C语言—自定义类型

Posted 2023-03-14

一、结构体

1、结构体的声明

结构基础知识

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。​

结构体的声明

struct tag
  member-list；  //成员列表
variable-list；  //变量列表

实例：

b1,b2,b3,b4,b5,b6,都是结构体变量

特殊的声明

1、匿名结构体类型

声明结构的时候，不完全声明

上面两个结构体在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）

那么问题来了？

//在上面代码的基础上，下面代码合法吗？
ps = &s;

警告：编译器会把上面的两个声明当做完全不同的两个类型，所以是非法的。

2、结构体的自引用

在结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员，是否可以呢？

如果可行，那么sizeof(struct N)是多少？

答案：这样是不可行的，字节会无限大

正确的自引用方式：

不是包含同类型的结构体变量，而是包含同类型的结构体指针

提出下一个问题：

答案：不可以！Node 和 Node* 之间存在定义顺序的问题

3、结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那如何定义变量？ 很简单！

有两种方式：

1、在声明结构体类型的时候定义变量

2、在创建好结构体后，再定义变量

怎么初始化呢？

定义变量的时候同时赋初值（和数组一样，使用包含内容）

同时，结构体发生嵌套时，需要进行嵌套初始化

4、结构体变量的访问

两种方式：

1、（.）操作符，通过结构体变量访问成员

2、（->）操作符，通过结构体指针访问成员

实例：

5、结构体内存对齐

现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小

这也是一个特别热门的考点：结构体内存对齐

在此之前，我们先做一个练习：

//练习1
struct S1
  char c1;
  int i;
  char c2;
;

int main() 
  printf("%d",sizeof(struct S1));
  

  return 0;

按我们的理解，应该是字节数为6才对，但这里是12，这说明结构体的字节计算不简单！

考点 如何计算？首先需要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的地址出。

2、其他成员变量需要对其到某个数字（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中默认值为8

linux中没有默认对齐数的概念

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（含嵌套结构体的的对齐数）的整数倍

为什么存在内存对齐？

大部分的参考资料都是如此说的：

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的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处去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，处理齐需要做两次内存的访问；而对齐的内存访问仅需要一次

总得来说：

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

修改默认对齐数

之前我们又提及 #pragma 这个预处理指令，这里我们用来，改变我们的默认对齐数

格式：

#pragma pack(2) //设置默认对齐数为2
struct S
.......
;

#pragma pack() //取消设置默认对齐数，还原为默认

原本的默认最大对齐数为8，上述结构体的字节数为12，此时更改为2后，结构体的字节数为8。

结论：结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数

6、结构体传参

同样，结构体传参也有两种方式：

1、传结构体

2、传地址

对于结构体，通常情况下，我们选择传地址的方式！

原因：

1、函数传参时，参数是需要压栈的，会有时间和空间上的系统开销。

2、如果传递一个结构体对象时，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。

7、位段

结构体讲完，就得讲讲结构体实现位段的能力（位段依附于结构体）

什么是位段？

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 ，signed int 或者char类型

2、位段的成员名后面有一个冒号和一个数字

比如：

A就是一个位段类型

那位段A的大小是多少？

printf（"%d\\n",sizeof(struct A)）;

显示8个字节？冒号后面的数字代表什么含义呢？

此外，数字的最大值为32bit（int）或8bit（char），不能超过4个字节或1个字节

数字的含义清楚了，但好像也不对，看来还需要更深入的探究！！！

位段的内存分配

1、位段的成员可以是 int，unsigned int，signed int 或者char(属于整型家族)类型

2、位段的空间上时按照需要以4个字节（int）或一个字节（char）的方式来开辟的

3、位段设计很多不确定的因素。位段时不跨平台的，注意可移植程序需要避免使用位段

位段存在的意义

根据自己实际的需求，分配内存块的大小，一定程度上帮助节省空间

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，如果写成27，在16位机器中会出问题）

3、位段中的成员在内存上时从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义

注：在vs下，是从左向右分配

4、当一个结构体包含两个位段，第二个位段的成员比较大，无法容纳第一个位段剩余位时，是舍弃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，但是可以很好的节省空间，但有跨平台的问题存在。

位段的应用

二、枚举

枚举顾名思义就是一一列举

把可能的取值一一列举

比如我们现实生活中：

1、一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举

2、性别有：男，女，保密，也可以一一列举

3、月份有十二个月，也可以一一列举

这里就可以使用枚举了

1、枚举类型的定义：

enum Day    //星期
    mon,
    tues,
    wed,
    thur,
    fri,
    sat,
    sum
:

以上定义的enum Day就是一个枚举类型，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，如：

2、与结构体的区别：

3、枚举的优点

为什么使用枚举？

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,
    GRREEN = 2,
    BLUE = 4;


enum Color clr = GRREEN;

只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型差异，不可写为

clr = 5;

三、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（所以联合体也称为共用体）

联合体的声明

union Un
  char c;
  int i;

联合体变量的定义：

union Un u;

union Un u;计算联合变量的大小

printf(“%d",sizeof（u）)；

2、联合体的特点

联合的成员公用一块内存空间，这样一个联合体变量的大小，至少是最大成员的大小（至少需要有能力保存最大的那个成员）

面试题

判断当前计算机的大小端

3、联合大小的计算

1、联合的大小至少是，但不一定是最大成员的大小，

2、当前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

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