同一块内存空间。联合体的这种特性决定了联合体变量的成员不能同时存在，否则会发生内存占用情况。

联合体的内存分配

union U
{
  char c;
  int d;
};

int main()
{
  union U u = { 0 };
  u.c = 3;
  u.d = 7;
  printf("%d\n", sizeof(u));//4
  return 0;
}

该联合体的内存分配如下：

扩展到更复杂的结构体也是如此，所有成员的地址都从0偏移量的位置开始，内存重叠部分进行共用。

联合体的大小

联合体的大小要满足两个条件：

1. 联合变量的大小至少是最大成员的大小
2. 当最大成员大小如果不是最大对齐数的整数倍时，就要对齐到最大对齐数的整数倍，即联合体的大小能被其包含的所有基本数据类型的大小整除。

例：计算u的大小

union U
{
    char s[9];//9
    int n;//4
    double d;//8
};

int main()
{
    union U u = { 0 };
    printf("%d\n", sizeof(u));
    return 0;
}

其中s[]占9个字节，n占4个字节，d占8个字节，则该联合变量最少是9个字节，但运行以上程序发现输出的是16个字节。这是因为9不是1、4或8的整数倍，因此补充到16字节，这就符合所有成员的自身对齐了。

为什么存在联合体

联合体的存在，使只需单独调用其中一个成员的情况变得方便，节省了内存空间。

一个使用联合体的简单场景：

判断机器的存储模式是大端存储还是小端存储

union U
{
  char c;
  int d;
};

int main()
{
  union U u = { 0 };
  u.d = 1;
  if (u.c == 1)
  {
    printf("小端\n");
  }
  else
  {
    printf("大端\n");
  }
  return 0;
}