C语言进阶之自定义类型:结构体、枚举、联合

文章目录

  • 一、结构体
    • 1、什么是结构体
    • 2、结构的声明
      • 2.1 特殊的声明
    • 3、结构体的自引用
    • 4、结构体变量的定义和初始化
    • 5、结构体内存对齐
    • 6、结构体传参
    • 7、位段
  • 二、枚举
    • 1、什么是枚举
    • 2、枚举类型的定义
    • 3、枚举的优点
  • 三、联合(共用体)
    • 1、联合类型的定义
    • 2、联合的特点
    • 3、联合大小的计算


一、结构体

1、什么是结构体

结构是一些值的集合,这些值被称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

2、结构的声明

结构体的关键字是struct

struct tag//结构体标签
{
	member_list;//结构体成员

}variable-list;//定义结构体变量

例如声明一个学生的信息

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

2.1 特殊的声明

在声明结构的时候,可以作不完全的声明,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;

声明这两个结构的时候省略了结构体标签,当执行这行代码时,p=&x;,这是非法的操作,编译器认为,匿名的结构体,即使结构成员相同,也是不同的类型。

3、结构体的自引用

结构体内可以包含另外的结构体,此时这个另外的结构体就是当前结构体的一个成员

4、结构体变量的定义和初始化

struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	char sex[5];//性别
	int age;//年龄
	char id[20];//学号
	struct book;//结构体嵌套
};//要有分号
struct book
{
	char name[20];//书名
	float price;//价格
	char id[20];//书号
};

int main()
{
	struct Stu s1 = { "张三","男",23,"123456",{"三体",55.5f,"santi001"}};//定义一个学生并初始化
	return 0;
}

5、结构体内存对齐

结构体的大小如何计算?要回答这个问题首先要了解结构体的对齐规则:

(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。例如:在VS环境的编译器默认对齐数是8,在Linux环境中,对齐数就是该成员大小。
(3)结构体总大小为最大对齐数(每个成员都有一个对齐数)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。

为什么会存在结构体对齐呢?

(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。

总的来说内存的对齐是拿空间来换取时间的做法,那么我们在设计结构体的时候,既要满足对齐,又要节省空间,就要让占用空间小的成员尽量集中在一起。例如:

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};//大小为12
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};//大小为8

默认对齐数是可以修改的,用#pragma这个预处理指令可以修改默认对齐数,使用方法为:#pragma(对齐数)

6、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的时候,结构体过大,参数压栈的系统开销比较大,所以会导致性能的下降。所以结构体传参的时候,要传结构体的地址。

7、位段

位段的声明和结构体类似,只有两个地方不同:

(1).位段的成员必须是 int、unsigned int 、signed int或char 类型。
(2).位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

例如:

struct A
{
	int _a : 2;//a占2个比特位
	int _b : 5;//以此类推
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

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 (属于整型家族)类型。
(2)位段的空间上是按照需要以4个字节( int )或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。

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。

总的来说,跟结构相比,位段可以达到同样的效果,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

位段应用于数据传输协议的数据封装

二、枚举

1、什么是枚举

枚举顾名思义就是一一列举,把可能的取值一 一类列举出来,比如一周的星期一到星期日是有限的七天,可以一 一列举,性别有男、女、保密,月份有12个月等等。

2、枚举类型的定义

//枚举
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
};

枚举的可能取值都是有值的,默认从0开始,也可以在定义的时候赋初值。

3、枚举的优点

(1)增加代码的可读性和可维护性。
(2)和#define定义的标识符相比,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。

三、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)。

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

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,就要对齐到最大对齐数的整数倍。


union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};
union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};
int main()
{
	
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));//8
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16
	return 0;
}

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