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前言

本篇介绍自定义类型：结构体，枚举，联合体。

对于结构体：重点掌握结构体，联合体的内存对齐，和结构体的位段

自定义类型

int ，int * ，float，double等， 这些都是C语言中内嵌的标准类型--直接用的。但是对于C语言没有内嵌的类型，需要我们通过某些关键字主动的定义,因此出现了 结构体，枚举，联合体。

结构体

什么是结构体

我们知道一种类型只能对应一种数据，依int为例，其对应整形。那么对于像人这种数据集合的，有没有对应的数据类型呢？---结构体

C语言规定了结构体，通过关键字 struct 的自定义类型。

结构体的声明

• 我们称结构体中的类型为成员
• struct 只是声明了一种数据类型，对于数据我们仍是存放在结构体变量中。同时struct只是一个关键字,不是真的的结构体。
• 无论何时定义结构体变量或者指针 struct +tag都要有
• 定义时结尾的；不能丢。

struct tag
{
member-list;
}variable-list;
//tag--结构体类型标签
//member-list 结构体中的成员
// variable-list 结构体变量名

正常声明

//形式一
//声明结构体类型struct Stu，含有char，int类型的成员
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！！！！！！！！！！！！！
  
 //形式二
 //声明结构体变量S.
 struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}S；//分号不能丢 
     
  //形式三
      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 
 int main()
      {
         struct Stu S;//声明一个结构体变量。
         struct Stu S[3];//声明一个结构体数组，数组中每个元素都是结构体类型
      }

特殊声明

在声明结构时，可以不完全声明

//无tag的匿名结构体，可以这样定义，非常不好，不建议怎么用
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}a[20], *p;

弊端：

•  p=&x;

  *在编译器看来，上面无tag的2种声明是2种类型。因此p=&x;是非法的。*

• 另外非常不利于再次定义结构体变量，可以看成是一次性用品

结构体的自引用

//错误案例
struct Node
{
int data;
struct Node next;
}
//正确案例
struct Node
{
int data;
struct Node *next;
}

• 这种在声明过程中加入一个本类型的成员，编译器会认为其是非法的，但是如果加入本类型的指针是没有问题的。
• 博主在这里认为是因为：因为程序是一行一行读的，Node还在定义中（成员信息不全），自引用是非法的。但是对于结构体指针，只是一个指向结构体的指针，编译器不会报错的。

结构体变量的成员初始化

结构体通过 {}和 ，来依次对结构体成员赋值。

非嵌套结构体成员的初始化

//方式一：全局结构体变量的初始化
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
struct Point p3 = { 1, 2 };//初始化



//局部变量的初始化
struct Stu //类型声明
{
    char name[15];//名字
    //注意字符数组初始化时要用“”
    int age; //年龄
};
int main()
{

    struct  Stu  S = { "zhangsan", 20 };//定义变量并初始化。
    return 0;
}

嵌套结构体成员的初始化

struct Point
{
    int x;
    int y;
};
struct Node
{
    int data;
    struct Point p;
    //注意这里可以加结构体变量的原因是：前面已经完整声明结构体类型
    struct Node* next;
};

struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };
//通过{} 来 初始化嵌套的结构体

结构体数组的定义与初始化

• 数组可以存放很多种数据类型，自定义的结构体也是一种数据类型，因此有了结构体数组，数组中的每个元素都是结构体。
• 数组所有知识，结构体数组全部适用

struct Stu //类型声明
{
   char name[15];//名字
   //注意字符数组初始化格式;""
   int age; //年龄
};
int main()
{
   struct Stu S[3] = { {"李四",23},{"张三",24},{"王二",25} };//定义结构体数组S，并初始化
   return 0;
}

结构体成员访问

• 对于结构体变量，访问成员使用C语言关键字：“.”.

