自定义类型--结构体，枚举，联合体

目录

一、自定义类型

二、结构体

1.结构体类型的声明

3.结构体变量的定义和初始化

4.结构体内存对齐(计算结构体的大小)

结构体的对齐规则：

5.结构体传参

6.结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

6.1 位段

6.2 位段的内存分配

6.3 位段的跨平台问题

三、枚举

1 枚举类型的定义

2.枚举的优点

3.枚举的使用

四、联合

1 联合类型的定义

2 联合的特点

3 联合大小的计算

4.使用联合体判断机器是大端存储还是小端存储

总结

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一、自定义类型

C语言中的自定义类型包括：结构体，枚举，联合体，本文主要介绍结构体

二、结构体

1.结构体类型的声明

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的变量

结构的声明代码如下：

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


//例如描述一个学生
struct Stu
{
    char name[20];
    int age;
    char sex[5];
    char id[20];
}; //注意分号

在声明结构的时候，可以不完全的声明

struct
{
    int a;
    char b;
    float c;
}x;

struct
{
    int a;
    char b;
    float c;
}a[20],*p;
 

// p = &x ; 非法使用，因为这两个结构体在编译器中被认为是两个完全不同的类型

结构体的自引用：在结构中包含一个类型为该结构本身的成员

//代码1
struct Node 
{
    int data;
    struct Node next;
}

//sizeof(struct Node) 子子孙孙无穷匮也 


// 正确的声明
struct Node
{
    int data;
    struct Node * next;
}  
 

typedef struct
{
    int data;
    Node* next;
}Node;
// 没声明指针的类型

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

3.结构体变量的定义和初始化

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

struct Point p3={x,y};

4.结构体内存对齐(计算结构体的大小)

结构体的对齐规则：

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（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中默认对齐数为8
3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员都有自己的对齐数）的整数倍
4. 若嵌套了结构体，嵌套的结构体对齐到自己最大的对齐数的整数倍处，结构体的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。

为什么要内存对齐：

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，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）应该尽可能的在自然边界上对齐

原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要两次内存访问；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用空间换时间。 

//计算下面结构体大小 
struct S1
{
    char c1;   // 1 or 8  1   对齐到0
    int i;    // 4 or 8   4   对齐到4  占用4，5，6，7字节的空间
    char c2;  // 1 or 8   1   对齐到8
};

printf("%d",sizeof(struct S1));   // 一共占用0-8地址，9个字节，整体必须是4的倍数，即struct s1的大小是 12

struct s2
{
    char c1;  // 对齐到0
    char c2;  // 对齐到1
    int i;    // 对齐到4     
};

printf("%d",sizeof(struct S2));  //一共占用0-7地址，8个字节，是4的倍数，struct s2地址是8


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设计结构体的时候，既要满足对齐，又要节省空间：让占用空间小的成员尽量集中在一起

可以使用 #pragma pack(n)  //设置默认对齐数

#pragma pack()  //取消设置默认对齐数

5.结构体传参

函数传参的时候，参数需要压栈，会有时间和空间上的系统开销；如果传递一个结构体对象，结构体过大，参数压栈的系统开销比较大，会导致性能的下降。所以，在结构体传参的时候，需要传递结构体的地址。

struct S
{
    int data[100];
    int num;
}

struct S s={{1,2,3,4},1000};


//结构体传参
void print(struct S* ps)
{
    printf("%d\n",ps->num);
}

int main()
{
    print(&s); //传地址
    return 0;
}

6.结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

6.1 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、unsgined int 、signed int 、char整型家族

2.位段的成员后有一个冒号和数字

声明如下：

struct A
{
    //4byte = 32bit
    int _a:2;  // -2bit  30bit
    int _b:5;  // -5bit  25bit
    int _c:10; // -10bit 15bit
    int _d:30; // -30bit 像内存再申请4byte 
};

//A 就是一个位段类型
//sizeof(struct A)  8byte

strcut S
{
    //char 1byte = 8bit 
    char a:3;  // -3 5
    char b:4;  // -4 1
    char c:5;  // 再申请一个字节1byte 不用刚剩下的1bit -5 3
    char d:4;  // 再申请一个字节1byte 丢弃刚剩下的 
};

//sizeof(struct S) // 3byte

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6.2 位段的内存分配

1. 位段的成员可以是int,unsigned int,signed int，char类型
2. 位段的空间上是按照需要4个字节（int)或者1个字节（char)的方式开辟
3. 位段涉及许多不确定因素，位段不跨平台，注重可移植的程序应该避免使用位段

6.3 位段的跨平台问题

1. int位段被当作有符号数或者无符号数是不确定的
2. 位段中最大位的数目不确定（16位机器最大16，32位机器最大32）
3. 位段中成员内存分配从左到右或从右到左未定义
4. 当一个结构体包含两个位段，第二个位段成员无法存于第一个位段剩余的位，是否舍弃剩余的或利用，未确定。

位段一般放在协议包中使用。

三、枚举

1 枚举类型的定义

枚举就是将可能的取值一一列举，定义声明如下：

enum Day
{
    Mon,
    Tues,
    Wed,
    ...
};

//enum Day  枚举类型
//{}中是枚举类型的可能取值，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，也可以在定义的时候赋值

enum Color
{
    Red=1,
    Green=2,
    Blue=4;
};

2.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

3.枚举的使用

enum Color
{
    Red = 1,
    Green = 2,
    Blue=4
};

enum color clr = Green; //只能使用枚举常量给枚举变量赋值

四、联合

1 联合类型的定义

联合这种类型定义的变量也包含一系列成员，特征是这些成员使用同一块空间（所以联合体也叫共用体）

union Un
{
    char c;
    int i;
};


//联合变量的定义
union Un un;

2 联合的特点

联合的成员是共用同一块内存，这样联合变量的大小，至少是最大成员的大小

union Un
{
    int i;
    char c;
};

union Un un;



int main()
{
	union Un un; //创建联合体变量
	printf("%d\n", &(un.c));  //un.c 和 un.i地址一样
	printf("%d\n", &(un.i));
	return 0;
}

3 联合大小的计算

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，需要对齐到最大对齐数的整数倍

3. union Un1
   {
   	char c[5];  // 1 * 5  按1字节为对齐数算 1*5 = 5 5不是4的倍数 所以浪费3个Byte 
   	int i;      // 4 
   };
   union Un2
   {
   	short c[7];  // 2 * 7  14
   	int i;       // 4 
   };
   
   int main()
   {
   	printf("%d\n", sizeof(union Un1)); // 8
   	printf("%d\n", sizeof(union Un2)); // 16
   }

4.使用联合体判断机器是大端存储还是小端存储

例如：0x11223344 对于数据来说 44为低位 11为高位

大端存储：数据的高位存储到内存的低地址中 即11存放在低地址

小端存储：数据的低位存储到内存的低地址中 即44存放在低地址

int check_sys()
{
    union Un
    {
        char c;
        int i;
    }u;
    u.i=1;
    return u.c;
}

int main()
{
    int ret = check_sys();
    if(ret ==1)
        printf("小端");
    else
        printf("大端");
}

总结

本文主要介绍了自定义类型：结构体，枚举和联合体，介绍了它们的定义，如何使用以及特点等。技术有限，若有错误请指正。