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本篇将介绍自定义类型:结构体,,位段,枚举,联合,内容较多,请让我一一讲解
1.结构体
1.1 结构的基础知识
结构体: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。
数组:数组是一组相同元素类型的集合
1.2 结构的声明
struct tag
{
member-list;
}variable-list;
struct是关键字
tag自己设定的名字
member-list 成员列表
variable-list
例如描述一个学生:
#include <stdio.h>
struct student
{
char name[20];
int age;
char sex[5];
}s1, s2, s3;
int main()
{
struct student s4, s5, s6;
struct student s7 = { "hulala",20,"男" };
printf("name=%s\nage=%d\nsex=%s\n", s7.name, s7.age, s7.sex);
return 0;
}
学生可以有姓名,年龄,性别等信息 可以打印出来
s1,s2,s3是全局变量,直接创建好了就可以使用 分号不能少
而s4,s5,s6是局部变量
1.3 特殊的声明
//匿名结构体类型
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
} *p;
注意:这些是匿名结构体类型,如图 x 和*p只能使用一次
不能再创建第二次了
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。
1.4 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?
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
//可行否?
如果可以,那sizeof(struct Node)是多少?
解析: 无法打印 因为无限大
struct Node next里面又包含了 int date 和 struct Node next
一直循环下去,根本不会打印
正确的自引用方式:
struct Node
{
int data; //4个字节
struct Node* next;//指针类型要么4个字节或者8个字节
};
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
//这样写代码,可行否?
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%d",sizeof( Node));
}
解析:这个写法错了 Node都还没有命名 ,就有一个Node*指针变量了
//解决方案:
提前声明Node
1.5 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
p1 = { 4,5 };
struct Point p2 = { 2,3 }; //定义结构体变量p2
#include <stdio.h>
int main()
{
//初始化:定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = { 1,2};
}
p1和p2都是全局变量,p3是局部变量
struct Stu //类型声明
{
char name[15];//名字
int age;//年龄
};
#include <stdio.h>
int main()
{
struct Stu s = { "zhangsan", 20 };//初始化
}
双重定义:
#include <stdio.h>
struct Point
{
int x;
int y;
};
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = { 10, {4,5}, NULL }; //结构体嵌套初始化
int main()
{
struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };//结构体嵌套初始化
}
1.6 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
例子:
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
}
为什么参数类型都全部一样,只是类型顺序不一样。为什么所占内存都不一样呢?
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
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
解析:刚开始0的位置谁都可以上去 c1占了1个字节
但是i占4个字节 ,它的偏移量必须为4的倍数 所以中间浪费了3个字节
然后c2是1个字节 谁都是它的倍数
整体大小为9 这个9不是最大成员int i的倍数
所以必须得扩大到它的倍数 为12
解析: 以上题目相似
c1在0的位置中 占一个字节
c2在1的位置中 占一个字节
i 必须得在4的位置中 中间的字节浪费 占4个字节
一共8个字节 刚刚好是最大的int i 4的倍数
所以就是8
struct S3
{
double d;//8
char c;//1
int i;//4
};
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
}
解析:d占8个字节 从0-7
c占一个字节 8
i占4占字节,从12开始才是它的倍数
一个刚刚好16个字节 是最大的double d 8的倍数
所以是16
struct S3
{
double d;//8
char c;//1
int i;//4
};
struct S4
{
char c1;//1
struct S3 s3;//16
double d;//8
};
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}
解析:跟之前类型
唯一的重点就是 s3占16个字节 这里可以最匹配成8的倍数就可以
刚刚好32
1.7 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。
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
char c1;//1
int i;//4
char c2;//1
};
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%d", sizeof(struct S2));
}
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
解析:这里设置了对齐数为1 所以没有浪费内存
所以就是6
用完记得恢复 #pragma pack()
1.8 结构体传参
#include <stdio.h>
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
//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()
{
struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
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。所以还是传地址
结论:
结构体传参的时候,要传结构体的地址。
2. 位段
2.1 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 。注: char类型也可以 它也属于整形家族
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
例如:
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
A就是一个位段类型。
那位段A的大小是多少?
#include <stdio.h>
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));
}
图中的2 5 10 30是比特位的意思
1个int 4个字节 32个比特位
8个字节
如果不按照位段 得需要16个字节
所以位端还是节省字节 精打细算
2.2 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。
例子:
如果在一个字节里放不完,必须得重新开辟另一个字节才能
例如 c可以将1个bit放在第1个字节里,其他4个bit刚刚好和d放一起,其实这样是错误的
必须得重新开辟字节
2.3 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,但是可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。
2.4 位段的应用
3. 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
这里就可以使用枚举了
3.1 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。
enum Color//颜色
{
RED = 1,
GREEN = 2,
BLUE = 4
};
3.2 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. 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
3.3 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。
就相当于clr=2;
4. 联合(共用体)
4.1 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)。
例如:
#include <stdio.h>
union Un
{
char c;//1
int i;//4
};
int main()
{
union Un un;
printf("%d\n", sizeof(un));
}
按道理应该有5个字节
但才占4个字节
因为它是联合体 取最大的一个类型的字节
4.2 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)
我们来看他们的地址:
它们的地址都是一样的,说明它们共用一块空间 ,并且是最大字节的类型
面试题:判断当前计算机的大小端存储
以前的做法
#include <stdio.h>
int check_sys()
{
int a = 1;
return *(char*)(&a);
}
int main()
{
int a = 1;
int ret = check_sys();
if (ret == 1)
{
printf("小端");
}
else
{
printf("大端");
}
}
现在还可以这样写:
int check_sys()
{
union Un
{
char c;
int i;
}u;
u.i = 1;
return u.c;
}
刚刚好 i占4个字节 c占一个字节 u.c就是就是第一个字节
4.3 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
例如:
#include <stdio.h>
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));
}
解析: 第一个是8 可不是5 因为它只是char类型 它只代表了1个字节 不能算最大字节数
所以应该是int 的倍数 8 如果是4的话 char[5]就不够了
第二个同理;
总结:
后期博主会陆续更新
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