C语言进阶之自定义类型
一、结构体
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）结构体的声明
struct tag
{
member - list;
}variable - list;//变量列表//例如描述一个学生
struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}s1,s2;//分号不能丢，直接创建s1、s2结构体变量
struct Stu s3;2）特殊的声明
在声明结构的时候，可以不完全的声明。
//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;上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。
//在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？
p = &x;
警告：
编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。 所以是非法的。
3）结构体的自引用
//正确的自引用方式
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;4）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 = { 3, 4 };
struct Stu{ //类型声明
char name[15];//名字
int age; //年龄
}s2 = { .age = 18, .name = "wangwu" };//全局变量
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5）结构体内存对齐
1、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。
- VS中默认的值为8
- Linux中没有默认对齐数，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。
2、为什么存在内存对齐
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。
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
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。
//例如：
struct S1{
char c1;
int i;
char c2;
}; //占用12个字节
struct S2{
char c1;
char c2;
int i;
}; //占用8个字节6）修改默认对齐数
#pragma 这个预处理指令，可以改变我们的默认对齐数。
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为8
struct S1{
char c1; //1 1 1
int i; //4 1 1
char c2; //1 1 1
}; //占用6个字节
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认结论：
结构在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数。
7）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;
}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。
二、位段
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。
struct A {
int _a : 2; //后面数字是二进制位
int _b : 5; //47个bit位，两个整型8个字节
int _c : 10;
int _d : 30;
};2）位段的内存分配
- 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
- 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。
- 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。
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。
总结：
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。
4）位段的应用
网络底层IP数据包
三、枚举
枚举顾名思义就是一一列举。
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
};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，依次递增1，当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值。
enum Color{//颜色
RED = 1,
GREEN = 2,
BLUE = 4
};2）枚举的优点
- 增加代码的可读性和可维护性
- 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨
- 便于调试
- 使用方便，一次可以定义多个常量
3）枚举的使用
四、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）。只能同时用一个。
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）。
判断当前计算机的大小端存储
//判断大小端
union Un {
int i;
char c;
};
int main() {
union Un u = { 0 };
u.i = 1;
if (u.c == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
}3）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。
union Un1{
char c[5]; //5 1 8
int i; //4 1 4
};
union Un2{
short c[7]; //7 2 16
int i; //4 1 4
};
int main() {
//下面输出的结果是什么？
printf("%zd\n", sizeof(union Un1)); //8
printf("%zd\n", sizeof(union Un2)); //16
return 0;
}