自定义类型:结构体2.0(初阶+进阶)+位段+枚举+联合
目录
一.结构体
1.1什么是结构体
1.2结构体的声明
1.3结构体成员的类型与创建变量
1.4结构体成员的访问
1.5结构体和typedef
错误使用☀️
正确使用☁️
不同点⚡
1.6特殊的声明
匿名结构体定义变量
匿名结构体成员相同但类型不同
1.7结构的自引用
1.8结构体变量的定义和初始化✈️
1.9结构体内存对齐
1.9.1先放int,再放char
1.9.2调换顺序:先放char,再放int
如何计算两个结构体变量的偏移量差距
1.9.3先放两个char,再放一个int
1.9.4先放一个double,再放一个char,最后放一个int
1.9.5嵌套结构体计算
1.9.6回到整个题目
2.0修改默认对齐数⭕
2.1 结构体传参⭕
二.位段
2.1 什么是位段⁉️
2.2 位段的内存分配❗
2.3 位段的跨平台问题➰
2.4 位段的应用✅
三. 枚举
3.1 枚举类型的定义❎
3.2 枚举的优点❗
四. 联合（共用体）
4.1 联合类型的定义
4.2 联合的特点⭕
4.3 联合大小的计算 ⭕
先放一个char数组,再放一个int变量
先放一个short数组,再放一个int变量
一.结构体
1.1什么是结构体
同一种类型的数据的集合是数组,和数组不同,结构体是多种类型的数据的集合。
现实生活中,我们要汇总学生的体检信息时,我们会为名字、身高、体重分别单独建表吗？显然不会。通常是给每人发一张"体检卡",在资料上面分别记录着名字、身高、体重等信息。如果一个班上有60个学生,那么50张"体检卡"即为一个集合。
下图即为"体检卡":
1.2结构体的声明
上图4个数据进行结构体的声明
- char[64]型的姓名
- int型的身高
- float型的体重
- long型的奖学金
其中,结构体的名字student称为结构名。{}中声明的name、height等称为结构体成员
注意结构体声明的末尾也要加上分号。
1.3结构体成员的类型与创建变量
结构的成员可以是标量、数组、指针，甚至是其他结构体。
#include
//定义学生类型
struct Stu
{
//成员变量
char name[20];
int age;
float weight;
} s4, s5, s6;//全局变量
int main()
{
//int num = 0;
//通过类型创建变量
struct Stu s1;//局部变量
struct Stu s2;
struct Stu s3;
return 0;
} 1.4结构体成员的访问
- 结构体变量访问成员
- 结构变量的成员是通过点操作符（.）访问的。点操作符接受两个操作数
我们可以看到 s 有成员name和age
那我们如何访问s的成员？
struct S s;
strcpy(s.name, "zhangsan");//使用.访问name成员
s.age = 20;//使用.访问age成员 结构体指针访问指向变量的成员
有时候我们得到的不是一个结构体变量，而是指向一个结构体的指针。
那该如何访问成员？⚽struct Stu { char name[20]; int age; }; void print(struct Stu* ps) { printf("name = %s age = %d\n", (*ps).name, (*ps).age); //使用结构体指针访问指向对象的成员 printf("name = %s age = %d\n", ps->name, ps->age); } int main() { struct Stu s = {"zhangsan", 20}; print(&s);//结构体地址传参 return 0; }
两种写法同时展现:
struct Book
{
char name[20];
int price;
};
void print(struct Book* p)
{
printf("%s %d\n", p->name, p->price);
}
int main()
{
struct Book b1 = {"C语言", 66};
struct Book b2 = { .price = 80, .name = "java"};
//结构体变量.结构体成员
printf("%s %d\n", b1.name, b1.price);
printf("%s %d\n", b2.name, b2.price);
//结构体指针->结构体成员
//struct Book* p1 = &b1;
print(&b1);
return 0;
}
1.5结构体和typedef
typedef声明是创建数据类型的同义词的声明(而非创建新的数据类型)
错误使用☀️
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
应该先有一个完整的类型名才能使用Node,而成员变量里面已经使用了,存在先后顺序问题
正确使用☁️
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;为简化创建变量的过程,可以讲类型名重定义,就会使用到typedef
typedef struct Book
{
char name[20];
int price;
}Book;//不能再将全局变量加在这里后面
Book b3;//全局
Book b4;//全局
int main()
{
struct Book b1;
struct Book b2;
