C语言——结构体、共用体、枚举、位运算

结构体

如果将复杂的复杂的数据类型组织成一个组合项，在一个组合项中包含若干个类型不同（当然也可以相同）的数据项。 C语言允许用户自己指定这样一种数据结构，它称为结构体。

结构体的语法定义：

struct 结构体名
{
成员列表
};

其中struct关键字表示在构造一个结构体类型，结构体名用来该结构体这个类型的名称，成员列表表示要描述的复杂数据中用到的具体的成员变量，成员列表的定义方式和普通变量的定义方式相同。例如下面定义一个student结构体类型：

struct student
{
char name[20];
int sno;
int age;
char sex[10];
float score;
};

在studen这个结构体中包含了姓名name、学号sno、年龄age;、性别sex[10];分数score;这些数据类型该结构体可以用来描述一个学生的基本信息。注意在结束一个结构体的定义时要在右括号“}”后面加上一个括号。

上述只是结构体的一种定义变量，还有其余两中结构体的定义方式：
1、

struct student
{
char name[20];
int sno;
int age;
char sex[10];
float score;
}s;

这里在定义结构体的同时也定义了一个结构体这种数据类型的变量s，这样写就可以直接使用该变量了。

2、

struct
{
char name[20];
int sno;
int age;
char sex[10];
float score;
}s;

这里在定义结构体类型的同时也定义了变量,可以省略结构体名，这种定义方式表示该结构体类型只能使用一次。

结构体的初始化
结构体初始化:
结构体的初始化也是采用初始化器去对结构体进行初始化，
struct student s = { “tom”, 1, 18, “man”, 99 };
结构体初始化的规则：
1、看每个成员变量，具体是什么数据类型。
2、根据各个成员变量自身的数据类型进行初始化。
3、初始化的顺序要按照定义的顺序依次进行初始化。

其实还可以在定义结构体的同时定义变量然后进行初始化：
struct student
{
char name[20];
int sno;
int age;
char sex[10];
float score;
}s = { “tom”, 1, 18, “man”, 99 };

结构体的成员变量引用的方式
结构体的引用成员变量方式一共有两种一个是通过结构体变量名.成员名，另一个是结构体指针->成员名，下面以一个例子来具体说明结构体成员变量的引用方式；

#include <stdio.h>struct student
{char name[20];int age;char sex[10];float score;
};int main(int argc, const char *argv[])
{struct student s = { "tom", 18, "man", 90 };printf("name  : %s\n", s.name);printf("age   : %d\n", s.age);printf("sex   : %s\n", s.sex);printf("score : %.2f\n", s.score);return 0;
}

上述代码中定义了一个struct student的结构体类型然后在main函数定义变量的同时进行了初始化，在打印结构体的数据时采用了结构体变量名.成员名的方式。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>void outputStu(struct student *s, int len)
{int i = 0;for(i = 0; i < len; ++i){printf("name  :  %s\n", (s+i)->name);printf("Sno   :  %d\n", (s+i)->Sno);printf("age   :  %d\n", (s+i)->age);printf("sex   :  %s\n", (s+i)->sex);printf("score :  %.2f\n", (s+i)->score);printf("\n");}
}int main(int argc, const char *argv[])
{struct student s[3] = { { "tom", 1, 18, "m", 99 }, { "jerry", 2, 18, "w", 90 }, { "lucy", 3, 18, "w", 92 } };outputStu(s, 3);return 0;
}

上述程序将outputStu()函数的形参设置成结构体指针去接收一个结构体指针在打印结构体成员变量时采用了结构体指针->成员名的方式。

结构体的大小

结构体的大小遵循内存对齐规则：

结构体的对齐规则: //内存地址的对齐
1.在32位的平台上，默认都是按4字节对齐的。
2.对于成员变量，
各自在自己的自然边界上对齐。
char – 1字节
short – 2字节
int – 4字节
3.如果成员变量中有比4字节大。
此时整个结构体按照4字节对齐。 //32位的平台
4.如果成员变量中没有有比4字节大。
此时整个结构体按照最大的那个成员对齐。
注意在32位的平台下：
//如果有超过4字节 ，按照4字节对齐
//如果没有超过4字节的，则按成员变量中最大对齐
在64位的平台下：
//如果超过4字节的，按超过的最大的成员变量对齐
//如果没有超过4字节的，则按成员变量中最大对齐

首先要知道的是系统读取内存当中的数据时是4个字节4个字节地读取的，这样的读取方式能提高数据的读取效率和解析效率。

下面以一些例子来说明：

#include <stdio.h>struct s
{char a;short b;int c;
};int main(void)
{struct s aa;printf("sizeof(struct s) = %ld\n", sizeof(struct s));return 0;
}

我所用的平台是64为的平台所以下面也就主要说明64为平台下的内存对齐规则。在上述程序定义的结构体的成员变量所占的字节总共是7个字节，其中没有超过4字节的，则按成员变量中最大对齐char a;占一个字节它可以放在能被1整除的地址编号的内存当中short b;占两个字节放在a的后面且放在首地址编号能被2整除的内存当中，int c;占四个字节它放在首地址能被4整除的内存空间当中，最终整个结构体也要对齐该结构体没有超过4字节的，则按成员变量中最大对齐也就是8个字节。

#include <stdio.h>struct s
{char a;//一字节double b;//八字节int c;//四字节
};int main(void)
{struct s aa;printf("sizeof(struct s) = %ld\n", sizeof(struct s));return 0;
}

在上述程序定义的结构体的成员变量所占的字节总共是13个字节，其中有超过4字节的double类型，char a;占一个字节它可以放在能被1整除的地址编号的内存当中double b;占八个字节放在a的后面且放在首地址编号能被8整除的内存当中，int c;占四个字节它放在首地址能被4整除的内存空间当中，最终整个结构体也要对齐该结构体有超过4字节的，则按成员变量中最大对齐也就是24个字节。

