詳解C/C++結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合體和枚舉的區(qū)別與內(nèi)存對(duì)齊

C語(yǔ)言中構(gòu)造類(lèi)型一共有4種，它們分別是數(shù)組、結(jié)構(gòu)體（struct）、共用體（union）、枚舉類(lèi)型（enum）。

一、結(jié)構(gòu)體類(lèi)型

1、什么是結(jié)構(gòu)體

在C語(yǔ)言中，結(jié)構(gòu)體指的是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是C語(yǔ)言中聚合數(shù)據(jù)類(lèi)型的一類(lèi)。結(jié)構(gòu)體可以被聲明為變量、指針或數(shù)組等，用以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)體同時(shí)也是一些元素的集合，這些元素稱為結(jié)構(gòu)體的成員，且這些成員可以為不同的類(lèi)型，成員一般用名字訪問(wèn)。也就是說(shuō)，結(jié)構(gòu)體是由多種原宿所構(gòu)成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2、定義結(jié)構(gòu)體類(lèi)型

struct 結(jié)構(gòu)體

{

任意類(lèi)型 任意變量；

任意類(lèi)型 任意變量；

……

}；

注意：這不是定義變量，而是自定義一種類(lèi)型而已。如：

struct student
{
char name[10];//學(xué)生姓名
int height;//學(xué)生身高
bool sex;//學(xué)生性別 假設(shè)0表示女，1表示男。
}；

3、 定義結(jié)構(gòu)體變量

類(lèi)型定義好以后，則可以定義該類(lèi)型的變量。

?定義結(jié)構(gòu)體變量：

struct student a，b；// struct可以省略。
可以在定義結(jié)構(gòu)體變量的時(shí)候賦值。
如student a=｛”liudehua”,172,1｝,b={“l(fā)ixiaolong”,172,1};

?也可以在定義結(jié)構(gòu)體變量以后賦值,但注意不能再用｛｝。如：

student a，b;
a=｛”liudehua”,172,1｝,b={“l(fā)ixiaolong”,172,1};//這是錯(cuò)誤的。

?而應(yīng)該是：

strcpy(a.name,”liudehua”);
a.height=172;
a.sex=1;

?可以在定義結(jié)構(gòu)體類(lèi)型的時(shí)候同時(shí)定義結(jié)構(gòu)體變量并賦值。

struct student
{
  char name[10];//學(xué)生姓名
  int height;//學(xué)生身高
  bool sex;//學(xué)生性別 假設(shè)0表示女，1表示男。
} a=｛”liudehua”,172,1｝,b={“aolong”,172,1};

4．訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體

訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體成員要用直接成員運(yùn)算符“.”或間接成員運(yùn)算符“->”。

#include < iostream >
struct student
{
    char name[10];//學(xué)生姓名
    int height;//學(xué)生身高
    bool sex;//學(xué)生性別 假設(shè)0表示女，1表示男。
}a={"liudehua",182,1},b={"aolong",188,1};


int main()
{
    struct student*  x;
    x=&a;
    std::cout<

對(duì)于結(jié)構(gòu)體變量，訪問(wèn)其中的成員采取“結(jié)構(gòu)體變量 . 成員”的形式；而對(duì)于結(jié)構(gòu)體指針，訪問(wèn)它所指向的結(jié)構(gòu)體變量中的成員，則采取“結(jié)構(gòu)體指針->成員”形式。

二、聯(lián)合體類(lèi)型

1、什么是聯(lián)合體

聯(lián)合體也是一種自定義的復(fù)合類(lèi)型，它可以包含多個(gè)不同類(lèi)型的變量。這些變量在內(nèi)存當(dāng)中共用一段空間。這段空間的size就是各變量中size最大的那個(gè)變量。

2、定義聯(lián)合體類(lèi)型

union myunion
{
  int num1;
  double num2;
  float num3;
};

定義了一個(gè)聯(lián)合體類(lèi)型myunion。

myunion a，b；//定義了兩個(gè)myunion型變量。

也可以在定義聯(lián)合體類(lèi)型的時(shí)候定義聯(lián)合體變量。如：

union myunion
{
  int num1;
  double num2;
  float num3;
}a,b;

a占用的空間有多大呢？

Sizeof(a)結(jié)果即為8，即myunion占用8個(gè)字節(jié)，和double型變量相同。

注意：任一時(shí)刻，只能訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體里面的一個(gè)變量。

a.num1=2;
a.num2=3.154;
myunion *p;
p=&a;
p- >num3=5.6;

3、聯(lián)合體的使用

C++的聯(lián)合體（Union）與結(jié)構(gòu)體相似，但它們的區(qū)別在于聯(lián)合體中只能同時(shí)存儲(chǔ)一個(gè)成員的值。這些成員共享同一個(gè)物理存儲(chǔ)空間，也就是說(shuō)，一個(gè)聯(lián)合體的大小，等于它最大的成員變量所占據(jù)的空間。下面是一個(gè)示例代碼：

