【C语言】一篇搞定自定义类型:结构体、枚举、 联合体(共用体)附上简易通讯录项目源码
联合体(共用体)附上简易通讯录项目源码)
1. 结构体
结构的基础知识
结构是一些值的集合
,这些值称为成员变量
。结构的每个成员可以是不同类型的变量。
1.1 结构体类型的声明
结构的声明
struct tag
{
member-list;
}variable-list;
例如描述一个学生:
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};//分号不能丢
特殊的声明
在声明结构的时候,可以不完全的声明。
比如:
//匿名结构体类型
struct
{
int a;
char b;
float c; }x;
struct
{
int a;
char b;
float c; }a[20], *p;
上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签(tag)。
那么问题来了?
在上边代码的基础上,下面代码合法吗?
p&x;
警告: 编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。 所以是非法的。
1.2 结构的自引用
在结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员是否可以呢?
来看如下两段代码
//代码1
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
//可行否?
代码1 这种自引用方式是错误的,
如果可以,那sizeof(struct Node)
是多少?
这就会形成无限套娃,这个结构体大小就会是无限大
正确的自引用方式应该是代码2这样的,通过指针(指针大小是确定的4/8字节)的方式来自引用
//代码2
struct Node
{
int data;//数据域
struct Node* next;//指针域
};
注意:代码3
//代码3
typedef struct
{
int data;
Node* next; }Node;
//这样写代码,可行否?
答案是 不行
因为在使用Node*
的时候,Node
这个类型还没有产生,所以还不能被使用
//解决方案:
typedef struct Node//在使用Node*之前把类型名Node声明
{
int data;
struct Node* next; }Node;//这个Node是重命名后产生的
1.3 结构体变量的定义和初始化
有了结构体类型,那如何定义变量,其实很简单。
struct Point
{
int x;
int y; }p1; //声明类型的同时定义变量p1
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struct Point p2; //定义结构体变量p2
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//初始化:定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {
x, y};
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struct Stu //类型声明
{
char name[15];//名字
int age; //年龄
};
struct Stu s = {
"zhangsan", 20};//初始化
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struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = {
10, {
4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化
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struct Node n2 = {
20, {
5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化
1.4 结构体内存对齐
我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题:计算结构体的大小。
这也是一个特别热门的考点: 结构体内存对齐
要计算结构体的大小首先得掌握结构体的对齐规则:
-
第一个成员
在与结构体变量偏移量为0
的地址处。 -
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。
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 -
结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍。
-
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。
练习1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
图解:
练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
图解:
练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
图解:
练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
图解:
1.5 为什么存在内存对齐
大部分的参考资料都是如是说的:
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:
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。那在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,又要节省空间,如何做到:让占用空间小的成员尽量集中在一起。
例如:
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
S1和S2类型的成员一模一样,但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。
1.6 修改默认对齐数
之前我们见过了 #pragma
这个预处理指令,这里我们再次使用
可以改变我们的默认对齐数
请看代码:
#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
————————————————————————————————————————————————————————————————————
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为8
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
————————————————————————————————————————————————————————————————————
int main()
{
//输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
运行结果:
结论:
当你觉得结构体对齐数不合适的时候,可以用#pragma
来修改对齐数,从而达到一个节省空间的效果,但是有可能会损失效率,要合理使用
1.7 结构体传参
直接上代码
struct S {
int data[1000];
int num;
};
struct S s = {
{
1,2,3,4}, 1000};
//结构体传参
void print1(struct S s) {
printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps) {
printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
print1(s); //传结构体
print2(&s); //传地址
return 0; }
上面的 print1
和 print2
函数哪个好些?
答案是:首选print2
函数。 原因:
函数传参的时候,参数是需要压栈,会有时间和空间上的系统开销。
如果传递一个结构体对象的时候,结构体过大,参数压栈的的系统开销比较大,所以会导致性能的下降。
结论:
结构体传参的时候,要传结构体的地址。
1.7 结构体实现位段(位段的填充&可移植性)
什么是位段
位段的声明和结构是类似的,有两个不同:
1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
比如:
struct A {
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
printf("%d\n", sizeof(struct A));
A就是一个位段类型,那位段A的大小是多少?
