自定义类型:结构体,枚举,联合 -- C语言进阶版

1 结构体

1.1 结构体的基础知识

结构体是一些值的集合,这些值被称为成员变量.结构的每个变量可以是不同类型的变量

1.2 结构的声明

struct tag
{
 member-list;
}variable-list

例如描述一个学生:

struct Student
{
	char name[20];//名字
	int age;//姓名
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
};//分号不能丢

1.3 特殊的声明

在声明结构体的时候,可以不完全的声明

比如:

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

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签(tag).

1.4 结构的自引用

在结构中包含一个类型为该成员本身的成员是否可以呢?

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

答案是不行的,因为这样无法求出struct Node的大小

正确的自引用方式

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

可以使用typedef对结构体类型进行重命名

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

1.5 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

//初始化:定义变量的同时赋初值
struct Point p3 = { 1, 3 };


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

1.6 结构体内存对齐(热门考点)

如何计算结构体的大小?

这就不得不考虑结构体内存对齐

//练习1
struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//练习2
struct S2
{
    char c1;
    char c2;
    int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//练习3
struct S3
{
    double d;
    char c;
    int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
    char c1;
    struct S3 s3;
    double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

考点

如何计算?

首先得掌握结构体的对齐规则:

1.第一个成员在结构体为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,嵌套的结构体对齐自己的最大对齐数的整数倍处,结构体整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.

现在我们来分别分析一下S1的大小

 

 同理s2,s3的大小分别为8,16

再来考虑一下嵌套结构体的情况

我们分析一下s4的大小

 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。

 例如:s1和s2类型的成员一模一样,但是s1和s2所占空间的大小有一些区别

#include 
#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;
}

S1的结构体大小为12

S2的结构体大小为6 

结论:

结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数.

1.8 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.

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2.位段 

2.1 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).

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

 A就是一个位段类型

位段A的大小是多少呢?

8个字节;

2.2 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.

//一个例子
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?

2.3 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位机器会出现问题)

3.位段中的成员在内存从左向右分配,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。

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3.枚举 

顾名思义就是一一列举.

比如我们现实生活中:

一周有7天:星期一到星期天,可以一一列举.

3.1 枚举的定义

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
};

 3.2 枚举的使用

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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 4.联合(共用体)

4.1 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,特征是这些成员共用同一块空间.

比如:

union Un
{
	char c;
	int i;
};

4.2 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)

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


//下面输出的结果是什么？
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
//11223355

 面试题:

判断当前计算机的大小端存储

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


int mian()
{
	if (1 == check_sys())
	{
		printf("小段\n");
	}
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

4.3 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;
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1)); //输出 8
printf("%d\n", sizeof(union Un2)); //输出16