Book b3;//struct Book的别名
return 0;
}对类型名的重命名也可以用到
struct Book
{
char name[20];
int price;
};
typedef struct Book Book;
不同点⚡
这里是两个不同的东西
struct
{
char c;
int a;
double d;
}s1;//匿名结构体变量
typedef struct
{
int data;
char c;
} S;//结构体类型,本来是没有名字的,现在重新起名字1.6特殊的声明
匿名结构体定义变量
struct //省略了结构名 struct+结构名=类型名
{
char c;
int a;
double d;
}s1;//匿名结构体只能这样定义变量
int main()
{
struct s2;//错误，不能这样写
return 0;
}匿名结构体是一次性用品
匿名结构体成员相同但类型不同
struct
{
char c;
int a;
double d;
}s1;
struct
{
char c;
int a;
double d;
}* ps;
int main()
{
ps = &s1;//err
return 0;
}
- 相同结构体类型:
通过同一个结构体 定义出来的变量 就相当于 int a; int b
a和b是两个不同的变量，但是它们的类型都是int类型
- 结构体类型不同: (上图就是结构体类型不一样)
用一个结构体类型的指针 指向另一个结构体类型的指针时 编译器会报出警告,类型不兼容
虽然两个匿名结构体类型的成员都完全相同，但是他们的类型还是不同的
1.7结构的自引用
//这是一个错误的示范
struct Node
{
int data;
struct Node n;//自己类型的变量
};
这里是结构体中的一个成员是它这个结构体本身。 那它无限套娃 永远也停止不了
这属于线性数据结构，一个结点包括数据域和指针域
正确写法:
//当一个结构体要找到另外一个同类型的结构体的时候
//应该在自己类型里面包含一个自己类型的指针,而不是自己类型的变量
struct Node
{
int data;//4
struct Node* next;//4/8
};
int main()
{
struct Node n1;
struct Node n2;
n1.next = &n2;
return 0;
}1.8结构体变量的定义和初始化✈️
struct S
{
int a;
char c;
}s1;
struct S s3;//这样定义也是全局变量
struct B
{
float f;
struct S s;
};
int main()//在这里定义的全是局部变量
{
//int arr[10] = {1,2,3};
//int a = 0;//有了值才有确定性
//结构体怎么初始化呢?
struct S s2 = {100, 'q'};
struct B sb = { 3.14f, {200, 'w'}};//结构体的嵌套初始化正常来说要按照顺序,
//不按照顺序初始化
struct S s3 = {.c = 'r', .a = 2000};//指定顺序
printf("%f,%d,%c\n", sb.f, sb.s.a, sb.s.c);//结合体成员的访问，后面两个是因为是嵌套了一个结构体
return 0;
}
另一个例子:
struct S
{
char c;
char arr[10];
int* p;
}s1, s2;
struct S s3;
struct B
{
int a;
struct S s;
double d;
}sb1, sb2;
struct B sb3;
int main()
{
struct S s4 = {'c', "zhangsan", NULL};
int a = 10;
struct B sb4 = { 100, {'q', "lisi", &a}, 3.14};
return 0;
}1.9结构体内存对齐
❗ 该如何计算结构体的大小:结构体内存对齐
这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐
#include
struct S1
{
int a;
char c;
};
struct S2
{
char c1;
int a;
char c2;
};
struct S3
{
char c1;
int a;
char c2;
char c3;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
} 运行结果:
按以往的知识来说,从S1到S3的值分别推测为5,6,7,可是结果却不是这样的,并且S3比S2还多了一个成员变量,但是它们的大小却是相等的
为
为什么呢？计算结构体，需要用到以下规则
接下来,需要详细说明一下结果是如何求出来的
1.9.1先放int,再放char
struct S1
{
int a;
char c;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}
1.9.2调换顺序:先放char,再放int
那么我们讲char c和int a的位置调换一下,结果又会不会不一样呢?
struct S1
{
char c;
int a;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
c和a之间真的浪费了3个字节的空间吗?
