複合資料型別

• 思維導圖
• 結構體基礎
• 結構體記憶體對齊模式
• 為什麼要進行記憶體對齊？
• 記憶體對齊原則
• 系統預設對齊係數
• 結構體位域
• 共用體
• 定義、初始化和使用：
• 大小端模式：
• 列舉

思維導圖

結構體基礎

1. 結構體型別的定義與宣告
   

2. 結構體型別變數定義和初始化
   

1. 定義變數
   struct stu s1;
2. 結構體變數初始化
   struct stu s5 = { “小明”,10,15,5,98};
3. 使用，變數用 “.” 引用成員，指標用 “->” 引用成員
   printf (“num = %d，name = %s\n”, s5.num, s5.name);

3. 結構體型別變數賦值與使用
   

4. 結構體陣列
   

5. 結構體巢狀
   

6. 結構體指標
   • 結構體和結構體變數是不同的概念
   • 結構體是一種資料型別，和我們的int float等是一樣的，編譯器不會為它分配記憶體
   • 結構體變數才是實實在在的資料，才需要記憶體來儲存
   struct student stu = {“xiaoming”, 18, 50}; // 結構體變數
   struct student *pstu = &stu; // 結構體指標，指向一個結構體變數stu

struct student pstu = student; //錯誤的寫法
獲取結構體成員：
. 號的優先順序高於*,(*pstu)兩邊的括號是不能少的，如果去掉括號，
就變成 *pstu.name == *(pstu.name)
printf (“name = %s\n”, (*pstu).name);

->是一個新的運算子，一般叫做"箭頭"，通過它結構體指標能直接取得結構體的成員
printf (“name = %s\n”, pstu->name);
printf (“age = %d\n”, pstu->age);
printf (“score = %.2f\n”, pstu->score);
結構體變數名代表的是整個集合本身，作為函式引數時傳遞的整個集合，也就是所有成員，而不是像陣列一樣被編譯器轉換成一個指標。如果結構體成員較多，尤其是成員為陣列時，傳送的時間和空間開銷會很大，影響程式的執行效率。所以最好的辦法就是使用結構體指標

結構體記憶體對齊模式

為什麼要進行記憶體對齊？

記憶體對齊是作業系統為了快速訪問記憶體而採取的一種策略，簡單來說，就是為了放置變數的二次訪問。作業系統在訪問記憶體 時，每次讀取一定的長度（這個長度就是作業系統的預設對齊係數，或者是預設對齊係數的整數倍）。如果沒有記憶體對齊時，為了讀取一個變數是，會產生匯流排的二 次訪問。
例如假設沒有記憶體對齊（預設對齊係數為8），結構體xx的變數位置會出現如下情況：
struct xx{
​ char b; //0xffbff5e8
​ int a; //0xffbff5e9
​ int c; //0xffbff5ed
​ char d; //0xffbff5f1
};
作業系統先讀取0xffbff5e8-0xffbff5ef的記憶體，然後在讀取0xffbff5f0-0xffbff5f8的記憶體，為了獲得值c，就需要將兩組記憶體合併，進行整合，這樣嚴重降低了記憶體的訪問效率。（這就涉及到了老生常談的問題，空間和效率哪個更重要？）。
這樣大家就能理解為什麼結構體的第一個變數，不管型別如何，都是能被8整除的吧（因為訪問記憶體是從8的整數倍開始的，為了增加讀取的效率）

記憶體對齊原則

1、 結構體成員的首地址要能被該成員的型別長度所整除
2、 結構體為成員分配空間原則

• 每次分配的時候按當前最大型別分配
• 如果當前空間夠用，則不再分配空間
• 如果當前型別大於系統預設對齊係數的時候，按系統係數標準進 行分配空間，否則按最大型別分配空間

系統預設對齊係數

每 個作業系統都有自己的預設記憶體對齊係數，如果是新版本的作業系統，預設對齊係數一般都是8，因為作業系統定義的最大型別儲存單元就是8個位元組，例如 long long，不存在超過8個位元組的型別（例如int是4，char是1，long在32位編譯時是4，64位編譯時是 8）。當作業系統的預設對齊係數與記憶體對齊的理論產生衝突時，以作業系統的對齊係數為基準
舉例說明:

#include<stdio.h>
struct test
{        
char a;
int b;
long c;
long long d;        
char e;        
short f;        
};
int main()
{
printf(" long size is %lu\n",sizeof(long));
printf(" short size is %lu\n",sizeof(short));
printf(" long size is %lu\n",sizeof(long));
printf("struct test size is %lu\n",sizeof(struct test));
return 0;
}

Ubuntu14.04 64bits 測試：

分析：

struct test 成員的最大型別長度是8位元組
Ubuntu14.04 64bits預設記憶體對齊係數也是8位元組
所以按8位元組進行分配空間
上面的成員排列會造成記憶體空間浪費

