自定义类型之:结构体,枚举,联合

1.结构体:

>结构体的类型和声明:结构体是一种聚合类型,在C语言中结构体不能为空。

结构体的声明:结构体是一些值的集合,这些值称为成员变量。成员变量可以是不同的值。

struct tag
{    // 结构体名tag见名只意,可以省略,但不建议省略
   int a;     //结构体成员变量:可以是任何类型
   cha c;
}list;  //分号不能省略

结构体之间不能相互赋值:

struct {int a;char c;}x;
struct {int a;char c;}*p;

则p=&x;是错误的。

结构体的不完整声明:

struct A
{
    int a;
    struct B*next
};
struct B
{
    int a;
    struct A*next
};

这种方法可行,不过建议再A中使用结构体是声明一下:

struct B;
struct A
{
    int a;
    struct B*next
};
struct B
{
    int a;
    struct A*next
};

>结构体访问:

结构体变量 访问成员变量时通过(.)来访问的。

struct stu
{
    int a;
    char name[];
};
struct stu s;
s.a=20;

结构体指向变量的成员有时候我们得到的不是一个结构体变量,而是指向结构体的指针,那么访问成员如下。

struct stu
{
    int a;
    char name[];
}s;
void print(struct stu *p)
{
    printf("a=%d,name=%s\n",(*p).a,(*p).name);
    printf("a=%d,name=%s\n",p->a,p>name);
}

>结构体的自引用:结构体中可以包含一个为该类型本身的成员变量。

struct stu
{
    int a;
    struct stu *next
};
typedef struct stu     //typedef对当前结构体重命名
{
    int a;
    struct stu1 *next
}stu1;

>结构体变量的定义和初始化:

结构体变量的定义:

struct stu
{
    int a;
    int b;
};
struct stu s;  //定义结构体变量

结构体的初始化:结构体不能整体赋值。

struct stu s={x,y};  //定义变量的同时赋值
struct node
{
     int data;
     struct stu p;
     struct node*next;
}n={12,{12,23},NULL};//结构体嵌套初始化

>结构体内存对齐:

对齐规则:

1.第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2.其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。

注意: 对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
VS中默认的值为8
linux中的默认值为4
3.结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量除了第一个成员都有一个对齐数)的整数倍。
4.如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的
整数倍处,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对
齐数)的整数倍。 

为什么存在内存对齐:

1、平台原因(移植原因):
不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的;
某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。
2、性能原因:数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。
原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问。

总体来说:

内存是拿时间换空间。

在设计结构体的时候既要满足对齐,又要节省空间,我们可以让空间小的尽量集中在一起。

两个可以修改对齐的指令:

#pragma pack()修改编码器默认对齐数,括号里只能是偶数。
#pragma pack()括号里什么都不写恢复默认

简单计算:

struct s
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
printf("%d\n",sizeof(struct s));  //结果为12   

分析:char c1对齐数为1,int 对齐数为4,1不能整除4,所以对1内存对齐,变为1+3,到char c2时对齐数为为1+3+4=8,能整除char c2的对齐数1,所以结果1+3+4+1=9,因为结构体总大小为最大对齐数的整数倍,所以s结构体中最大对齐数为int型4,所以结果为12.

struct s
{
  char c1;
  char c2;
  int i;
};
printf("%d\n",sizeof(struct s));  //结果 为8

分析:char c1的对齐数为1,char c2的对齐数为1可以整除,这时对齐数为1+1=2,int i的对齐数为4,不能整除4,根据对齐规则2所以要对齐,即对齐数为:1+1+2+4=8

struct s1
{
   char c1;
   strcut s p;
   double d;
};
printf("%d\n",sizeof(struct s1));   //24
分析:根据规则4可知结构体s的最大对齐数为4,char c1的对齐数为1,根据规则2,给char c1补齐所以对齐数为4;到struct s时的偏移量为:4+8=12,double的对齐数为8,根据规则2,12 不能整除8,所以要对齐,偏移量为:12+4=16,所以内存大小为:16+8满足规则3,所以结构体大小为24.

