自定义类型:结构体,枚举,联合

结构体
 结构体类型的声明 
 结构的自引用
 结构体变量的定义和初始化
 结构体内存对齐
 结构体传参
 结构体实现位段(位段的填充&可移植性)

枚举
 枚举类型的定义
 枚举的优点
 枚举的使用

联合
 联合类型的定义
 联合的特点
 联合大小的计算

结构体

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结构体的声明

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类型

struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
}; //分号不能丢
//offsetof - 宏
//计算结构体成员相对于起始位置的偏移量的

特殊声明

//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;

这两个的结构体类型是不一样的,所以p=&x是错误的

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结构体的自引用

struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
};//错误写法

//正确写法
struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
};
这种声明是错误的,因为这种声明实际上是一个无限循环,成员b是一个结构体,
b的内部还会有成员是结构体,依次下去,无线循环。
在分配内存的时候,由于无限嵌套,也无法确定这个结构体的长度,所以这种方式是非法的。 

当重新命名结构体时,在自引用时指针类型还是要写原来的

typedef struct
{
 int data;
 Node* next; 
}Node;
//这样写代码,不可行

//解决方案:
typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next; 
}Node;
这里的目的是使用typedef为结构体创建一个别名node。
但是这里是错误的,因为类型名的作用域是从语句的结尾开始,
而在结构体内部是不能使用的,因为还没定义。 

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

计算规则

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。

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结构体嵌套情况 :

嵌套结构体成员的最大对齐数就是嵌套结构体的对齐数,占的空间就是整个嵌套结构体,

看结构体的最大对齐数整数倍时,找嵌套结构体成员的最大对齐数和其他成员的最大对齐数

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 存在内存对齐的原因

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。

总体来说:
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

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 那么设计结构体时,既要满足对齐又要节省空间

方法:让占用空间小的成员在一起

//例如:
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
//上面换成下面这个
struct S1
{
 char c1;
 char c2;
 int i;
};

 修改默认对齐数

#pragma

 使用方法

#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; 
}

 结构在对齐方式不适合时,可以自己更改默认对齐数

 结构体传参时尽量使用地址传

void print2(struct S* ps) 
{
 printf("%d\n", ps->num);
}

int main()
{
 print2(&s); //传地址
 return 0; 
}
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。

 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(char)、unsigned int(char) 或signed int(char) 
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
struct A {
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:10;
 int _d:30;
};

位段在内存中的开辟

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。

可以用来节省空间,变量后面的数字表示这个变量存放的个数

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位段的跨平台问题

1字节byte=8位bit
int  一般是机器位长
比如 16 位计算器 中  int为 16 位,16位 刚好 两个字节。
32位中  int为  32 位,4个字节。
特例,64位 中为了兼容 32  ,64位的int 也是 4字节。
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

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

 位段的应用

节省空间传输信息;微信发送的信息

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 枚举

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

 默认从0开始赋值,当中途赋值一个数值,则按数值递增

枚举的优点

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

 只能拿枚举常量给枚举变量赋值

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。
}

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 联合(共用体)

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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
//联合类型的声明
union Un
{
 char c;
 int i;
};

//联合变量的定义
union Un un;

//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));

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)。

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 当要判断一个空间中一个比特位存放的数据

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