• 对于结构体指针，访问指向结构体的成员时有2种形式---更推荐第一种，方便，已理解。
  

注意

• 结构体访问中：对于数组的访问得到的是数组首元素地址，但是对于数组中其它元素位置的访问，可以通过像下面的方式进行访问

• 对于指针成员的访问：得到的指针的值。

结构体内存对齐！！！！！

内存对齐的规则

• C语言内嵌的标准类型，在内存中存储时都有其字节大小，如整形-4字节，double-8字节，但是对于结构体这种自定义类型，其占据内存大小不是简单的内部成员大小相加的和
• 对于数组成员，对齐数看的是一个元素的字节大小，不是整体
• 对于结构体，C语言有规定：结构体的大小是内存对齐后的内存大小。

结构体内存对齐的规则：

用例

一

struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    return 0;
}

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9DPweTKN-1635521268675)(自定义类型.assets/image-20211029204836061-163551171727410.png)]

二

struct S2
{
    char c1;
    char c2;
    int i;
};
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0;
}

三

struct S3
{
    int i;
    char c;
    double d;
};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct S3));
    return 0;
}

四

struct S3
{
    int i;
    char c;
    double d;
};
struct S4
{
    char c1;
    struct S3 s3;
    double d;
};

int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct S4));
    return 0;
}

为什么存在内存对齐

• 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.
• 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**

  

• 总体来说：

  内存对齐是拿空间换时间。----注意现在的内存非常大，这些浪费的可以不考虑。

怎么尽量避免因内存对齐，导致的空间浪费

• 在设计结构体成员时：

  让占用空间小的成员尽量集中在一起 。

struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};

• S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别

修改编译器的默认对齐数

• 如果觉得默认对齐数不合适时，可以更改默认对数

#pragma 这个预处理指令,可以改变我们的默认对齐数

#pragma pack(4)//设置默认对齐数为4
struct S3
{

   int i;
   double d;

};
#pragma pack()//取消设置的对齐数，还原为默认对齐数8

struct S4
{
   int i;
   double d;
};

int main()
{
   printf("%d\n", sizeof(struct S3));
   printf("%d\n", sizeof(struct S4));


   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

位段

什么是位段

• 不会解释，上代码。哈哈~ ~ ~

struct A
{
int a:2;
int b:5;
int c:10;
int d:30;
};//声明A是一个位段类型

• a本来是4字节存入内存，经过位段后，a存入内存是2bite-----注意是bite，不是字节哦！。
• 因此，位段的本质就是数据存储的大小进行截断改变。

  这可以看出，位段可能会导致数据的流失，

• 位段的声明和结构是类似的，有两个不同

  • 位段的成员必须是 整形家族（char。int）；
  • 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字

位段的内存分配

• 位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟存入数据的。
• 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

• int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
• 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。
• 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。
  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

• 我们知道在网络上传输数据时，如果传输结构类型的数据，因为空间的浪费，会非常大，影响传输速度，但是如果使用位段就可以极大提高传输速度.

枚举

什么是枚举

• 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。
• 枚举{}里面的，称谓枚举整形常量---常量，一旦定义了就不可修改了，枚举常量具有全局性。
• 注意最后一个枚举常量，后面没有“，”；
• 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 ,不过也仍保留依次递增的特点

  

枚举的优点

• 枚举常量具有全局性且不可修改，因此可以代替#define声明的宏，原因：

  • 增加代码的可读性和可维护性
  • #define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。

    

  • 防止了命名污染（封装）
  • 便于调试

    

  • 使用方便，一次可以定义多个常 量
• 鉴于怎么多优点，多多使用哈哈~~

联合体

联合类型的定义

• 联合体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）

//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;

• 联合体变量的定义位置和结构体一样，全局或者局部都行，尽量别无名定义

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);

  

• 由此可见不能随便使用联合体

联合体大小

• 联合的大小至少是最大成员的大小。
• 看对齐数，数组仍是数组元素，但是对于成员大小看的的数组整体大小。

• 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;
  };
  //5不是最大
  union Un2
  {
  short c[7];
  int i;
  };
  int main(){
  printf("%d\n", sizeof(union Un1));
  printf("%d\n", sizeof(union Un2));
  }

  

小结

• 结构体的内存对齐是常考点，必须要掌握。
• 如果我们定义全局变量时，可以多多使用枚举，优点多多。