深度剖析自定义类型（结构体、枚举、联合）——“C”

各位CSDN的uu们你们好呀，今天，小雅兰的内容是心心念念的结构体啦，其实在此之前，我也写过结构体的知识点，只是并没有很深入，那么，今天我会仔细来学习自定义类型的知识点，下面，让我们进入自定义类型的世界吧

初识结构体——“C”_认真学习的小雅兰.的博客-CSDN博客

结构体——“C”_认真学习的小雅兰.的博客-CSDN博客

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结构体

        结构体类型的声明

        结构的自引用

        结构体变量的定义和初始化

        结构体内存对齐

        结构体传参

        结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

枚举

        枚举类型的定义

        枚举的优点

        枚举的使用

联合

        联合类型的定义

        联合的特点

        联合大小的计算  

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结构体的声明

结构的基础知识

内置类型

• char
• int
• short
• long
• float
• double

C语言允许自己创造一些类型，这就是自定义类型！！！

自定义类型：结构体、枚举、联合 

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。  

结构的声明

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

 例如描述一个学生：

//定义学生类型
struct Stu
{//成员变量char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号
}; //分号不能丢

#include<stdio.h>
struct Stu
{//成员变量char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号
}s1,s2,s3; //分号不能丢
int main()
{//局部变量struct Stu s4;struct Stu s5;struct Stu s6;return 0;
}

特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。

//匿名结构体类型
struct
{int a;char b;float c;
}x;

比如：

//匿名结构体类型
struct
{int a;char b;float c;
}x;
struct
{int a;char b;float c;
} * ps;

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？
ps = &x;

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。

结构的自引用

初识数据结构——“数据结构与算法”_认真学习的小雅兰.的博客-CSDN博客

数据结构：描述的是数据在内存中的存储结构

 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？

这样的写法当然是不可行的，这是一个错误的示范！！！

因为：struct Node类型里面又有一个struct Node类型，这样不就乱套了嘛，就循环了呀

正确的自引用方式：

struct Node
{int data;struct Node* next;
};

#include<stdio.h>
struct Node
{int data;//4struct Node* next;//4or8
};
int main()
{struct Node n1;struct Node n2;n1.next = &n2;return 0;
}

拓展：

typedef struct
{int data;Node* next;
}Node;
//这样写代码，可行否？
//这样当然是不可以的
//在定义结构体时，并没有说明它的名字是Node，怎么能够在结构体内部直接用Node呢

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

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。

结构体变量的定义：

#include<stdio.h>
struct S
{int a;char c;
}s1;//全局变量
struct S s3;//全局变量
int main()
{struct S s2;//局部变量return 0;
}

结构体变量的初始化：

#include<stdio.h>
struct S
{int a;char c;
}s1;//全局变量
struct S s3;//全局变量
struct B
{float f;struct S s;
};
int main()
{struct S s2 = {100,'x'};//局部变量struct S s3 = { .c = 'y',.a = 1314 };struct B sb = { 3.14f,{200,'s'} };printf("%f %d %c\n", sb.f, sb.s.a, sb.s.c);return 0;
}

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 = { 520,1314 };
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

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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

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
• 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。

 

#include<stdio.h>
struct S5
{int a;char c;
};
struct S6
{char c;int a;
};
int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S5));printf("%d\n", sizeof(struct S6));
}

 可能还是有些人不敢相信，没关系，C语言中还有一个宏，是专门用来计算偏移量的——offsetof

#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct S
{char c;int a;
};
int main()
{struct S s = { 0 };printf("%d\n", offsetof(struct S, c));printf("%d\n", offsetof(struct S, a));return 0;
}

#include<stdio.h>
//练习1
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
//练习2
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
//练习3
struct S3
{double d;char c;int i;
};
int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S1));printf("%d\n", sizeof(struct S2));printf("%d\n", sizeof(struct S3));return 0;
}

 

 

#include<stdio.h>
//练习3
struct S3
{double d;char c;int i;
};
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
};
int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S3));printf("%d\n", sizeof(struct S4));return 0;
}

为什么存在内存对齐?

 大部分的参考资料都是这样说的：

• 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。
• 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。

S1所占空间为12，S2所占空间为8

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;
}

结论：

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。

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 结构体传参

#include<stdio.h>
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。

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位段

 什么是位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

• 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
• 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;
};

A就是一个位段类型。

那位段A的大小是多少？

printf("%d\n", sizeof(struct A));

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 （属于整型家族）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？

  

 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 

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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。

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：

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

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

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。

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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，特征是这些成员共用同一块空间（所以联合也叫共用体）。

//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));

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）。

#include<stdio.h>
union Un
{int i;char c;
};
int main()
{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);
}

 判断当前计算机的大小端存储

这个题目我们之前写过，现在有另外一种写法：

整型在内存中的存储（详细剖析大小端）——“C”_认真学习的小雅兰.的博客-CSDN博客

#include<stdio.h>
union Un
{char c;int i;
};
int main()
{union Un u;u.i = 1;if (u.c == 1){printf("小端\n");}else{printf("大端\n");}return 0;
}

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。

#include<stdio.h>
union Un1
{char c[5];int i;
};
union Un2
{short c[7];int i;
};
//下面输出的结果是什么？
int main()
{printf("%d\n", sizeof(union Un1));printf("%d\n", sizeof(union Un2));
}

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好啦，小雅兰今天的内容就到这里啦，还要继续加油噢！！！