自定义类型详解(结构体+枚举+联合)
自定义类型详解
- 结构体
-
- 1.结构体的声明
- 2.结构体的自引用
- 3.结构体的定义与初始化
- 4.结构体的内存对齐
- 5.结构体传参
- 6.位段
- 枚举
-
- 1.枚举类型定义
- 2.枚举的优点
- 联合（共用体）
-
- 1.联合类型的定义
- 2.联合的特点
结构体
1.结构体的声明
struct tag
{
member - list;
}variable - list;
例如描述一个学生：
struct Student
{
char name[20];
int age;
char sex[5];
double score;
};
但是有时候又会出现一种情况，结构体在声明的时候并没有完全声明，
我们称之为匿名结构体：
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], * p;
我们可以发现，以上结构图声明是省略了标签（tag）,这种匿名结构体在程序中只能使用一次。
2.结构体的自引用
很多人就会觉得，结构体自引用嘛，就是自己引用自己，就像下面一样：
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct Node));
return 0;
}
但我们运行程序就会发现：
程序给我们报错了，“next”使用未定义的“struct Node”，那么为什么呢？细想我们就会发现，这种声明其实就是一个无限循环，结构体内有结构体，结构体内还有结构体…;系统在分配内存就无法分配，不知道他有多大呀。
请看正确的方法：
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct Node));
return 0;
}
此时程序就可以正常运行了，因为指针的内存是可以被确定的。
接下来我们再看一段代码：
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(Node));
return 0;
}
这样行不行呢？其实也是不行的，我们在运用typedef进行定义时，在结尾才起作用呀，它在中间就进行了引用，还是未被定义的呀。
正确做法：
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(Node));
return 0;
}
3.结构体的定义与初始化
struct S1
{
int a;
char b;
};
struct S2
{
char name[20];
int age;
};
struct S3
{
struct S1 s1;
struct S2 s2;
struct S3* next;
};
int main()
{
struct S3 s3 = { {1,2},{"zhangsan",20},NULL };//结构体的嵌套初始化。
return 0;
}
4.结构体的内存对齐
struct S1
{
char c1;//1
int i;//4
char c2;//1
};
int main()
{
printf("%d", sizeof(struct S1));
return 0;
}
一般情况下，我们觉得最终打印结果肯定是6,但运行程序会发现结果是12，为什么呢？这儿就存在了结构体对齐的问题了：
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。
为什么存在内存对齐?
大部分的参考资料都是如是说的： - 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。
就像这样：
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。
嵌套类型对齐：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S3
{
char a;
char b;
int c;
struct S1;
};
int main()
{
printf("%d", sizeof(struct S3));
return 0;
}
5.结构体传参
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;
}
我们在进行结构体传参的时候，要传结构体的地址。
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。
6.位段
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 。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字，表示所占比特位的个数。
例如：
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
那么位段的内存空间又是怎么开辟的呢？
- 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。
- 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。
- 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。
我们来看一段代码：
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;
}
内存空间是怎么分配的呢？
位段的跨平台问题
- int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
- 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。
- 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。
- 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。
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。
1.枚举类型定义
enum Day
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
};
enum Color
{
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
};
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：
- 增加代码的可读性和可维护性。
- 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
- 防止了命名污染（封装）。
- 便于调试。
- 使用方便，一次可以定义多个常量。
联合（共用体）
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）。 比如：
union Un
{
char c;
int i;
};
联合体特征是这些成员公用同一块空间，所以我们就可以知道char c和
int i是共用一片空间的。
int main()
{
union Un un;
printf("%d", sizeof(un));//4
return 0;
}
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）。
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：
union Un1
{
char c[5];//1 8 1 5
int i;// 4 8 4 4
};
union Un2
{
short c[7];// 2 8 2 14
int i;// 4 8 4 4
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un1));//8
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16
return 0;
}
以上如有错误，请批评指正！！！