應該如下排列，資源最大化利用。
struct test
{
char a;
char e;
short f;
int b;
long c;
long long d;
};

結構體位域

1. 概念：
   有些資料在儲存時並不需要佔用一個完整的位元組，只需要佔用一個或幾個二進位制位即可。例如開關只有通電和斷電兩種狀態，用 0 和 1 表示足以，也就是用一個二進位。正是基於這種考慮，C語言又提供了一種叫做位域的資料結構。
   在結構體定義時，我們可以指定某個成員變數所佔用的二進位制位數（Bit），這就是位域：

struct bs
{
​ unsigned m;
​ unsigned n: 4;
​ unsigned char ch: 6;
}；

2. 儲存規則：
   • 相鄰成員的型別相同
   當相鄰成員的型別相同時，如果它們的位寬之和小於型別的 sizeof 大小，那麼後面的成員緊鄰前一個成員儲存，直到不能容納為止；如果它們的位寬之和大於型別的 sizeof 大小，那麼後面的成員將從新的儲存單元開始，其偏移量為型別大小的整數倍。

struct bs{
unsigned m: 6;
unsigned n: 12;
unsigned p: 4;
};
printf("%d\n", sizeof(struct bs));

• 相鄰成員的型別不同
當相鄰成員的型別不同時，不同的編譯器有不同的實現方案，GCC 會壓縮儲存，而 VC/VS 不會

struct bs
{
unsigned m: 12;
unsigned char ch: 4;
unsigned p: 4;
};
printf("%d\n", sizeof(struct bs));

• 成員之間插著非位域成員
如果成員之間穿插著非位域成員，會視情況進行壓縮。例如對於下面的 bs：

struct bs
{
unsigned m: 12;
unsigned char ch;
unsigned p: 4;
};
printf("%d\n", sizeof(struct bs));

• 位域成員可以沒有名字，只給出資料型別和位寬

struct bs{
int m: 12;
int : 20; //該位域成員不能使用
int n: 4;
};

無名位域一般用來作填充或者調整成員位置。因為沒有名稱，無名位域不能使用。
上面的例子中，如果沒有位寬為 20 的無名成員，m、n 將會挨著儲存，sizeof(struct bs) 的結果為 4；有了這 20 位作為填充，m、n 將分開儲存，sizeof(struct bs) 的結果為 8。

共用體

共用體：
所用成員共用一段記憶體，共用體大小是成員中佔據最大的成員的大小

定義、初始化和使用：

union 共用體名
{
   成員列表
};

結構體和共用體的區別在於：結構體的各個成員會佔用不同的記憶體，互相之間沒有影響；而共用體的所有成員佔用同一段記憶體，修改一個成員會影響其餘所有成員。
結構體佔用的記憶體大於等於所有成員佔用的記憶體的總和（成員之間可能會存在縫隙），共用體佔用的記憶體等於最長的成員佔用的記憶體。共用體使用了記憶體覆蓋技術，同一時刻只能儲存一個成員的值，如果對新的成員賦值，就會把原來成員的值覆蓋掉。
共用體的所有成員起始地址的是一樣的。

#include<stdio.h>
union Test
{
    int a;
    char c;
};
int main()
{
    printf ("sizeof Test = %lu\n", sizeof(union Test));
    union Test t;
    t.a = 10;
    t.c = 'A';
    
    printf ("%d\n", t.a);
    return 0;
}

大小端模式：

如果我們將0x1234abcd 寫入到以0x0000 開始的記憶體中，則Little endian和Big endian 模式的存放結果如下：

大端模式：字資料的高位元組儲存在低地址中，而字資料的低位元組則存放在高地址中。
小端模式：字資料的高位元組儲存在高地址中，而字資料的低位元組則存放在低地址中。

測試大小端
// 小端返回1 大端返回0

int func()
{
​ union
​ {
​ unsigned int a;
​ unsigned char c;
​ }t;
​ t.a = 0x12345678
return (t.c == 0x78);
}

列舉

enum typeName{ valueName1, valueName2, valueName3, ...... };
enum week{ Mon, Tues, Wed, Thurs, Fri, Sat, Sun };

1. 列舉列表中的 Mon、Tues、Wed 這些識別符號的作用範圍是全域性的，不能再定義與它們名字相同的變數。

2. Mon、Tues、Wed 等都是常量，不能對它們賦值，只能將它們的值賦給其他的變數

3. Mon、Tues、Wed 等都是常量， 初始化只能在定義的時候進行，如果沒有初始化，預設從0開始依次遞增1，如果只初始化部分，後面的也是一次遞增1

#include<stdio.h>
enum week{Mon, Tues, Wed=100, Thurs, Fri, Sat, Sun};
int main()
{
printf ("%d\n", Mon);
printf ("%d\n", Tues);
printf ("%d\n", Wed);
printf ("%d\n", Thurs);
printf ("%d\n", Fri);
printf ("%d\n", Sat);
printf ("%d\n", Sun);
return 0;
}

結果：