#include < iostream >
using namespace std;
??
union Person {
   int age;
   float height;
   char name[50];
};


int main() {
   union Person p1;
   p1.age = 30;
   cout < < "Age: " < < p1.age < < endl;

   p1.height = 1.85;
   cout < < "Height: " < < p1.height < < endl;


   strcpy(p1.name, "John Doe");
   cout < < "Name: " < < p1.name < < endl;

   return 0;
}

在這個(gè)例子中，我們定義了一個(gè)名為“Person”的聯(lián)合體，包含三個(gè)不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的成員變量：整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)和字符數(shù)組。在main函數(shù)中，我們可以看到如何使用聯(lián)合體。在第一次賦值時(shí)，我們將age設(shè)置為30并輸出，然后我們將height設(shè)置為1.85并輸出，此時(shí)前一個(gè)賦值的值被覆蓋了。在最后一部分，我們使用strcpy函數(shù)將字符串賦給name成員變量并輸出。

需要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用聯(lián)合體時(shí)，必須小心使用，因?yàn)橐粋€(gè)成員變量的更改會(huì)影響所有其他成員變量。同時(shí)，由于聯(lián)合體需要共享內(nèi)存，因此必須確保聯(lián)合體的大小能夠容納最大。

三、枚舉類(lèi)型

1、什么是枚舉類(lèi)型

枚舉類(lèi)型是一種數(shù)據(jù)類(lèi)型，它通常用來(lái)定義一個(gè)數(shù)字常量集合。在枚舉類(lèi)型中，每個(gè)常量都有一個(gè)唯一的名稱和對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

2、枚舉類(lèi)型的定義

枚舉類(lèi)型也是一種自定義的復(fù)合類(lèi)型。不過(guò)，枚舉類(lèi)型中的成員都是常量。如

enum color
{
  red,
  green,
  blue,
  white,
  black
}

枚舉類(lèi)型中的成員默認(rèn)值為從0開(kāi)始，依次序遞增。此時(shí)red==1，green為2，blue為3，white為4，black為5.

也可以改變起默認(rèn)值。如

enum color
{
  red=1，
  green=3，
  blue=5，
  white，
  black
}；

沒(méi)有初始化的枚舉類(lèi)型成員的值將在它前面的成員基礎(chǔ)上遞增。所以，white的值為6，而black的值為7。

3、定義枚舉變量

color a1,a2；

4、給枚舉變量賦值：

a1=red；
a2=blue；
cout

雖然枚舉常量的值整數(shù)，但是不能直接將整數(shù)值賦給枚舉變量。如

a1=1；//這是不對(duì)的。因?yàn)轭?lèi)型不匹配。一個(gè)是整型，一個(gè)是枚舉類(lèi)型。
a1=(color)1;//正確

枚舉變量的size是一個(gè)整數(shù)的大小。

5、枚舉的使用

在C++中，枚舉類(lèi)型可以用來(lái)定義一組常量。枚舉為程序員提供了一種方便的方式去定義一些有意義的名稱，而不是硬編碼數(shù)字，這樣代碼更易于理解和維護(hù)。下面是一個(gè)基本的枚舉示例：

#include < iostream >
using namespace std;




enum Weekday {
   Monday = 1,
   Tuesday,
   Wednesday,
   Thursday,
   Friday,
   Saturday,
   Sunday
};




int main() {
   Weekday today;
   today = Tuesday;

   if(today == Sunday){
      cout< "Today is holiday!"<

在以上代碼中，我們定義了一個(gè)Weekday枚舉類(lèi)型，將每個(gè)工作日映射到一個(gè)整數(shù)值上。默認(rèn)情況下，第一個(gè)成員的值被設(shè)置為0，接著逐一自增，但我們可以使用顯式賦值來(lái)覆蓋它們。

在main函數(shù)中，我們聲明了一個(gè)名為today的變量，并且將其設(shè)置為T(mén)uesday，通過(guò)if-else語(yǔ)句檢查是否為周日，然后輸出結(jié)果。需要注意的是，枚舉值可以與整數(shù)進(jìn)行比較和賦值，因?yàn)槊總€(gè)成員都會(huì)被映射到一個(gè)整數(shù)值。

四、內(nèi)存對(duì)齊與內(nèi)存大小

1、內(nèi)存對(duì)齊

在C語(yǔ)言中，內(nèi)存對(duì)齊可以優(yōu)化程序的性能，而結(jié)構(gòu)體是需要進(jìn)行內(nèi)存對(duì)齊處理的數(shù)據(jù)類(lèi)型。結(jié)構(gòu)體的大小通常不僅取決于其中成員所占用的空間大小，還取決于操作系統(tǒng)和編譯器對(duì)于內(nèi)存對(duì)齊方式的處理。

