【C语言】自定义类型:结构体,枚举,联合体

目录

一,结构体

        1,结构体类型的声明

        2,结构的自引用

        3,结构体变量的定义和初始化

        4,结构体内存对齐

        5,结构体传参

        6,结构体实现位段(位段的填充&可移植性)

二,枚举

        1,枚举类型的定义

        2,枚举的优点

        3,枚举的使用

三,联合

        1,联合类型的定义

        2,联合的特点

        3,联合大小的计算

四,总结


一,结构体

        1,结构体类型的声明

        1.1 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

         1.2 结构的声明

struct tag
{
   member-list;
}variable-list;

        列如描述一个学生

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

        1.3 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?

//在上面代码的基础上,下面的代码合法吗? 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

        2,结构的自引用

        在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢?

//代码1
struct Node
{
    int data;
    struct Node next;
}; //可行否?

如果可以,那sizeof(struct Node)是多少?

        答案是会进行死循环,这种写法是错误的!

        正确的自引用方式:

//代码2
struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;
};

        使用指针方式就可以自引用不会造成死循环,因为指针的空间大小是定数

//代码3
typedef struct
{
    int data;
    Node* next;
}Node;
//这样写代码,可行否?

//解决方案:
typedef struct Node
{
    int data;
    Node* next;
}Node;

        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

struct Point p2;    //定义结构体变量p2

//初始化:定义变量的同时赋初值

 struct Point p3 = {x, y};

struct Stu //类型声明
{
    char name[15]; //名字
    int age;  //年龄
};

struct Stu s = {"zhangsan", 20}; //初始化

struct Node
{
    int data;
    struct Point p;
    struct Node* next;
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化

struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL}; //结构体嵌套初始化

        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

        以下是一些练习示例

#include<stdio.h>
int main()
{
	struct S1
	{
		char c1;
		int i;
		char c2;
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
}

         结构体嵌套问题:

#include<stdio.h>
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	struct S4
	{
		char c1;
		struct S3 s3;
		double d;
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}

 考点

如何计算?

首先得掌握结构体的对齐规则:

        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 Linux中没有默认对齐数,对齐数就是成员自身的大小

        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。

        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。

#include<stdio.h>
int main()
{
	//例如:
	struct S1
	{
		char c1;
		int i;
		char c2;
	}s1;
	struct S2
	{
		char c1;
		char c2;
		int i;
	}s2;
	printf("%d\n%d", sizeof(s1), sizeof(s2));
}

 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。

        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

#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1
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;
}

         结构在对齐方式不合适的时候,我们可以自己更改默认对齐数

        5,结构体传参

        直接代码演示:

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。

        6,结构体实现位段

        6.1 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:

#include<stdio.h>
int main()
{
	struct A
	{
		int _a : 2;
		int _b : 5;
		int _c : 10;
		int _d : 30;
	};
	printf("%d", sizeof(struct A));
	return 0;
}

         6.2,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

//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?

         6.3,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,并且可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在

          

二,枚举

        1,枚举类型的定义

        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

        这里就可以使用枚举了!

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,依次递增1,当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值。 例如:

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

        2,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. 便于调试

4. 使用方便,一次可以定义多个常量

        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;               //ok??

        clr=5 会出现报错的,因为数据类型有差异!

三,联合

        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));

还有一些用例,比如判断当前计算机的大小端存储

#include<stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};
//联合变量的定义
int main()
{
	union Un un;
	un.i = 1;
	//计算连个变量的大小
	if (un.c == 1)
	{
		printf("小端存储");
	}
	else printf("大端存储");
	return 0;
}

        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:

#include<stdio.h>
int main()
{
	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));
	return 0;
}

四,总结

        本章节知识较多,覆盖的很全面,非常适合深入探究,当成复习学习资料都是一个很不错的选择!

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