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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。