自定义类型

🕗 发布于 2024-09-24 01:59 c语言 开发语言 笔记

前言：不知不觉又过了一个礼拜。时间过的还真是快呀。好了废话不多说，今天我们来学习C语言中的结构体，联合体，枚举。

我们都知道C语言中数据类型大致被分为基本类型，自定义类型，指针类型，空类型。以下面的一张图来进行理解。

在这里插入图片描述

今天我们就是专门来学习C语言中的自定义类型。

1 结构体

1.1结构体类型的声明

struct tag
{
member_list;
}variable_list;

1.2 结构体变量的创建和初始化

#include<stdio.h>
struct student
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[10];//性别
double weight;//体重
};
int main()
{
//按照结构体的顺序初始化
struct student s1 = { "zhangsan",18,"nan",50 };
printf("%s,%d,%s,%lf\n", s1.name, s1.age, s1.sex, s1.weight);
//指定顺序初始化
struct student s2 = { .age = 20,.weight = 55,.name = "lisi",.sex = "nan" };
printf("%s,%d,%s,%lf\n", s2.name, s2.age, s2.sex, s2.weight);
return 0;
}

1.3 结构体的特殊声明

struct 
{
member_list;
};

这是一种匿名结构体。需要注意的是：这种匿名结构体如果不进行类型重命名的话，基本上只能使用一次。

一起来看看下面这段代码是否合法呢？

#include<stdio.h>
struct
{
int age;
char name[20];
}s1;

struct
{
int age;
char name[20];
}*p;
int main()
{
//编译器把上面的两个声明当成是两个不同的类型，所以是非法的
p = &s1;//ok?
//s2没有进行声明
struct s2 = { 20,"lisi" };//ok?
return 0;
}

在这里插入图片描述

1.4 结构体的自引用

struct Node
{
int data;
//是否可行呢？
struct Node next;
};

答案自然是不行的。结构体中再包含一个同类型的结构体变量，这样结构体的大小是无穷大的。是不合理的。

正确的结构体自引用

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

使用了typedef对匿名结构体重命名之后，也容易引发问题。

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

这也是不可以的。Node是对匿名结构体重命名之后产生的。但是在匿名结构体内部提前使用Node类型创建成员变量是不可以的。

1.5 结构体内存对齐

想计算结构体的大小，就必须了解结构体内存对齐规则。

内存对齐的规则：

结构体第一个成员对齐到结构体变量起始位置偏移量为0的地址处。

2.其它成员变量对齐到某个数字（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变量大小的较小值。

VS中默认对齐数是8

Linux中gcc没有默认对齐数，对齐数就是该成员变量自身的大小

3.结构体总大小就是最大对齐数（结构体中每一个成员变量都有一个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。

4.嵌套结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中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（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

#include<stdio.h>
struct S1
{
//char占1个字节，Vs默认对齐数是8，较小值作为对齐数
// 从偏移量为0处的地址开始计算
char ch;//1    8    1
// 1
char c;//1     8    1
//4是对齐数，要对齐到4的倍数的地址处，因此浪费掉2个字节
// 4~7
int data;//4   8    4
};
struct S2
{
//0
char c;//1      8    1
//4~7
int data;//4    8    4
//8
char ch;//1     8    1
};
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(struct S1));//8
printf("%zd\n", sizeof(struct S2));//12
return 0;
}

嵌套结构体

#include<stdio.h>
struct S4
{
//0
char ch;//1   8    1
//8~15
double d;//8   8   8
};
struct S3
{
//0
char ch;//1    8     1
//1
char c;//1     8     1
//结构体S4中最大对齐数是8，Vs默认对齐数也是8,8是对齐数
//s4占16个字节，浪费掉6个字节，从偏移量为8的地址处开始计算
//8~23
struct S4 s4;//8   8    8
//24~27
int data;//4    8    4
};
int main()
{
//0~27一共28个字节，不是最大对齐数8的倍数，因此再浪费掉4个字节
//结构体S3的大小就是32个字节
printf("%zd\n", sizeof(struct S3));//32
printf("%zd\n", sizeof(struct S4));//16
return 0;
}

为什么存在内存对齐呢？

1.平台原因：

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。

性能原因：
数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐。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作一次内存访问。

总体来说，结构体内存对齐是用空间换取时间的做法。

1.6 修改默认对齐数

#include<stdio.h>
//修改默认对齐数为4
#pragma pack(4)
struct S
{
//0~3
int data;//4   4   4
//4~11
double a;//8   4   4
};
//还原默认对齐数
#pragma pack()
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(struct S));//12
return 0;
}

1.7 结构体传参

#include<stdio.h>
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;
}

哪一种传参方式更好呢？首选print2函数。

原因是：函数在传参的时候，参数需要进行压栈，在时间和空间上都会有系统开销。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，会导致性能的下降。