具體地說(shuō)，內(nèi)存對(duì)齊方式是為了符合硬件平臺(tái)訪問(wèn)內(nèi)存數(shù)據(jù)的要求，并以此提高代碼的執(zhí)行效率。一般地，對(duì)于基本類(lèi)型（如int、char、float等），系統(tǒng)通常會(huì)按照它們自身所占用的字節(jié)大小來(lái)進(jìn)行內(nèi)存分配，并確保各個(gè)變量在內(nèi)存中的地址都是偶數(shù)或是四的倍數(shù)（這里假設(shè)系統(tǒng)采用的是32位架構(gòu)）。

但如果結(jié)構(gòu)體中的成員變量總大小不是4的倍數(shù)，則在結(jié)構(gòu)體中填充一些無(wú)用的字節(jié)使得結(jié)構(gòu)體字節(jié)數(shù)是4的倍數(shù)。

2、結(jié)構(gòu)體大小

舉例說(shuō)明，假設(shè)有以下的結(jié)構(gòu)體：

struct S1 
{
    char c1;   // 1 byte
    int i;    // 4 bytes
    char c2;  // 1 bytes
};
int main()
{
    std::cout< sizeof (S1)<

內(nèi)存對(duì)齊示意圖

它們總共占用的空間不是6字節(jié)（1+4+1），因?yàn)楫?dāng)前CPU硬件平臺(tái)一次最小訪問(wèn)單位是4字節(jié)，所以編譯器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行內(nèi)存補(bǔ)齊，使得每個(gè)成員的地址都是4的倍數(shù)，結(jié)構(gòu)體的實(shí)際大小可能會(huì)是12字節(jié)（4字節(jié)對(duì)齊）或是8字節(jié)（1字節(jié)對(duì)齊）。所以，具體的內(nèi)存大小可能會(huì)因編譯器和硬件平臺(tái)的不同而異，并且有些編譯器可以通過(guò)一些指令來(lái)控制內(nèi)存對(duì)齊方式以提高程序效率。

對(duì)于這中浪費(fèi)內(nèi)存的情況，作為程序員，我們?cè)诙x數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時(shí)候完全可以避免。如下面：

struct S2 
{
    int i;    // 4 bytes
    char c1;   // 1 byte
    char c2;  // 1 bytes
};
int main()
{
    std::cout< sizeof (S2)<

**通過(guò)改變結(jié)構(gòu)體里面變量的順序，避免內(nèi)存對(duì)齊帶來(lái)的空間浪費(fèi)。內(nèi)存大小變?yōu)榱?，內(nèi)存節(jié)省了4個(gè)字節(jié)大小。

**

3、聯(lián)合體大小

C語(yǔ)言聯(lián)合體（union）的內(nèi)存大小取決于其中最大成員的大小。因?yàn)槁?lián)合體內(nèi)所有成員共用同一塊內(nèi)存區(qū)域，因此聯(lián)合體的大小必須足夠容納所有成員中最大的那個(gè)。

舉個(gè)例子，如果我們有一個(gè)聯(lián)合體定義如下：

union Example 
{
    int x;
    char c;
    double d;
};

那么這個(gè)聯(lián)合體的大小就是8個(gè)字節(jié)。因?yàn)檫@三個(gè)成員中最大的是double類(lèi)型，占用8個(gè)字節(jié)，其他成員對(duì)齊到8個(gè)字節(jié)，所以整個(gè)聯(lián)合體大小是8個(gè)字節(jié)。

需要注意的是，聯(lián)合體的成員必須是同一種類(lèi)型或者大小相同，這是因?yàn)樗鼈儠?huì)共用同一個(gè)內(nèi)存區(qū)域。如果不同類(lèi)型的成員共存，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)覆蓋或者讀取數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)未定義的行為。所以在使用聯(lián)合體時(shí)要特別小心，確保成員的類(lèi)型和大小相同。

4、枚舉類(lèi)型大小

在C語(yǔ)言中，枚舉類(lèi)型（Enum）是一種自定義類(lèi)型，用于表示有限個(gè)數(shù)的常量。在內(nèi)存中，枚舉類(lèi)型通常被存儲(chǔ)為整數(shù)類(lèi)型，其大小與int類(lèi)型相同，即通常為4個(gè)字節(jié)或8個(gè)字節(jié)（取決于系統(tǒng)架構(gòu)）。

當(dāng)定義枚舉變量時(shí)，該變量的值由枚舉列表中對(duì)應(yīng)常量的整數(shù)值來(lái)決定。在下面這個(gè)例子中，我們創(chuàng)建了一個(gè)Color枚舉類(lèi)型，其中包含三個(gè)常量紅色、綠色和藍(lán)色，它們分別賦予值0、1和2。而變量c則被定義為Color類(lèi)型并初始化為紅色。

#include< stdio.h >
enum Color {
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};


int main() {
    enum Color c = RED;
    printf("Sizeof enum: %d\\n", sizeof(enum Color));  //輸出為4或8字節(jié)
    return 0;
}

需要注意的是，枚舉類(lèi)型在內(nèi)存大小上可能會(huì)因?yàn)榫幾g器實(shí)現(xiàn)和程序運(yùn)行的機(jī)器體系結(jié)構(gòu)所影響。