金丹四层 —— 详解自定义类型

目录

前言

一.结构体

二.位段

三.枚举

四.联合体（共用体）

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前言

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一.结构体

1.什么是结构体？

        ——结构体是一种由不同类型的数据元素组成的数据类型，它可以用来存储和管理复杂的数据结构。

2.结构体的格式

struct tag
{
    //成员属性:普通变量、数组、指针、结构体
}变量列表;

匿名结构体 - 特殊格式
struct 
{
    //成员属性;
};

3.结构体的自引用

struct stu
{
    int age;
    struct stu* p;
};

4.结构体成员的类型

        ——成员变量的类型可以是：基本类型的变量、数组、指针、结构体等

struct People
{
    char name[10];
    char gender;
};

struct Stu
{
    int age;
    struct People people;//结构体嵌套结构体
};

5.结构体变量的定义和初始化

1）结构体变量的定义

#include 

struct Stu
{
    char name[10];
    char gender;
}stu1;//声明类型的同时创建变量stu1
//注：stu1是全局变量
struct Stu st2;//全局变量

int main()
{
    struct Stu stu3;//局部变量
    return 0;
}

2）初始化

#include 

struct People
{
    char name[10];
    char gender;
};

int main()
{
    struct People people = {"jack", 'm'};//定义的同时进行初始化
    return 0;
}

6.结构体成员的访问

        1）普通结构体成员的访问：使用 “.” 操作符进行访问

#include 

struct Student
{
    char name[10];
    char gender;
};

int main()
{
    struct Student stu = {"mary",'n'};
    //访问结构体成员属性
    printf("%s %c\n",stu.name, stu.gender);
    return 0;
}

        2）结构体指针成员的访问

a. 使用(*xxx).成员访问【xxx为结构体变量名】

b.使用xxx->成员访问【xxx为结构体变量名】

#include 

struct Student
{
    char name[10];
    char gender;
};

int main()
{
    struct Student stu = {"mary",'n'};
    struct Student* p = &stu;
    //访问结构体指针的成员属性
    printf("%s %c\n", (*p).name, (*p).gender);
    printf("%s %c\n", p->name, p->gender);
    return 0;
}

7.结构体传参

问题思考：结构体传参的时候，我们是使用值传递好还是址传递好呢？

#include 

struct S
{
    int data[1000];
    int num;
};

//值传递
void print1(struct S s)
{
    printf("%d\n", s.num);
}

//址传递
void print2(struct S* s)
{
    printf("%d\n",s->num);
}

int main()
{
    struct S s = { {1,2,3,4,5,6,7},100 };
    //传值
    print1(s);
    //传址
    print2(&s);
    return 0;
}

结论：在函数调用时，传递参数需要将其压入栈中，如果传递的参数是一个结构体对象，而该结构体对象的大小较大，则压栈的系统开销也会相应增加，进而导致系统性能的下降。

8.结构体的内存对齐

        1）什么是结构体的内存对齐？

结构体的内存对齐是指：在计算机中存储结构体时，将结构体的成员按照一定的规则进行排列，以使得读取和存储结构体的数据更加高效。这一规则是由编译器根据结构体的组成确定的，称为结构体的内存对齐。

        2）结构体的内存对齐规则

1> 第一个成员在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的（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：8】

3> 结构体的总大小为最大对齐数的整数倍

4> 如果结构体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的整数倍

        3）为什么会存在内存对齐？

1> 平台原因

——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得某些特定类型的数据，否则会抛出异常

2> 性能原因

——数据结构（栈）应该尽可能的在自然边界上对齐，那是为了访问未对齐的内存，处理器需要做两次内存访问，而对齐的内存访问仅需要一次访问

注：总的来说，结构体内存对齐是使用以时间换空间的做法

9.结构体内存对齐字节数计算

        问题1：思考以下代码的输出结果

#include 

struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};

int main()
{
    //所占字节数的大小是多少？
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    return 0;
}

        问题2：思考以下代码的输出结果

#include 

struct S2
{
    char c1;
    char c2;
    int i;
};


int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));//?
    return 0;
}

        问题3：思考以下代码的输出结果

#include 

struct S3
{
    double d;
    char c;
    int i;
};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct S3));//?
    return 0;
}

        问题4：思考以下代码的输出结果

#include 

struct S3
{
    double d;
    char c;
    int i;
};

struct S4
{
    char c1;
    struct S3 s3;
    double d;
};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct S4));//？
    return 0;
}

10.修改默认对齐数

VS的默认对齐数是8，如果我们想要修改默认对齐数的话，使用#pragma pack()来修改

#include 

#pragma pack(4)//默认对齐数被修改为4
struct stu
{
    char gender;
    double d;
    int i;
};
#pragma pack()//还原VS的默认对齐数

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct stu));//16
    return 0;
}

二.位段

1.什么是位段？

位段是一种特殊的存储器结构，它可以将一个字节的数据分割成多个不同的部分，并可以在这些部分之间进行选择性的读取和写入操作

2.位段的结构

struct stu
{
    int age: 2;//冒号后面跟的是比特位
    int score: 4;
}

3.一个小case快速了解位段

#include 

struct A
{
    int _a : 2;
    int _b : 5;
    int _c : 10;
    int _d : 30;
};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct A));//8
    return 0;
}

4.位段的内存分配

1）位段的成员必须是整型家族中的成员：int、unsigned int、signed int、char的类型

2）位段的空间上是按照需要以4个字节或1个字节的方式来开辟的

3）位段涉及很多不确定因素，位段是不能跨平台的，注重可移植性的程序应该避免使用位段

5.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

三.枚举

1.什么是枚举？

枚举顾名思义：一 一列举

2.枚举的格式

enum 枚举名
{
    //设置枚举值
    .....
};

3.一个小case快速了解枚举

#include 

enum Day//星期
{
    Mon,
    Tues,
    Wed,
    Thur = 10,
    Fri,
    Sat,
    Sun
};
enum Sex//性别
{
    MALE = 2,
    FEMALE,
    SECRET
};

enum Color//颜色
{
    RED,
    GREEN,
    BLUE = 6
};

int main()
{
    enum Day day = Fri;
    enum Sex sex = SECRET;
    enum Color color = RED;
    
    printf("%d\n", day);//11
    printf("%d\n", sex);//4
    printf("%d\n", color);//0
    return 0;
}

4.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

注：只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异

四.联合体（共用体）

1.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）

2.使用联合的特点判断大小端机器

#include 

union Un
{
    char ch;
    int i;
};

int main()
{
    union Un u;
    u.i = 1;

    if (u.ch == 1)
    {
        printf("小端\n");
    }
    else
    {
        printf("大端\n");
    }
    return 0;
}

3.联合体大小的计算

1）联合的大小至少是最大成员的大小

2）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

4.思考下列问题并给出答案

        问题1：

#include 

union Un1
{
    char c[5];
    int i;
};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(union Un1));
    return 0;
}

        问题2：

#include 

union Un2
{
    short c[7];
    int i;
};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(union Un2));
    return 0;
}