运行结果如图
为什么是这样呢?接下来看
位段的内存分配:
- 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char (属于整形家族)类型
- 位段的空间上是按照需要以4个字节( int )或者1个字节( char )的方式来开辟的。
- 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。
所以上边的位段A就是这样的
再来举一个例子
//一个例子
struct S {
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
struct S s = {
0};
s.a = 10; s.b = 12; s.c = 3; s.d = 4;
//空间是如何开辟的?
大小为3个字节
空间开辟过程请看图解:
位段的跨平台问题
- int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
- 位段中最大位的数目不能确定。(16位机器最大16,32位机器最大32,写成27,在16位机器会出问题。
- 位段中的成员在内存中从左向右分配,还是从右向左分配标准尚未定义。
- 当一个结构包含两个位段,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,这是不确定的。
总结: 跟结构相比,位段可以达到同样的效果,但是可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。
2. 枚举
枚举顾名思义就是一一列举。
把可能的取值一一列举。
比如我们现实生活中:
- 一周的星期一到星期日是有限的7天,可以一一列举。
- 性别有:男、女、保密,也可以一一列举。
- 月份有12个月,也可以一一列举
- 颜色也可以一一列举。
这里就可以使用枚举了。
2.1 枚举类型的定义
enum Day//星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex//性别
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
};
enum Color//颜色
{
RED,
GREEN,
BLUE
};
以上定义的
enum Day
,enum Sex
,enum Color
都是枚举类型。
{ }中的内容是枚举类型的可能取值,也叫 枚举常量 。
这些可能取值都是有值的,默认从0开始,一次递增1,当然在定义的时候也可以赋初值。 例如:
2.2 枚举的优点
我们可以使用 #define 定义常量,为什么非要使用枚举? 枚举的优点:
- 增加代码的可读性和可维护性
- 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查,更加严谨。
- 防止了命名污染(封装)
- 便于调试
- 使用方便,一次可以定义多个常量
2.3 枚举的使用
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
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; //这里需要注意,不能这样赋值,只能用可能值来赋值,这里可以用可能值1,2,4
3. 联合
3.1 联合类型的定义
联合也是一种特殊的自定义类型 这种类型定义的变量也包含一系列的成员,特征是这些成员公用同一块空间(所以联合也叫共用体)。
比如:
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));
因为共用空间,所以联合体大小至少为最大成员的大小(因为联合至少得有 能力保存最大的那个成员)
3.2 联合的特点
联合的成员是共用同一块内存空间的,这样一个联合变量的大小,至少是最大成员的大小(因为联合至少得有 能力保存最大的那个成员)。
union Un
{
int i;
char c;
};
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗?
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));
//下面输出的结果是什么?
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
图解:
3.3 联合大小的计算
- 联合的大小至少是最大成员的大小。
- 当最大成员大小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
比如:
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
//下面输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));
图解:
4. 利用自定义类型实现简易通讯录程序
通讯录.c
#include "contact.h"
void menu()
{
printf("******************************\n");
printf("**** 1. 添加 2. 删除 **\n");
printf("**** 3. 搜索 4. 修改 **\n");
printf("**** 5. 展示全部 6. 排序 **\n");
printf("**** 0. 退出 **\n");
printf("******************************\n");
}
int main()
{
int input = 0;
//创建一个通讯录
struct Contact con;
//初始化通讯录
InitContact(&con);
do
{
menu();
printf("请选择:>");
scanf_s("%d", &input);
switch (input)
{
case ADD:
AddContact(&con);
break;
case DEL:
DeletContact(&con);
break;
case SHOW:
ShowContact(&con);
break;
case MODIFY:
ModifyContact(&con);
break;
case SEARCH:
SearchContact(&con);
break;
case SORT:
SortContact(&con);
break;
case EXIT:
printf("退出通讯录\n");
break;
default:
printf("选择错误\n");
break;
}
} while (input);
return 0;
}
contact.c
#include "contact.h"
void InitContact(struct Contact* pc)
{
pc->sz = 0;//默认没有信息
//memset(pc->data, 0, MAX*sizeof(struct PeoInfo));
memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
}
void AddContact(struct Contact* pc)
{
if (pc->sz == MAX)
{
printf("通讯录满了\n");
}
else
{
printf("请输入名字:>");
scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].name,30);
printf("请输入年龄:>");
scanf_s("%d", &(pc->data[pc->sz].age));