#include
#include
struct S
{
char c1;
int a;
};
int main(){
struct S s = {0};
printf("%d\n", offsetof(struct S, c1));//0
printf("%d\n", offsetof(struct S, a));//4
return 0;
} 如何计算两个结构体变量的偏移量差距
方法1:取地址计算,4和8之间差4
可以发现它们之间差了4个字节
方法2:offsetof函数
使用之前要引用一下头文件
可以看到是返回成员变量的偏移量
执行效果:
1.9.3先放两个char,再放一个int
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
1.9.4先放一个double,再放一个char,最后放一个int
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
}执行效果：
1.9.5嵌套结构体计算
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
int main()
{
//计算嵌套结构体总结构体的大小
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
return 0;
}
1.9.6回到整个题目
#include
struct S1
{
int a;
char c;
};
struct S2
{
char c1;
int a;
char c2;
};
struct S3
{
char c1;
int a;
char c2;
char c3;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
} 
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。
取决于机器字长
如果是32位机器,一次读写读32bit,那就是4byte
总结:
1.对于一个int 类型，若是按照内存对齐来存储，处理器只需要访存一次就可以读取完4个字节
2.若没有按照内存对其来读取，如上图所示，就需要访问内存两次才能读取出一个完整的int 类型变量
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
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
调整一下顺序就可以减少空间的浪费
2.0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 S
{
char c1;//1 1 1
int i; //4 1 1
char c2;//1 1 1
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}
因为它们每一个对齐数都是1,所以只要是1的倍数的偏移量位置,它们都可以存放,所以就不会有空余的内存
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。(我们不想对齐的时候就把对齐数设置成1)
2.1 结构体传参⭕
函数压栈问题
结构体传参时,结构体压栈所需要的空间开销就会大一些
若是传地址,无非就是4/8byte,开销会大大减少
例子1：
struct S
{
int arr[100];
int n;
};
void print1(struct S ss)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", ss.arr[i]);
}
printf("\n%d\n", ss.n);
}
void print2(struct S* ps)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", ps->arr[i]);
}
printf("\n%d\n", ps->n);
}
int main()
{
struct S s = { {1,2,3,4,5}, 100 };
print1(s);
print2(&s);
return 0;
}例子2:
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)//形参是实参的一份临时拷贝，不会改变实参
{
printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)//这里加一个const避免不小心改掉实参
{
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。
二.位段
2.1 什么是位段⁉️
位段 :二进制位
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：
//位段 - 二进制位
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};//47bit --> 6*8=48 --> 6byte ?
int main()
{
struct A sa = { 0 };
printf("%d\n", sizeof(sa));
return 0;
}
A就是一个位段类型。以上结果猜测为47bit,可是结果却是8byte -->64bit,还浪费了空间?
注意:
struct A
{
int _a;
int _b;
int _c ;
int _d;
};//这里面是结构体成员这里每一个int 占4byte,总共16byte -->128bit对比64bit都节省了一半的空间
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。
空间是如何开辟的？
列出下列代码
struct S
{
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
struct S s = { 0 };
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
return 0;
}假设:
内存开辟如下:
整体思路:先开辟一个字节的空间,如果放不下就逐渐向高地址开辟,证实了假设是正确的
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✅
三. 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};
#include
enum Sex
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
};
int main()
{
enum Sex s = FEMALE;//1,若赋值成1在c语言中是没问题的,在c++会出现错误,就拿上面定义的可能取值给它赋值
printf("%d\n", MALE);
printf("%d\n", FEMALE);
printf("%d\n", SECRET);
} 
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
enum OPTION { EXIT,//表示0 PLAY,//1 ADD,//2 DEL//3 };2. 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
#define EXIT 0 #define PLAY 1
- #define宏常量是在预编译阶段进行简单替换，枚举常量则是在编译的时候确定其值。
3. 防止了命名污染（封装）
4. 便于调试
- 一般在编译器里，可以调试枚举常量，但是不能调试宏常量
5. 使用方便，一次可以定义多个常量
- 枚举可以一次定义大量相关的常量，而#define 宏一次只能定义一个
- 枚举可以自增1，这样不用每一个值都定义，而宏必须每个值都定义
- 枚举是一个集合，代表一类值，像你代码中的颜色归为一类，方便使用，而宏不能形成集合。
四. 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）。
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
union Un u;
printf("%d\n", sizeof(u));
printf("%p\n", &u);
printf("%p\n", &(u.i));
printf("%p\n", &(u.c));
return 0;
}
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）。
面试题： 判断当前计算机的大小端存储
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;
}
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。
先放一个char数组,再放一个int变量
union Un
{
char arr[5];//1 4 1 -->共5个字节
int n;// 4 8 4
};
int main()
{
printf("%d\n",sizeof(union Un));
return 0;
}
编辑
先放一个short数组,再放一个int变量
union Un
{
short s[7];
int n;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un));
return 0;
}同理:结果必须也是4的倍数,short数组已经占了14个byte,所以联合体大小为16byte
本章完。欢迎各位大佬补充!