自定义类型(结构体 , 枚举 , 联合)详解

结构体

结构体变量初始化

• 按顺序

#include
struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
};
int main()
{
	struct Stu s1 = { "张三",20 };
	printf("%s %d", s1.name, s1.age);
	return 0;
}

• 按结构成员名(是c,不是c++)

#include
struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
};
int main()
{
	struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "如花" };
	printf("%s %d", s2.name, s2.age);
	return 0;
}

结构体内存对齐

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中默认的对齐数为8
• Linux环境中gcc这个编译器没有默认对齐数,对齐数就是成员自身的大小

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,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的对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍

以s1为例

s2同理:

嵌套结构体的情况:

#include
struct s3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct s4
{
	char c;
	struct s3 h;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s3));
	printf("%d\n", sizeof(struct s4));
	return 0;
}

为什么存在内存对齐

大部分参考资料如是说:

1.平台原因(移植原因):
不是所有的硬件平台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(所以存的时候也要特殊地存)
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一次

| 总的来说:
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法

那在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,又要节省空间

让占用空间小的成员尽量集中在一起

比如:s1 和s2 类型的成员一样,但是s1和s2所占的空间大小有区别

修改默认对齐数

可以用#pragma这个预处理指令来改变默认对齐数

#include
#pragma pack(2)//设置默认对齐数为2
struct s1
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
#pragma pack()//取消设置的对齐数,还原为默认
struct s2
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
	return 0;
}

结构体实现位段(位段的填充&可移植性)

什么是位段(位是二进制位)

位段的声明和结构体是类似的,有两个不同:

• 位段的成员必须是 int / unsigned int 或 signed int(c99之后,也可以有其他类型,但基本都是int , char)
• 位段的成员名后面有一个冒号和一个数字

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

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,注意可移植程序避免使用位段

即使有再多的不确定性,我们也可以探究一下在 vs 上到底是怎么使用的

#include
struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};
int main()
{
	struct S s = {0};
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
	printf("%zd", sizeof(s));
	return 0;
}

3+4+5+4=16,只用两个字节就够了,但用了3个,说明是有浪费的内存的.
我们可以查看一下内存情况

可以试着画一下内存分布.

这三个字节就是取出来就是 62 03 04

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位机器整型的大小是16比特位,32位机器整型的大小是32比特位,写成27,在16位机器会出问题)

3.位段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成员,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是不确定的

总结:
|| 跟结构体相比,位段可以达到同样的效果,并且可以很好的节省空间,但有跨平台的问题.
虽然有不确定性,但可以针对不同平台写出对应的位段,这样就能确定使用了

实现offsetof（计算结构体成员相较于起始位置的偏移量）

宏 — 可以直接使用
举个栗子:

#include
#include

struct S
{
	char c1;
	int a;
	char c2;
};

int main()
{
	struct S s;
	printf("%zd\n", offsetof(struct S, c1));
	printf("%zd\n", offsetof(struct S, a));
	printf("%zd\n", offsetof(struct S, c2));
	return 0;
}

实现

#define OFFSETOF(type,member_name) (size_t)&(((type*)0)->member_name)//&取地址

枚举

枚举类型的定义(注意用,分隔)

#include
enum Sex
{
	//枚举的可能取值
	MALE,//枚举常量
	FEMALE,
	SECRET
};
int main()
{
	//MALE = 5;//error
	printf("%d\n", MALE);
	printf("%d\n",FEMALE);
	printf("%d\n", SECRET);
	return 0;
}

以上定义的 enum Sex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,依次递增1,当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值

#include
enum Sex
{
	//枚举的可能取值
	MALE = 9,//枚举常量
	FEMALE,
	SECRET = 6
};
int main()
{
	//MALE = 5;//error
	printf("%d\n", MALE);
	printf("%d\n",FEMALE);
	printf("%d\n", SECRET);
	return 0;
}

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,便于调试

4.使用方便,一次可以定义多个常量

枚举变量的赋值和大小

#include
enum Sex
{
	//枚举的可能取值
	MALE = 9,//枚举常量
	FEMALE,
	SECRET = 6
};
int main()
{
	enum Sex sex = FEMALE;
	printf("%zd", sizeof(sex));
	return 0;
}

联合体

联合的特点

联合的成员是共用同一块内存空间的，联合变量的大小，至少是最大成员的大小

#include
union Un
{
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	union Un un;
	printf("%p\n", &un);
	printf("%p\n", &(un.c));
	printf("%p\n", &(un.i));
	return 0;
}

联合大小的计算

• 联合的大小至少是最大成员的大小
• 当最大成员的大小不是最大对齐数的整数倍时，就要对齐到最大对齐数的整数倍

#include
union Un
{
	char c[5];
	int i;
};
int main()
{
	printf("%zd", sizeof(union Un));
	return 0;
}