自定义类型:结构体,枚举,联合,位段

目录

结构体

对于结构体的基本认知:

结构体的声明

例如描述一个学生:

特殊的声明

结构体的自引用

结构体变量的定义和初始化

简单定义与初始化

结构体嵌套初始化

结构体内存对齐

结构体的对齐规则

为什么存在内存对齐 ?

修改默认对齐数

结论:

位段

什么是位段?

位段的内存分配

 空间是如何开辟的?

位段的跨平台问题

总结:

位段的应用

枚举

枚举类型的定义

枚举的优点

枚举的使用

联合(共用体)

联合类型的定义

联合体的特点

联合大小的计算


结构体

对于结构体的基本认知:

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。

结构体的声明

例如描述一个学生:

特殊的声明

结构体可以不完全声明

例如:

结构体的自引用

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可行呢?

 可以看到main函数还没写完就报错了,所以这种自引用是看到不行的,下面看另一段代码。

 在代码2可以看出结构体要是想自引用就要传结构体指针代码才能运行。

结构体变量的定义和初始化

简单定义与初始化

 

结构体嵌套初始化

结构体内存对齐

重点来咯!!!

这个是面试题中经常考的一个问题,向我们先通过一段代码引入问题:

 大家可以先猜一猜打印的结果,我只是把创建变量的顺序改变了,对打印结果会有影响吗?

 很明显,两个结构体在内存中的存放肯定有区别所以打印出来的值才不一样,那么为什么会造成这种结果出现呢?

结构体的对齐规则


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。
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
3. 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。
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 ?


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。

下面我用两张图片给大家解析一下为什么上图打印出来的值为什么不一样。

我是假设结构体在内存中是这样开辟的空间。

 画图有点抽象请多担待,谢谢。

那在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,又要节省空间,如何做到呢?

让占用空间小的成员变量尽量集中在一起

 可以明显看到因为S2先创建了两个char类型的变量再创建的int类型的变量,所以占用空间比S1小,这就是我所说的让占用空间较小的成员变量集中在一起。

修改默认对齐数

前面我们说到VS默认对齐数是8,这里给大家讲修改默认对齐数。

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。


 

从上图我们可以看出S1占12位空间,S2占6位空间,因为我在结构体S2那把默认对齐数改为了1。

结论:

结构在对齐方式不合适的时候,我么可以自己更改默认对齐数。

位段

因为位段比较重要,所以我专门把位段拿出来作为一个小节来说。

什么是位段?

可能有很多人连位段根本没有听说过。

位段的声明和结构体是类似的,有两个不同点:

  1. 位段的成员必须是 int, unsigned int 或者 signed int。
  2. 位段的成员名后边必须有一个冒号和一个数字。

比如:

 那么的位段A的大小的多少?

位段的内存分配


1. 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。
2. 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。
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。
 

 空间是如何开辟的?

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16,32位机器最大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,还是从右向左分配标准尚未定义。
4. 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。

位段的应用


枚举

枚举类型的定义

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:

枚举的优点

为什么使用枚举?

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:
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. 使用方便,一次可以定义多个常量。

枚举的使用

联合(共用体)

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:

 可以看到打印的值是4,是因为联合体中变量c和i公用同一块内存空间,又因为int类型4个字节又够用了,所以只需要内存开辟四个字节的空间就够了。这就是联合体的特点。

联合体的特点

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)。

 

这里就可以看出联合的成员是共用同一块内存空间的

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时,就要对齐到最大对齐数的整数倍

例如:


 

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