共用体

共用体的语法:

union 共用体名
{
成员变量;
};

语法定义例子：

union demo
{
char a;
short b;
int c;
};

共用体成员变量共用的是一块内存空间且公用的是最大成员的空间 。
在使用共用体时要注意:
1.共用体初始化时，只能给一个值，默认时给到第一个成员的。
2.共用体变量中的值，取决与最后一次给到的值，还要看能影响几个字节。

利用共用体判断当前操作系统是大端还是小端存储：

#include <stdio.h>int isLittleEndian(void)
{union s{int a;char b;}c = { 1 };return c.b;
}int main(int argc, const char *argv[])
{printf("%d\n", isLittleEndian());return 0;
}

上述程序的共用体在初始化时给了一个1，一位int a;char b;共用的是同一块空间它们对应的首地址也是相同的，如果当前系统为小端存储那么1在存储时低位数据就会存放在地址所以如果是小端存储1就放在高位地址，则isLittleEndian()函数返回的是1反之就返回0。

枚举

“枚举”是指将变量的值一一列举出来，变量的值只限于列举出来的值的范围内。

枚举类型的语法定义：

enum 枚举名
{
列举各种值
}
列举各种值时不需要类型名，每个值之间用逗号隔开；
例如：
enum week
{
Monday = 1,
Tuesday,
Wednesday,
Thusday,
Firday,
Saturday,
Sunday
};
上述定义了一个名为week的枚举类型，并给第一个值初始化为1；
在枚举中逐个列举的值，默认是从0开始的，如果有给定的值且后续没有给值的枚举元素就依次加1；
枚举类型的本质实际是一个int类型的数据 ；
枚举类型的变量与整型类型的变量通用的；比如说下面我将Monday以%d的形式打印可以看到程序无警告报错且输出结果为1；

#include <stdio.h>enum week
{Monday = 1,Tuesday,Wednesday,Thusday,Firday,Saturday,Sunday
};int main(int argc, const char *argv[])
{printf("Monday = %d\n", Monday);return 0;
}

枚举类型与宏定义的对比：
1、二者的使用阶段不同，宏定义是在预处理阶段使用完毕， 而枚举在编译阶段时要检查语法并且在运行阶段参与代码的运行 ；
2、在可读性方面，二者都提高了可读性但是枚举更能说明有相关性的一些值间的关系；

typedef重定义类型

typedef重定义就是给类型起别名，使用typedef重定义以后在定义对应类型的变量时可以使用该别名来代表该类型，使用typedef重定义类型有一个十分方便的用处，下面举例子说明：
signal()的函数原型：
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
这里使用了typedef重定义了void (*)(int)函数类型，此时sighandler_t和void (*)(int)是等价的；
如果不把void (*)函数的类型重定义则该函数的原本的写法为：
void (*)(int) signal(int signum, void (*handler)(int) handler);
–>void (*signal(int signum, void (*handler)(int) ))(int);
这样的写法十分地不便于代码的阅读，如果使用重定义的写法则在代码的可读性方面得到了大幅度的提升。

位运算

位运算是C语言的特点，位运算是指进行二进制位的运算。在系统软件中，常要处理二进制位的问题。

位运算符的分类：

"按位与”运算符(&)
"按位与”运算符(&)的运算规则是一假则假，同真才真例如：
00000011
(&) 00000101
00000001
在上述例子看到当0和1做&运算时结果为0,1和1做运算&时结果为1；
&运算常用做清零操作：

上述程序就是把a中的值的偶数位置零。

按位或 运算符(|)

按位或 运算符(|)的运算规则是一真则真，比如：
00110000
(I) 00001111
00111111
同过上述例子可以知道，只有出现1运算结果就为1；
在实际应用中按位或运算常用做置一的操作，例如：

#include <stdio.h>int main(void)
{int a = 0;int i = 0;printf("%#x\n", a);for(i = 0; i < 32; ++i){if(i % 2 != 0){a = a | (1 << i);}}printf("a = %#x\n", a);return 0;
}

上述程序通过判断当前位是不是奇数位如果是就让1左移i位然后再和a做|运算，实现了把a的奇数位置一的效果。

"异或”运算符(^)
异或运算的运算规则为：若参加运算的两个二进制位同号，则结果为 0( 假）；异号则为 1( 真）。即 0^0=0,0^1=1, 1^0=1, 1^1=0

异或运算可以实现两个数的交换：
a = a ^ b;
b = a ^ b;
a = a ^ b;

a = a ^ b; 将 a 和 b 的值进行异或运算，结果存储在 a 中。此时 a 存储了 a 和 b 的异或结果。
b = a ^ b; 将上一步的结果（存储在 a 中）与 b 进行异或运算，结果存储在 b 中。由于 a 现在存储的是 a 和 b 的异或结果，这一步实际上将 a 的原始值赋给了 b。
a = a ^ b; 再次将 a 和 b（现在 b 存储的是 a 的原始值）进行异或运算，结果存储在 a 中。由于 a 现在存储的是 a 和 b 的异或结果，而 b 存储的是 a 的原始值，所以这一步实际上将 b 的原始值赋给了 a。

<< 左移

写法:
a<<n，表示将a这个数据左移n位；
例如：
0000 0001
左移1位相当于乘 2
0000 0001
0000 0010
在左移时左移一位最低位补零；

>> 右移

a>>n，表示将 a这个数据右移n位，右移1位相当于除 2；
在进行右移时最低位补0还是1呢？
对于算术右移补0还是1要看符号位和数据类型：
如果是有符号类型的数据右移时最高位补的是符号位 ，如果是无符号类型的数据右移时最高位补的0 。