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# 2.6 结构体与联合体
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## 2.6.1 结构体
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数组中保存的是一组相同类型的数据，而结构体中可以保存一组不同类型的数据，他是一类数据的聚合。
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```cpp
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// 元素 A 和 B 占用不同存储空间.
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struct _A_STRUCT
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{
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short A; // 内部元素 A.
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char B; // 元素 B.
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int C; // 元素 C.
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}AStruct = {15, 8, 32};
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struct _A_STRUCT* pAStruct = &AStruct; // pAStruct 是一个结构体指针.
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printf("%d\n", sizeof(AStruct)); // AUnion 的长度为 8（涉及到内存对齐）.
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printf("A=%d\n", AStruct.A); // 输出 15.
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printf("B=%d\n", pAStruct->B); // 输出 8.
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```
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结构体变量使用 “.” 来访问内部元素，而结构体指针使用 “->” 来访问内部元素。
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我们看到，上面定义结构体指针的方法非常繁琐，我们有更简单的方式：
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```cpp
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typedef struct _A_STRUCT
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{
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short A;
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char B;
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int C;
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}A_STRUCT; // 通过 typedef 将 A_STRUCT 定义成了 struct _A_STRUCT 类型.
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A_STRUCT AStruct = {15, 8, 32}; // 这样用起来就方便了.
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A_STRUCT* pAStruct = &AStruct; // 嗯，确实方便多了.
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```
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## 2.6.2 联合体
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联合体则为同一地址空间起了两或多个名字。
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```cpp
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// 元素 A 和 B 占用同一存储空间.
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union _A_UNION
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{
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short A;
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char B;
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}AUnion;
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printf("%d\n", sizeof(AUnion)); // AUnion 的长度为 2.
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```
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访问联合体内部元素的方法与结构体类似。
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联合体也支持 typedef，方法与结构体一致。
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## 2.6.3 结构体、联合体混合使用
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结构体中可以嵌套联合体：
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```cpp
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typedef struct _SuperHero
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{
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char* name;
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char* actor;
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union
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{
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unsigned short ShieldLevel;
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unsigned short IronLevel;
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}; // 结构体中允许使用匿名联合体.
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}SuperHero;
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void InitSuperHero(SuperHero* hero)
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{
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if(0==strcmp("Captain America", hero->name))
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{
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hero->ShieldLevel = 3;
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}
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else if(0==strcmp("Iron Man", hero->name))
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{
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hero->IronLevel = 4;
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}
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}
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```
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除了结构体嵌套联合体外，还允许结构体嵌套结构体、联合体嵌套联合体、联合体嵌套结构体等，由此可以组合成复杂的数据结构。
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## 2.6.4 结构体、联合体、数组混合使用
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可以创建结构体数组，联合体数组，或更加复杂数据结构类型的数组。
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```cpp
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typedef struct _SuperHero
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{
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char* name;
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char* actor;
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union
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{
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unsigned short ShieldLevel;
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unsigned short IronLevel;
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}; // 结构体中允许使用匿名联合体.
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}SuperHero;
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SuperHero MarvelHeros[8000]; // 听说漫威有 7000 多个超级英雄，多余空位预留吧！
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MarvelHeros[0].name = "Black Widow";
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MarvelHeros->actor = "Scarlett Johansson";
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```
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## 2.6.5 结构体与内存对齐
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计算机有一个特点，如果访问的内存地址是自然对齐的（由计算机地址总线位宽决定），那么访问速度就比较快。如果不是自然对齐的，访问速度就会慢一些。基于此特性，编译器会对我们的程序进行一些优化，使得没有特殊的情况下，变量总是自然对齐。
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编译器的这个特性造成了一些奇怪的现象。
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```cpp
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struct
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{
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char a;
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char b;
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}sta;
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struct
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{
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char a;
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short b;
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char c;
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}stb;
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struct
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{
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char a;
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||
short b;
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char c;
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int d;
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}stc;
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printf("%d\n", sizeof(sta)); // 输出 2.
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printf("%d\n", sizeof(stb)); // 输出 6.
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printf("%d\n", sizeof(stc)); // 输出 12.
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```
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由于 stb 中元素 b 需要对齐到 2 倍数地址上，所以在元素 a 和元素 b 之间需要空出一个字节。另外，由于结构体自身对齐值为其元素中最大的那个，造成 stb 也需要对齐到 2 倍数的地址上，因此其最后一个元素 c 后面也要保留一个字节。这对于结构体 stc 来说也是一样的。
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某些情况下需要取消默认对齐，通常是要求结构体按字节对齐，方法如下：
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```cpp
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#pragma pack(push, 1)
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struct
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{
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char a;
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short b;
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char c;
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int d;
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}stc;
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#pragma pack(pop)
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printf("%d\n", sizeof(stc)); // 输出 8.
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```
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需要注意的是，不同编译器下，修改对齐的方法可能不同。
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总结一下结构体对齐的原则：
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* 数据类型自身的对齐值：char型数据自身对齐值为1字节，short型数据为2字节，int/float型为4字节，double型为8字节。
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* 结构体或类的自身对齐值：其成员中自身对齐值最大的那个值。
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* 指定对齐值：#pragma pack (value)时的指定对齐值value。
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* 数据成员、结构体和类的有效对齐值：自身对齐值和指定对齐值中较小者。
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## 2.6.6 位域
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在结构体中，有一种特别的进行位操作的方法：
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```cpp
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struct
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{
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char bit0:1;
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char bit1:3;
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char bit2:4;
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char bit3:2;
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}reg;
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printf("%d\n", sizeof(reg)); // 输出 2.
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```
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其中，bit0 占 1 位，bit1 占 3 位，bit2 占 4 位，bit3 占 2 位。从 bit0 到 bit2 共占据一个字节空间，bit3要占据一个字节的两位，其余位空置，因此结构体变量 reg 的长度为 2。位域比较适合应用在嵌入式系统中描述寄存器，因为嵌入式系统中，很多设备的寄存器功能都是按位划分的。
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## 练习
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一个 RS485 通讯报文如下：
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| Byte Offset | Description |
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|-------------|--------------|
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| 0 | CMD ID |
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| 1 | Fun/Dir/Type |
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| 2 | Dst Addr |
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| 3 | Data[0] |
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| 4 | Data[1] |
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| 5 | Data[2] |
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| 6 | Data[3] |
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| 7 | Data[4] |
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| 8 | Data[5] |
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| 9 | Data[6] |
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| 10 | Data[7] |
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| 11 | CRC L |
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| 12 | CRC H |
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当 CMD ID 为 0 时，Fun 功能有效；当 CMD ID 为 1 时，Dir 功能有效；当 CMD ID 为 2 时，Type 功能有效（Type 的 0 位代表使能，1位表示读/写，2位表示多功能设备）。请根据报文结构实现 RS485 数据发送程序。 |