【再识C进阶4】详细介绍自定义类型——结构体、枚举和联合-编程知识

学习目标：

在上一篇博客中，我们已经详细地学习了字符分类函数、字符转换函数和内存函数。那这一篇博客和上一篇博客的关系不是那么相连。

这一篇博客主要介绍一下自定义类型，因为在解决实际问题时，由于世界上的因素有很多，我们需要建立不同的数据类型来描述这些变量，但是C语言本身创立的类型不是很多，所以需要我们用户自己根据需求进行创建，于是就有了这一篇博客！

学习内容：

通过上面的学习目标，我们可以列出要学习的内容：

结构体的相关知识
结构体的内存对齐
结构体实现位段
枚举的相关知识
联合的相关知识

一、结构体的相关知识

1.1 结构的基本知识

通俗来讲，结构是一些值的集合，这些值称为结构成员。读者们看到这句话是不是似曾相识啊，在前面的数组这一章，我们讲过数组的概念——是一些相同类型的值的集合。小编在这里提一嘴，是因为数组存放的值和今天我们讲述结构体存放的值是不一样的。结构体的成员可以是不同类型的变量，一定要区分清楚！

因为在结构体中，我们也可以放置相同类型的值的集合；而数组只能放置相同类型的值的集合。我们要好好利用结构体来解决实际生活中的问题。

1.2 结构体的声明

1.2.1 结构体的内容介绍

在上图中，我们介绍了结构体类型中的各个位置的含义和概念，下面，我们来自己设计一个学生的结构体类型：

struct Student {char name[20];int age;char sex[5];double score;
};

1.2.2 结构体是如何创建变量

定义完结构体类型后，这就相当于又创建了一个数据类型，我们可以根据这个数据类型来创建一个或多个结构体变量，同时也可以创建一个结构体数组，这和基本数据类型大差不差。接下来，我们就来创建结构体变量：

1.2.3 利用typedef简化类型名字

你们会不会因为结构体类型的名字比较长，而觉得很不方便，我们可以利用 typedef 来进行对类型的重命名：下面，我们来看一个例子：

1.3 特殊的声明

1.3.1 匿名结构体的概念和代码

这个声明就像标题所说的一样，是有点特殊的，也是不常用的。我们在进行编写代码时，在设计结构体时，可以进行不完全的设计声明。因为编写结构体时没有给出相应的名字，所以这种设计的结构体叫做匿名结构体。具体例子我们看下面：

//匿名结构体类型
struct{int a;char b;float c;
}b;

1.3.2 匿名结构体和普通结构体的区别

为了便于理解，我们在进行匿名结构体类型与普通结构体类型之间的区别(如下图)：

1.3.3 有关匿名结构体的一道题目

在了解完上面匿名结构体的概念后，我们来看这么一道题：

//匿名结构体类型
struct {int a;char b;float c;
}b;
struct {int a;char b;float c;
} *p;
上面两个结构体在声明的时候省略掉了结构体标签tag。那么请问：
//在上面的代码基础上，下面的代码合法吗？
p = &b;

答案：

警告： 编译器会把上面的两个声明当成 完全不同的两个类型 ，所以是非法的。

1.3.4 匿名结构体的使用场景

说实话，这个匿名结构体的使用次数应该要很少，他的使用场景只有在使用一次之后就不在使用，之后永远不在使用。

1.4 结构体的自引用（错误）

1.4.1 介绍结构体自引用

在讲结构体之前，我们来了解一下数据结构。数据结构有：线性表、栈和队列、串（KMP）、数与二叉树、图、查找、排序。(在之后的笔记中，我也会详细地写出数据结构)。

在数据结构中，我们线性表中的链表与结构体的自引用有一定的关系。正如标题所示那样，结构体的自引用是错误的，而真正正确的是链表的写法。

错误的写法：

正确的写法：
在链表中，我们的数据不同于数组一样是连续的放在一起，而链表是将数据不连续的放在内存空间中，我们怎么找到下一个结点呢？在内存中，每一个数据都有一个自己的地址，我们如果将下一个结点的地址存在这一个结点中，就能找到下一个结点。

1.4.2 结构体自引用的一些问题

问题：
typedef struct{int a;Node* n;
}Node;
//这样写代码，可以吗？
答案：

显然是错误的，这是一个先有鸡还是先有蛋的问题。原因在于这个结构体在创立的时候，还没有来得及给其重命名，就已经有了重命名后的指针，所以是错误的。

改进方法：
typedef struct Node {int a;struct Node* next;
}Node;

1.5 结构体变量的定义和初始化

在标题为1.2.2中，我们讲述了如何创建结构体的全局变量和局部变量。那么接下来，我们来简单介绍一下初始化。说起初始化，想必大家都不陌生，在之前的课程中，我们就会对基本结构数据类型进行初始化。

第一种写法：

struct Point
{int x;int y;
}p1 = { 1,2 }; //声明类型的同时定义变量p1,并初始化p1

第二种写法：

//初始化：定义变量的同时赋初值。
int x = 20;
int y = 40;
struct Point p3 = { x, y };

第三种写法：

struct Stu        //类型声明
{char name[15];//名字int age;      //年龄
};
//我们可以使用下面这一种方法，不用按照顺序进行初始化
struct Stu s1 = { .age = 19, .name = "hskod" };

下面，我们来介绍一下结构体的嵌套使用：

struct Node
{int data;struct Point p;struct Node* next;
}n1 = { 10, {4,5}, NULL }; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };//结构体嵌套初始化

1.6 结构体内存对齐

1.6.1 引出offsetof

在这之前，我们先来写一段前言用于激发读者思考！我们来看下面这两个结构体大小的对比，先来预告一波：结构体的内存对齐与结构体时候如何计算内存大小是有关。看下图：

struct Stu1 {int a;char c1;char c2;
};struct Stu2 {char c1;int a;char c2;
};
在这两个结构体中，所有的变量都是一样的，只有变量的顺序是不一样的，这种顺序会造成结构体的内存大小是不同。为什么呢？这就和下面要介绍的内存对齐有关！