进阶C语言-自定义类型

为了便于描述复杂的对象,C语言就支持了自定义类型，其中包括了结构体、枚举和联合体，下面将为大家一一介绍。

1.结构体

1.1结构的基础知识

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的变量。

1.2结构的声明

//struct为结构体的关键字，不能省略
struct tag //tag由自己设定
{
	member - list;//成员变量
}variable-list;

这里我们给出示例来描述一个学生：

struct Student
{
	char name[20];
	int age;
	char sex[5];
	float score;
}s1,s2,s3;//s1,s2,s3为三个结构体变量
int main()
{
	struct Student s4, s5, s6;//s4,s5,s6为三个结构体变量
	return 0;
}

1.3特殊的声明

struct//匿名结构体类型即省略去tag,只能使用一次。
{
	char name[20];
	char author[20];
	float price;
}b1;

1.4结构的自引用

结构体里包含该结构体类型的指针为结构自引用的正确方法。

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

1.5结构体变量的定义和初始化

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1 = { 1,2 };
struct Point p3 = { 4,5 };
struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
};
struct Node
{
	int data;
	struct Point p;
	struct Node* next;
};
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	struct Point p2 = { a,b };
	struct Stu s = { "zhangsan",18 };
	struct Stu s2 = { .age = 20,.name = "lisi" };
	printf("%s %d\n", s.name, s.age);
	printf("%s %d\n", s2.name, s2.age);
	struct Node n = { 100,{25,26},NULL };
	printf("%d x=%d y=%d\n", n.data, n.p.x, n.p.y);
	return 0;
}

1.6结构体的内存对齐

✅例如下面的这段代码，两个不同的结构体，他们所占的内存空间是否相同呢？

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct s2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
	return 0;
}

通过示例运行，我们发现了他们所占的内存空间的大小并不相同，那么这里就涉及到内存对齐的问题。

结构体对齐的规则：

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. 结构体总大喜为最大对齐数的整数倍。
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（函嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

下面就给出结构体s1,s2的字节数是怎么算出来的一个过程：

这里，我们在拿一个题目练练手：

struct s3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

通过画图，我们可以发现答案是16。

总的来说，结构体的内存对齐是拿空间来换时间的做法。因此，我们在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间时，应该将占用空间小的成员尽量集中在一起。

1.7修改默认对齐数

#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
#pramga pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认

1.8结构体传参

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
void print1(struct S t)
{
	printf("%d %d %d %d\n", t.data[0], t.data[1], t.data[2], t.num);
}
void print2(struct S* p)
{
	printf("%d %d %d %d\n", p->data[0], p->data[1], p->data[2], p->num);
}
int main()
{
	struct S s = { {1,2,3},100 };
	print1(s);//传值调用
	print2(&s);//传址调用
	return 0;
}

✅函数传参的时候，参数是需要压栈的，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。

2.位段

位段的出现就是为了节省空间。

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. 位段的成员后面有一个冒号和一个数字。

//位段如下所示：位是二进制位
struct A
{
	int _a : 2;//_a占用2个bit位的空间
	int _b : 5;//_b占用5哥bit位的空间
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

✅通过计算，我们知道该位段占用8个字节，相对于结构体的16个字节节省了大量的空间。

对于位段如何分配空间的问题，大家心中一定还存在一定的疑问。

2.2位段的内存分配

1. 位段的成员可以是int、unsigned 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。

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.）
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。

✅Tips:跟结构相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

3.枚举

顾名思义，枚举的意思就是一一列举。

3.1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
};

✅我们发现以上定义的 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 。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
enum Sex//性别
{
	MALE,
	FEMALE,
	SECRET
};
int main()
{
	printf("%d\n", MALE);
	printf("%d\n", FEMALE);
	printf("%d\n", SECRET);
	return 0;
}

我们发现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。

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

3.2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。

4.联合

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了一系列成员，特征是这些成员公用同一块空间（所以也叫共用体）。

4.1联合类型的定义及特点

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

联合的成员是共用同一块内存空间，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。）

4.2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。

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

❗Tips:联合体在某些成员不会在同一时间内使用时使用！

好啦，关于自定义类型的知识到这里就先结束啦，后期会继续更新学习C语言的相关知识，欢迎大家持续关注、点赞和评论！❤️❤️❤️