【C语言】自定义类型:结构体,枚举,联合小结

2023-10-27

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。

  • 结构的声明

struct tag
{
	member-list;
}variable-list;
//描述一个学生
struct Stu
{
	//成员变量、成员列表
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[20];//学号
};//分号不能丢

特殊的声明

在声明结构的时候,可以不完全的声明
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;

上面的两个结构体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两个完全不同的两个类型。
所以是非法的

  • 结构的成员

结构的成员可以是标量、数组、指针,甚至是其他的结构体。

结构体成员的访问

1.结构体变量的成员是通过点操作(.)访问的。点操作符接受两个操作数
例如:

我们看到s有成员name和age;
访问s的成员

struct S s;
strcpy(s.name, "zhangsan");//使用.访问name成员
s.age = 20;//使用.访问age成员

结构体访问指向变量的成员,有时候我们得到的不是一个结构体变量,而是指向一个结构体的指针,那该如何访问成员,如下:

struct S
{
	char name[20];
	int age;
}s;

void print(struct S* ps)
{
	printf("name = %s age = %d\n", (*ps).name, (*ps).age);
	printf("name = %s age = %d\n", ps->name, ps->age);
}
  • 结构的自引用

在结构体中包含一个类型为该结构本身的成员

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

注意:

typedef struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
}Node;
  • 结构体的不完整声明
struct B;
struct A
{
	int _a;
	struct B* pb;
};
struct B
{
	int _b;
	struct A* pa;
};
  • 结构体变量的定义和初始化

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

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

结构体的不完整声明
struct B;
struct A
{
	int _a;
	struct B* pb;
};
struct B
{
	int _b;
	struct A* pa;
};

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:定义变量的同时赋值。
struct Point p3 = { x, y };

struct Stu             //类型声明
{
	char name[15];     //名字
	int age;           //年龄
};
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
  • 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));

如何计算

首先掌握结构体的对齐规则:
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=编译器默认的对齐数与该成员大小的较小值。 VS中默认的值是8 Linux中的默认值为4
3.结构体总大小为其最大对齐数(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。

为什么存在内存对齐?

大部分参考资料都如下所说:
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。

  • 总体来说:

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,如何做到:

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;
};

struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

S1和S2类型的成员一样,但是S1和S2所占用空间的大小有了一些区别。

修改默认对齐数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#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8
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));
	system("pause");
	return 0;
}

 

  • 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?
很明显首选print2函数。

原因:

讲解函数栈帧的时候,我们讲过函数传参的时候,参数是需要压栈的。
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。

  • 小结:

结构体传参的时候,要传结构体的地址。

 

  • 位段

位段的声明和结构体是类似的,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。

比如:

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

A就是一个位段类型

那位段A的大小是多少呢?

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

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

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct A));
	system("pause");
	return 0;
}

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。

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 - 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,可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。

 

枚举

枚举顾名思义就是一一例举。

把可能的取值一一例举。

  • 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,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
};

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

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。
clr = 5;

 

联合(共用体)

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)。

比如:

//联合类型的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};

//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));

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:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int a = 1;
	char* p = (char*)&a;
	if (*p == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	system("pause");
	return 0;
}
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int CheckSys()
{
	int a = 1;
	return *(char *)&a;
}

int main()
{
	if (CheckSys() == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	system("pause");
	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的时候,就要对齐到最大对齐数的整数倍

例如:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};

union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};

int main()
{
	//下面输出的结果是什么?
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));
	system("pause");
	return 0;
}

联合和结构体的巧妙使用:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

union ip_addr
{
	unsigned long addr;
	struct
	{
		unsigned char c1;
		unsigned char c2;
		unsigned char c3;
		unsigned char c4;
	}ip;
};

int main()
{
	union ip_addr my_ip;
	my_ip.addr = 176238749;
	printf("%d.%d.%d.%d\n", my_ip.ip.c4, my_ip.ip.c3, my_ip.ip.c2, my_ip.ip.c1);
	system("pause");
	return 0;
}

 

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