【C】自定义类型详解

简介: 结构是一些值的集合,这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

结构体

结构是一些值的集合,这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。


结构体类型声明

结构体的关键字是struct。

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

变量列表是我们在声明结构体是创建的变量,该变量一般为全局变量,声明的时候可以创建也可以不创建,但是后面的分号不能省略。

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
};

特殊的声明

我们在声明结构的时候,可以不完全的声明。称为匿名结构体类型。

例如:

struct
{
   int a;
   char b;
   float c;
}x;

这里就省略了结构体标签,这样的结构体只能在声明时候创建变量,使用非常的局限,我们很少使用。


结构的自引用

结构体在自引用是只能引用指针,我们引用自己变量本身,引用自己会出现无限套娃的局面非常的尴尬。

错误的自引用:

struct Node
{
   int data;
   struct Node next;
};

正确的自引用:

struct Node
{
   int data;
   struct Node* next;
};

结构体的定义和初始化

我们在声明一个结构体后就可以创建该结构体变量了,并且在创建的时候还可以进行赋值,也就是初始化。例如:

struct Stu        //类型声明
{
   char name[15];//名字
   int age;      //年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化

结构体的内存对齐

这里主要就涉及到结构体大小的计算,那么对齐规则都有哪些呢?


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。


知道了规则以后我们就上手来计算一个结构体的大小:

#include <stdio.h>
struct s
{
  int num;
  char c;
  char ch;
};
int main()
{
  printf("%d",sizeof(struct s));
  return 0;
}

这个大小,首先num要对齐到0偏移量处,占4个字节的大小,然后char和最大对齐数最小的为1个字节,所以两个char就一人占一个字节大小,一共6个字节大小,但是结构的大小是最大对齐数的整数倍,最大对齐数是4,所以要浪费2字节的大小,最后就是8个字节。

运行结果:

8d3dc0170e3d4357abe988af8c241b00.png

可以看到我们计算的结果是没有问题的。


为什么存在内存对齐呢?

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。


总体来说:

结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。


修改默认的对齐参数

对齐参数我们程序员是可以自己修改的。例如:

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
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

我们可以根据实际情况,来设置合适的对齐参数。


结构体传参

我们结构体在传参的时候是传值还是传址呢?

答案当然是传地址了,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。


因此结构体传参的时候,要传结构体的地址。


位段

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 int、unsigned int 或signed int 。

位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。


列如:

struct A
{
   int _a:2;
   int _b:5;
   int _c:10;
   int _d:30;
};

每个冒号后面的数字代表的是该变量占的字节数。


位段的内存分配

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

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。

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。

举一个例子:

struct S
{
  char a : 3;
  char b : 4;
  char c : 5;
  char d : 4;
};
int main()
{
  struct S s = { 0 };
  s.a = 10;
  s.b = 12;
  s.c = 3;
  s.d = 4;
}

它的空间是如何开辟的呢?

28d9e8652321419a83d57624772780a3.png

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。


枚举

枚举就是把可能得结果一一列举。

例如:

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


枚举类型的定义

枚举的关键字是enum。

enum Color//颜色
{
   RED,
   GREEN,
   BLUE
};

以上定义的 enum Color是枚举类型。 {}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。

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?


增加代码的可读性和可维护性

和#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


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。

联合(共用体)

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)。


联合体类型的定义

联合的关键字是union。比如:

//联合的声明
union Un
{
   char c;
   int i;
};
//联合变量的定义
union Un 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)。


用联合来判断当前机器是大端存储还是小端存储

因为联合共用一块内存,所以我们就可以这样设计:

#include <stdio.h>
union un
{
  int a;
  char c;
};
int main()
{
  union un u;
  u.a = 1;
  if (u.c == 1)
  {
    printf("小端\n");
  }
  else
  {
    printf("大端\n");
  }
  return 0;
}

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。


我们需要注意联合也是需要内存对齐的。


今天的分享就到这里结束了,感谢大家的支持和关注。

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