自定义类型的学习总结

Posted 2021-01-24 sunjiyuan

在C语言中，自定义类型是一种应用非常广泛的，典型的以结构体为例，比如你要描述一个学生，这个学生具有：姓名+年龄+性别+学号 这么几项特征，而通常我们有可能要把学生来包装成一个类型，这样就可以重复性的用这个类型来定义出不同的每个学生。而结构体的出现就可以使得C语言具有了这样能描述复杂类型的能力。

一般的自定义类型我们主要学习这么几种：结构体，枚举，联合体

知识点： 
>结构体类型创建 
>结构体初始化 
>结构体内存对齐 
>位段，位段计算机大小。 
>枚举+联合。 

首先是看看结构体，关于结构体，其实我们可以联想到数组，因为结构体于数组是有一定程度的相似之处的，都是属于聚合性结构，可以用来存放多个元素，不同点在于数组只能存放不同类型的元素，而结构体则可以存放相同或不同类型的元素。

结构体类型创建

首先要声明一个结构体类型，我们需要用到关键字struct ，这里给出声明一个结构体的一般格式：

1 struct tag
2 {
3      member-list;
4 }variable-list;

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在这里要说明的是，这个tag被称为结构体的类型，也就是我们自己定义的这个结构体的名字，这个是可以省略的，当它被省略时，我们定义的结构体就被叫做匿名结构体。

而variable-list,也就是结构体的变量，这是代表我们实际上定义的结构体类型的这样的变量，可以在这里直接同时声明出多个同类型的变量。当然，也允许省略，省略的代价无非是我们只是在抽象出了一个结构体类型而已，等到在程序中要实际定义出这个结构体变量时，直接用这个类型来定义就可以。结构体的变量，可以被定义成一个指针，那么这个指针，也就是结构体类型的指针了。

但是，这里要强调的是，这个member-list，也就是结构体的内部成员，就是比如当我们定义一个学生时，用来描述这个学生的，姓名，学号，性别等这些属性信息。那他可以省略吗。那么我们要说的是，当我们省略结构体成员时，这就是一个空结构体了。注意：在C语言中，空结构体的情况是不被允许的，你必须至少包含一个成员。(PS:在C++里，其实结构体就是类这么一个概念，而类是允许有空类存在的)

这里的三点：结构体的类型，结构体变量以及结构体的内部成员，我们统称为结构体的三要素。这三要素，是组成一个结构体类型的重要组成部分。

结构体初始化

结构体的初始化规则，与数组是一样的，当我们需要对结构体变量初始化，也就是定义它的同时直接赋给它初值，是可以进行整体赋值的，将一组要赋的初值用{ }包起来，整体赋值就行了。比如：

1 struct Point 
2 {
3     int x;
4     int y;
5 }p1;   //声明类型的同时定义变量p1
6 struct Point p2; //定义结构体变量p2
7 
8 struct Point p3={x,y};  //初始化：就是定义变量的同时赋初值

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再比如定义一个学生：

1 struct student
2 {
3     char name[10];
4     int age;
5 };
6 struct student s={"zhangsan",20};//直接将学生初始化成某个具体的学生

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结构体体的内存对齐

谈到结构体的内存对齐，结构体的内存对齐是作为计算结构体大小的时候，需要用到的一个重要概念，总体来说，属于一种依靠浪费空间来换性能的方法。这里我先给出一个例子，来简单说明。我们都知道，cpu访问内存时，我们以为它是可以在内存任意位置读取的，但实际上，某些平台可能只能在特定位置访问。比如，cpu读取内存数据，假设起始地址必须从偏移量为4的整数部分读取。那么，现在定义这么一个结构体,我们分别画图分析内存对齐和不进行对齐时，它是如何访问内存的。

1 struct {
2     char x;
3     int y;
4 };

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可以看见，当我们在内存中读取结构体当中的成员时，由于char 型的A占一个字节，而int型的B占四个字节，

那么假设他们都从偏移量为4的这个位置开始，只访问4的整数倍数。可以看出，不内存对齐时，访问A只要一步，读够一个字节就好，访问B时，接着A的位置继续，就要先读完A剩下的三个字节，再从8的位置起，再读一个字节，补够B所需四个字节。这样读取B就需要两次。而当我们进行内存对齐，也就是假设我A后面三个字节不要了，我直接从8起，把B放在这四个字节里。这时我读取A，只需要一步，再从8开始读取B,也只需一步就能读够所要的四个字节。速度上我就可以提高，这在某些需要性能的程序上是很重要的。

所以总的来说，内存对齐，就是一种用空间换时间的做法。至于深入的探究，这里暂时先不讨论。

位段，位段计算机大小

位段是一种与结构体很类似的自定义类型，在声明上，主要有两个特点：

1. 位段成员必须是int ，unsigned int或signed int也或者char (即整型家族)；
2. 位段成员名后面有一个冒号和一个数字(ps:数字就是用于表示该成员占据的字节数)。

1 struct A
2 {
3     int _a:2;
4     int _b:5;
5     int _c:10;
6     int _d:10;
7 };

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 那么我们计算位段一个位段类型变量时，其实就是将这些数字加在一块就可以了，而位段其实就是通过比特位压缩存储的方式来存储的。

当我们存储一个变量时，计算机会先看这个变量前面的一个变量是否将为之开辟的空间用完，如果发现前一个变量实际上没有用完空间。再存储这个变量，是接着前一个变量继续存储的，而不是继续开辟新的空间。可以看出，位段是这样子，与前面结构体内存对齐的概念相反，没有对内存的浪费，而是存储的非常紧促,是以牺牲性能的方法换取内存上的节省。

位段有一个很重要的限制在于，它是不支持跨平台的，所以如果是在考虑跨平台移植的程序里，就无法使用位段了。

枚举+联合

 最后简单说说枚举和联合这两个概念，所谓枚举，可以理解为一一列举。

枚举在自定义类型里，有一个很与众不同的特性，就是它的内部所有成员，都不是变量，而是常量，并且成员之间是以逗号间隔的。也就是说，所谓枚举，只是简单的将其包含的成员一一列举出来，而不作任何改变。举个例子：一个星期从周一周日，这是可以列举出来，而无法进行改变的；再比如颜色有好多种可一一列举，一年十二个月等等，这些都是可以的。枚举是以关键字enum定义的。

 1 enum Day
 2 {
 3     Mon,
 4     Tues,
 5     Wed,
 6     Thur,
 7     Fri,
 8     Sat,
 9     Sun
10 };

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使用枚举是可以用来定义变量的，既然是定义变量，那可以与另一个定义变量的工具--宏进行对比，我们可以发现，枚举，可以一次性定义多个常量，而宏只能一个一个定义了。从效率上就可以分出胜负了，并且枚举作为一种类型。是有着严格的类型检查的，所以相对来说，会更加严谨一点。

最后再看看联合体，联合体我们也叫作共用体，是以关键字union来声明的。一个很重要的特征是，联合体当中所有的成员是公用的同一块空间，可以理解为其他自定义类型中，成员是一个跟在一个后面的排布，而联合体中成员是横排排列的。这样，所有的成员就都是第一个元素，联合体的地址，是所有成员的地址。每个成员的首地址，都是相同的。而整个联合体的大小，则只需要计算所有成员里面占据空间最大的那个就可以了。

1 union Un
2 {
3     int i;
4     char c;         
5 
6 };

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