C语言自定义类型---进阶

之前的文章中有结构体初阶知识的讲解，对结构体不是很了解的小伙伴可以先去去看一下结构体初阶

结构体

结构体类型的声明

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

例如描述一个学生：

struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
}; //分号不

特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。
比如：

//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;
//像这样的结构体类型只能用它后面定义的变量名来找到它
//这样的代码可以吗
p = &x;

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。

p = &x;
编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型
所以是非法的

结构的自引用

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？
比如：

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

可行否？
如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？
答案是：不行的，这样就相当于无限套娃，结构体里存着结构体
所以正确的自引用方式因该为：

//代码2
struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
};
//next存放下一个结构体的地址
//它可用在 链表中

结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那如何定义变量，其实很简单。

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
//初始化：定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = { x, y };
struct Stu //类型声明
{
	char name[15];//名字
	int age; //年龄
};
struct Stu s = { "zhangsan", 20 };//初始化
struct Node
{
	int data;
	struct Point p;
	struct Node* next;
}n1 = { 10, {4,5}, NULL }; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };//结构体嵌套初始化

结构体内存对齐 ❤️ ❤️ ❤️(重点)

我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小。
这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐

首先看下面两个结构体，并计算它们的大小

//练习1
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};

//练习2
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

你们的答案是6，6？
其实不然，看下面的结果图

这就是结构体的内存对齐
结构体的对齐规则：

1. 第一个成员在与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中默认的值为8
3. 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。
4. 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。

那我来画图理解一下它吧

大家可以尝试，是否可以将 struct S2 自己画图来理解一下。

那为什么存在内存对齐?

但是我们发现，这样的方式造成了很大程度上的空间浪费，那么为什么还要采用这样的办法呢？主要有以下两个原因：

• 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。

总的来说，结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法

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;
}

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。

结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

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

比如：

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

A就是一个位段类型。
那位段A的大小是多少？

结果显示大小是8，那我们看看位段的内存分配
“ ：”后面的数字代表这个变量在内存中占用多少个bit位，并且一个变量所占用的bit位数，不能超过这个变量本身的大小
例如：

char 类型的数据 “ ：”后的数字最大为8
int 类型的数据 “ ：”后的数字最大为32

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。

struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};
struct S s = { 0 };
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
//空间是如何开辟的？

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

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。

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
例如:

enum Color//颜色
{
	RED = 1,
	GREEN = 2,
	BLUE = 4
};

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
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

枚举的使用

enum Day//星期
{
	Mon = 1,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
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;
}

enum Color//颜色
{
	RED = 1,
	GREEN = 2,
	BLUE = 4
};
int main()
{
	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; //ok??，我们平时尽量不要这样写
	printf("%d", clr);
	return 0;
}

图中看似是可以的，这是因为这个代码是在C语言中写的，如果换成c++的话这里会语法报错
如下：

当我们把 .c 的后缀改成 .cpp 时他就会进行语法报错了

联合（共用体）

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：

//联合类型的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
int main()
{
	//计算连个变量的大小
	printf("%d\n", sizeof(un));
	return 0;
}

为什么它的大小是4呢？

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）。

union Un
{
	int i;
	char c;
};
union Un un;
int main()
{
	// 下面输出的结果是一样的吗？
	printf("%p\n", &(un.i));
	printf("%p\n", &(un.c));
	return 0;
}

%p 是打印地址的意思，我们可以发现联合体中的变量用的是同一块地址

un.i = 0x11223344;
printf("%x\n", un.i);
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);

打印结果证明我们上面说的是对的
大小端链接位置在2.2

面试题：

判断当前计算机的大小端存储

union Un
{
	int i;
	char c;
};
int main()
{
	union Un A;
	A.i = 1;
	if (A.c == 1)
	{
		printf("小端模式存储\n");
	}
	else
	{
		printf("大端模式存储\n");
	}
	return 0;
}

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

比如：

union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};
union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};
int main()
{
	//下面输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));
	return 0;
}