自定义类型：结构体，枚举，联合

Posted 2021-12-07 任我驰骋°

自定义类型

• 一、结构体
• • 结构体的声明：
  • 结构的自引用：
  • 结构体变量的定义和初始化
  • 结构体内存对齐
  • 修改默认对齐数
  • 结构体传参
• 二、位段
• 三、枚举
• 四、联合（共用体）

一、结构体

结构体的声明：

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
}；//分号不能丢

特殊的声明：

//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;

结构的自引用：

//代码一
struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
};
//可行否？

以上是不可以的。

正确的自引用方式：

//代码二
struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
};

注意:

//代码3
typedef struct
{
 int data;
  Node* next;
 }Node;
//这样写代码，可行否？

//解决方案：
typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next; 
}Node;

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，其实很简单。

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 = {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

我们已经掌握了结构体的基本使用了。

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

考点 如何计算？ 首先得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。

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。

总的来说：
  结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

修改默认对齐数

  之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。

#include <stdio.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));
    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？
答案是：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

什么是位段？

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。

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。

struct S {
 char a:3;
 char b:4;
 char c:5;
 char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10; s.b = 12; s.c = 3; s.d = 4;
//空间是如何开辟的？

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，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

位段的应用：

三、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：
一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举。
性别有：男、女、保密，也可以一一列举。
月份有12个月，也可以一一列举

这里就可以使用枚举了

枚举类型的定义：

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：
我们可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？ 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;               //ok??

四、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）。

union Un
{
 int i;
 char c;
};
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗？
printf("%d\\n", &(un.i));
printf("%d\\n", &(un.c));
//下面输出的结果是什么？
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\\n", un.i);

从结果来看，c的数值跟在i后面。

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];
 int i;
};
union Un2
{
 short c[7];
 int i;
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\\n", sizeof(union Un2));

输出结果为8 16.因为联合的总大小为最大对齐数类型的整数倍，所以要填充字节。