结论：结构体传参的时候传结构体的地址。

2 位段

说完结构体我们就该说说什么是位段了。位段与结构体是非常类似的，有两个不同。

2.1 位段

1.位段的成员必须是int,unsigned int,signed int,char等类型。在C99中位段成员的类型还可以是其它类型的。

2.位段成员后面有一个冒号和一个数字。

#include<stdio.h>
struct S
{
//数字代表该数据占bit位的个数
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(struct S));
}

这个位段的大小是多少呢？在研究这个问题之前，我们先来了解一下位段的内存分配。

2.2 位段的内存分配

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等类型。

2.位段的空间上是按照4个字节（int）或者1个字节（char）进行开辟的。

3.位段涉及很多不确定的因素，位段是不跨平台的。注重可移植的程序应该避免使用位段。

用一幅图来解释一下上面的代码。

在这里插入图片描述

Vs中当剩余位不够下一个位段成员使用时，空间会被浪费掉。

2.3 位段的跨平台问题

int 位段被当成是有符号数还是无符号数是不确定的。
位段中最大位的数目是不确定的（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）。
位段中的成员从左向右分配还是从右向左分配是未定义的。
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：位段也可以达到节省空间的效果，但是有跨平台的问题存在。

2.4 位段的使用注意事项

位段的几个成员共用同一个字节，这样有些位段成员的起始地址就不是某个字节的起始地址。那么这些位置处是没有地址的。内存中给每一个字节分配了地址，一个字节内部的bit位是没有地址的。所以不能对位段的成员使用&操作符，这样就不能使用scanf直接对位段的成员输入值，只能是先输入放在变量中，然后赋值给位段成员。

3 联合体

联合体这个名字呢小编认为并不够直观，联合体又称共用体。与结构体类似，可以存放一个或者多个成员，这些成员可以是不同的类型。

但是编译器只为最大的成员分配足够的内存空间，联合体的特点是所有成员共用同一块内存空间。

给联合体一个成员赋值，其他成员的值也会跟着变化。

#include<stdio.h>
//联合体的声明
union Un
{
char c;
int  i;
};
int main()
{
//联合体变量的定义
union Un u = { 0 };
printf("%p\n", &u);
printf("%p\n", &(u.c));
printf("%p\n", &(u.i));
return 0;
}

看看这段代码，输出的结果是否一致呢？答案当然是肯定的了。

在这里插入图片描述

可以看到，联合体是共用同一块内存空间的，因此地址也是一样的。

我们都知道不同的数据类型大小也是不相同的。结构体也有自己的大小。那么联合体的大小如何计算呢？

3.1 联合体的特点

1.联合体的大小至少是最大成员的大小。

2.联合体的大小是最大对齐数的整数倍。

#include <stdio.h>
union Un1
{
//char类型的数组，每一个元素的大小是1个字节，数组大小是5个字节
//Vs中默认对齐数是8，数组每一个元素大小是1个字节，较小值作为对齐数
char c[5];//5    1   8   1
//int占4个字节，4<8,4作为对齐数
int i;//4        4   8   4
};
union Un2
{
//short占2个字节，2<8,2作为对齐数
short c[7];//14   2   8   2
//int占4个字节，4<8,4作为对齐数
int i;//4         4   8   4
};
int main()
{
//下⾯输出的结果是什么？
//5不是4的倍数，因此浪费3个字节，联合体Un1的大小是8个字节
printf("%zd\n", sizeof(union Un1));//8
//14不是4的倍数，因此浪费2个字节，联合体Un2的大小是16个字节
printf("%zd\n", sizeof(union Un2));//16
return 0;
}

注：联合体也是可以节省空间的。

小练习：使用联合体判断当前机器的大小端。

#include<stdio.h>
int check_sys()
{
union Un
{
char c;
int i;
}un;
un.i = 1;
//返回1是小端，返回0是大端
return un.i;
}
int main()
{
int ret = check_sys();
if (1 == ret)
{
printf("小端\n");
}
else
{
printf("大端\n");
}
return 0;
}

4 枚举

枚举顾名思义就是一一列举，把可能的取值列举出来。比如一个礼拜有7天，性别等都可以使用枚举的方式列举。

4.1 枚举的特点

//枚举类型
enum Day
{
//枚举常量
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};

枚举常量是有取值的，默认从0开始，然后依次递增1。在进行枚举类型声明的同时也可以对枚举常量赋初值，然后依次递增1。

4.2 枚举的优点

1.增加了代码的可读性和可维护性。

2.相比较于#define定义的标识符枚举有类型的检查，更加严谨。

3.枚举可以一次性定义多个常量。

4.枚举常量遵循作用域规则，在函数内声明，只能在函数内使用。

5.便于调试，在预处理阶段会删除#define定义的符号。

总结：今天的分享到此结束，感谢各位五湖四海的朋友为小编点点赞吧。

原文地址：https://blog.csdn.net/2402_84532723/article/details/142420979

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1 结构体

1.1结构体类型的声明

1.2 结构体变量的创建和初始化

1.3 结构体的特殊声明

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2.3 位段的跨平台问题

2.4 位段的使用注意事项

3 联合体

3.1 联合体的特点

4 枚举

4.1 枚举的特点

4.2 枚举的优点

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