>结构体传参:不发生降维。

结构体传参尽量传结构体地址。

原因:

讲解函数栈帧的时候,函数传参需要压栈,如果传递一个结构体对象的时候,结构体过大,参数压栈的时候系统开销过大,所以会导致性能下降。

>结构体实现位段:

什么是位段:

位段的声明和结构体是类似的。

不同的是:(1)位段的成员必须是int,unsigned int或者signed int。

                 (2)位段的成员名后边有一个冒号和数字。

如:

struct  A    //A就是一种位段类型
{
int a:2;   //定义的空间只占2个字节
int b:5;
int c:10;
int d:30
};

位段计算:

位段是按比特位的大小来进行计算的,比如一个字节有8个比特位,存入的时候根据数据类型的不同计算出相应的比特位依次往后存储,若存储不下则开辟下一个字节

 struct s
    {
    int a:2;
    int b:5;
    int c:10;
    int d:30;
   };
   s就是一个位段类型
   printf("%d\n",sizeof(struct S));//8
 分析:int 型具有四个字节,共32个比特位,故存储时将前三个放入第一块空间中,由于第四个是30个比特位存储不下,因此开辟下一快空间存储,
,即开辟了两快空间,就是好8个字节。其他类型同理可得

位段的内存分配:

(1)位段成员可以是int,unsigned int,signed int或者char类型。
(2)位段的空间上是按照需要以4(int)个字节或者1(char)个字节的方式来开辟。
(3)位段涉及很多不确定因素,位段是不跨平台的,注重可移植的程序应该避免使用位段

位段的跨平台问题:

(1)int位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
(2)位段中最大位的数目不能确定。(16位机器最大是16,32位机器最大是32,写成27在16位机器会出问题)。
(3)位段中的成员在内存中从左向右分配标准尚未定义。
(4)当一个结构体包含两个位段,第二个位段成员比较大,无法容纳于第一个位段剩余的位时,是舍弃剩余的位还是利用,还不确定。

总结:

    跟结构体相比,位段可以达到用样的效果,但可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。

2.枚举:

>枚举顾名思义就是把可能取的值一一列举出来。

>枚举的定义:

enum Color
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};

{}中是枚举类型可能的取值,也叫枚举常量。这些可能取值都是有值的,默认从0开始,依次递增1,在定义的时候也可赋初值。

>枚举的优点:

1.增加代码的可读性和可维护性。
2.和#define定义的标识符比较,枚举有类型检查,更加严谨。
3.防止了命名污染(封装)。
4.便于调试。
5.便于方便,一次可定义多个常量。

>枚举实用:

enum Color
{
RED=1;
GREEN=2
BLUE=3
};
枚举常量默认值从0开始,依次递增一,在定义时也可赋初值。
enum Color clr=GREEN;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值,才不会出现类型的差异。
clr=5;  //ok?没有实际的意义。

3.联合体:

>联合体的定义:

联华体是一种特殊的自定义类型,这种类型定义的变量包含一系列的成员,这些成员公用同一块空间。

如:

union Un
{
char c;
int  i;
};
union Un un;
printf("%d\n",sizeof(un));  //4  公用一块空间

>联合体的特点:

联合体公用一块空间,这样一个联合体变量的大小至少是最大成员变量的大小。

union Un
{
char c;
int  i;
};
union Un un;

//下面输出结果一样
printf("%d\n",&(un.c));
printf("%d\n",&(un.i));

//判断大小端
un.i=0x11223344;
un=.c=0x55;
printf("%x\n",un.i);
 输出结果:11223355

上式可以判断大小端:小端低字节存在低地址处,所以44被55取代

                                  大端存储是高字节存放在低地址处,所以11被55取代

>联合体的计算:

联合体大小至少是最大成员的大小
当最大成员不是最大对齐数的整数倍的时候,就要对齐到最大对齐数的整数倍。

如:

union Un1
{
    char c[5];
    int i;
};
union Un2
{
    short c[7];
    int i;
};

//下面输出结果
printf("%d\n",sizeof(union Un1);    //8
printf("%d\n",sizeof(union Un2);    //16

联合体与结构体巧妙使用:

union ip_addr
{
unsigned long addr;
struct
{
unsigned char c1;
unsigned char c2;
unsigned char c3
unsigned char c4;
}ip;
};
  
//176238749转换成16进制0xA 81 30 9D,因为是联合体结构,add和结构体变量公用一块内存则c1=9D,c2=30,c3=81,c4=A
//对应十进制表示为157 48 129 10
union ip_addr my_ip;
my_ip.addr=176238749;
printf("%d,%d,%d,%d\n",my_ip.ip.c4,my_ip.ip.c3,my_ip.ip.c2,my_ip.ip.c1);//157 129 48 10






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