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✨系列专栏:【从0到1,C语言学习】
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✨博客说明:尽己所能,把每一篇博客写好,帮助自己熟悉所学知识,也希望自己的这些内容可以帮助到一些在学习路上的伙伴,文章中如果发现错误及不足之处,还望在评论区留言,我们一起交流进步!
这篇博客介绍自定义类型,包含结构体、联合体、枚举;结构体部分的知识点尤为重要!
结构体是一些值的集合,这些值称为成员变量;结构体的每个成员可以是不同类型的变量。
关于结构体的基本使用可以看另一篇博客 结构体初阶 。
struct tag
{
member - list;
}variable - list;
列如描述一个学生:
struct Stu
{
char name[20];//姓名
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[];
};//分号不能丢
下面俩个结构体在声明省略了结构体标签(tag)。
//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;
注意:
虽然上面的俩个结构体的成员是完全相同的,但由于结构体在声明时是匿名的,在编译中会将上面的俩个声明当成完全不同的俩个类型,那么在上面的基础上,下面的这个代码就是不合法的!
p = &x;
//方法1
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}* linklist;
//方法2
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
typedef struct Node* linklist;
结构体的自引用,就是在结构体内部,包含指向自身类型结构体的的指针。
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
观察下面几个错误的代码,防止自己给自己挖坑!
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
如果此时求其类型大小sizeof(struct Node),程序会崩溃,上面的声明相当于是在无限套娃了,想想就知道是不合理的。
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
typedef的使用应该是先有类型,然后再对其进行重命名;而上面的代码再进行类型声明时Node* next; 中Node类型是不存在的,造成整个结构体类型的声明是不正确的,也就无法进行类型重命名。
给出解决方案:
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
要想清楚结构体类型的的大小,就需要掌握结构体的内存对齐这一知识点。
这里首先要清楚偏移量的概念:
结构体成员的偏移量是相对于结构体起始位置(首地址)的偏移量!
利用宏offsetof可以求出偏移量
offsetof (type,member)
参数:
type——结构或者联合类型
member——类型中的成员
返回值:
返回成员相对于类型首地址的偏移量,一个size_t类型的值。
使用实例:
#include
#include
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
struct S1 s1;
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));
return 0;
}
运行结果:
练习1:
#include
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}
运行结果:
解析:
练习2:
#include
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
运行结果:
解析:
练习3:
#include
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
return 0;
}
运行结果:
解析:
练习4, 结构体嵌套问题 :
#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;
}
运行结果:
解析:
总体来说:
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
我们在设计结构体体的时候,即满足对齐,又节省空间的做法是:
让占用空间小的成员尽量集中在一起。
例如:
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。
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
使用#pragma这个预处理指令,可以修改默认对齐数;
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。
使用实例:
#include
#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;
}
运行结果:
位段的声明和结构体是类似的,有俩个不同:
比如,下面的A就是一个位段类型:
#include
struct A
{
//首先分配4个字节的空间
int _a : 2;//分配2个bit位
int _b : 5;//分配5个bit位
int _c : 10;//分配10个bit位
//空间不够时再分配4个字节的空间
int _d : 30;//分配30个bit位
};
//那位段A的大小是多少?
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));
return 0;
}
运行结果:
解析:
位段A类型是以int类型创建,内存空间按照需求以4个字节的方式来开辟,使用时首先给A类型分配4个字节的空间,_a、_b、_c 一共是17个bit位分配在4个字节的空间当中;此时这4字节的空间中还剩下15个bit位,而_d需要30个bit位的空间,所以需要再给A分配4个字节的空间,所以位段A的大小为8个字节;
至于_d有没有使用给A第一次分配的4字节剩下的15个bit位,这个是不能确定的!
调试分析下面代码,搞清楚在一定环境下内存是如何开辟的,数据是如何存放的:
#include
struct S
{
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
struct S s = { 0 };
printf("%d\n", sizeof(struct S));
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
return 0;
}
运行结果:
调试查看内存从中的数剧,可以推断出在vs2022 x86 的环境下,位段的内存分配如下:
总结:
枚举顾名思义就是一一列举,把可能的值一一列举。
比如现实生活中的:
这些就可以使用枚举。
下面定义的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。
#include
enum Day//星期
{
//枚举常量
Mon,//0
Tues,//1
Wed,//2
Thur,//3
Fri,//4
Sat,//5
Sun//6
};
enum Sex//性别
{
MALE,//0
FEMALE,//1
SECRET//2
};
enum Color//颜色
{
RED,//0
GREEN,//1
BLUE//2
};
枚举类型列举出的这些的可能取值都是有值的,默认从0开始,一次递增1;
在定义的时候也可以赋初值。
例如:
//enum Color//颜色
//{
// RED = 1,
// GREEN = 2,
// BLUE = 4
//};
enum Day//星期
{
//枚举常量
Mon=1,
Tues,//2
Wed,//3
Thur,//4
Fri,//5
Sat,//6
Sun//7
};
int main()
{
printf("%d\n", Mon);
printf("%d\n", Tues);
printf("%d\n", Wed);
printf("%d\n", Thur);
printf("%d\n", Fri);
printf("%d\n", Sat);
printf("%d\n", Sun);
return 0;
}
运行结果:
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:
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;
//这种赋值方法是错误的,类型不匹配
//在有严格的类型检查环境中是会报错的
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)。
//联合类型的声明
#include
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合变量的定义
union Un un;
//计算联合变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));
return 0;
}
运行结果:
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)。
联合的成员在使用时不会同时使用所有成员,一个才操作只会使用一个成员,避免成员之间相互影响。
#include
union Un
{
int i;
char c;
};
int main()
{
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));
//改变c的同时会将i也改变
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
return 0;
}
运行结果:
#include
int check_sys()
{
union
{
char c;
int i;
}u;
u.i = 1;
//返回1是小端,返回0是大端
return u.c;
}
int main()
{
//低-------> 高
//01 00 00 00 -- 小端
//00 00 00 01 -- 大端
int ret = check_sys();
if (ret == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
}
运行结果:
比如:
#include
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));
return 0;
}
运行结果:
解析:
Un1中 char c[5] 的大小为5,对数为1;i 的大小为4,对齐数为4;5不是4的倍数,所以联合的大小应该为4的倍数,最小为8;
Un2中 short c[7] 的大小为14,对齐数为2;i 的大小为4,对齐数为4,14不是4的倍数,所以联合的大小应该为4的倍数,最小为16。
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