printf("请输入性别:>");
scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].sex,5);
printf("请输入电话:>");
scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].tele,12);
printf("请输入地址:>");
scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].addr,30);
printf("添加成功\n");
pc->sz++;
ShowContact(pc);
}
}
void DeletContact(struct Contact* pc)
{
printf("请输入需要删除的联系人姓名\n");
char name[30]="0";
scanf_s("%s", name, 30);
for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
{
if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0)
{
for (int j = i; j < pc->sz; j++)
{
strcpy_s(pc->data[j].name, 30, pc->data[j + 1].name);
strcpy_s(pc->data[j].sex, 5, pc->data[j + 1].sex);
strcpy_s(pc->data[j].tele, 12, pc->data[j + 1].tele);
strcpy_s(pc->data[j].addr, 30, pc->data[j + 1].addr);
pc->data[j].age = pc->data[j + 1].age;
}
printf("删除成功\n");
(pc->sz)--;
ShowContact(pc);
}
}
}
void ModifyContact(struct Contact* pc)
{
printf("请输入需要修改的联系人姓名\n");
char name[30]="0";
scanf_s("%s", name, 30);
for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
{
if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0)
{
printf("请输入名字:>");
scanf_s("%s", pc->data[i].name, 30);
printf("请输入年龄:>");
scanf_s("%d", &(pc->data[i].age));
printf("请输入性别:>");
scanf_s("%s", pc->data[i].sex, 5);
printf("请输入电话:>");
scanf_s("%s", pc->data[i].tele, 12);
printf("请输入地址:>");
scanf_s("%s", pc->data[i].addr, 30);
printf("修改成功!\n");
ShowContact(pc);
}
}
}
void ShowContact(struct Contact* pc)
{
int i = 0;
printf("序号\t%10s\t%10s\t%8s\t%15s\t%30s\n", "name", "age", "sex", "tele", "addr");
for (i = 0; i < pc->sz; i++)
{
//打印每一个数据
printf("%d\t%10s\t%10d\t%8s\t%15s\t%30s\n",
i+1,
pc->data[i].name,
pc->data[i].age,
pc->data[i].sex,
pc->data[i].tele,
pc->data[i].addr);
}
}
void SearchContact(struct Contact* pc)
{
printf("请输入需要搜索的联系人姓名\n");
char name[30]="0";
scanf_s("%s",name,30);
for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
{
if (strcmp(name , pc->data[i].name) == 0)
{
printf("序号\t%10s\t%10s\t%8s\t%15s\t%30s\n", "name", "age", "sex", "tele", "addr");
printf("%d\t%10s\t%10d\t%8s\t%15s\t%30s\n",
i + 1,
pc->data[i].name,
pc->data[i].age,
pc->data[i].sex,
pc->data[i].tele,
pc->data[i].addr);
return;
}
}
printf("找不到联系人信息\n");
}
void SortContact(struct Contact* pc)
{
struct PeoInfo temp;
for(int j = 0;j < pc->sz-1;j++)
for (int i = 0; i < pc->sz-1-j; i++)
{
if (strcmp(pc->data[i].name, pc->data[i + 1].name) > 0)
{
temp = pc->data[i + 1];
pc->data[i + 1] = pc->data[i];
pc->data[i] = temp;
}
}
ShowContact(pc);
}
contact.h
#pragma once
#define NAME_MAX 30
#define SEX_MAX 5
#define TELE_MAX 12
#define ADDR_MAX 30
#define MAX 1000
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
//创建枚举变量
enum Option
{
EXIT,
ADD,
DEL,
SEARCH,
MODIFY,
SHOW,
SORT
};
//描述人的信息
struct PeoInfo
{
char name[NAME_MAX];
int age;
char sex[SEX_MAX];
char tele[TELE_MAX];
char addr[ADDR_MAX];
};
//通讯录
struct Contact
{
struct PeoInfo data[MAX];//1000个人的数据存放在data数组中
int sz;//记录当前通讯录有效信息的个数
};
//初始化通讯录
void InitContact(struct Contact* pc);
//增加联系人
void AddContact(struct Contact* pc);
//删除联系人
void DeletContact(struct Contact* pc);
//修改联系人信息
void ModifyContact(struct Contact* pc);
//搜索联系人信息
void SearchContact(struct Contact* pc);
//显示所有的联系人
void ShowContact(struct Contact* pc);
//按姓氏排序联系人信息
void SortContact(struct Contact* pc);
原创不易,欢迎大佬们指出不足,感激不尽 三连必回❤❤❤