一:位段
1.位段的含义与注意事项
什么是位段 位段的声明和结构体是类似的，有两个不同： 1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int或char（属于整形家族） 2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。 3.位段:设置成员大小的单位是bit,而非byte, 1byte == 8bit 例如: struct A { char _a:2; char _b:5; char _c:1; char _d:3; };
2.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。
对于上述结构体A,我们可以计算一下它的大小
struct A { char _a:2; char _b:5; char _c:1; char _d:3; }; int main() { printf("%d\n",sizeof(struct A));//2 }
> 1.因为该结构体的成员都是char类型,所以位段的空间是按照1个字节(char)的方式来开辟的 > 2.我们使用sizeof操作符后发现A的大小是2个byte > 3.具体开辟方式:A先申请一个字节的空间,即8个bit位,这8个bit位存放了_a,_b,_c这三个成员 > A又申请了一个字节的空间即8个bit位,这8个bit位存放了_d这一个成员 > 因此得出2个字节
下面我们再来看一下int类型的位段大小
struct B { int _a : 2; int _b : 5; int _c : 10; int _d : 30; };
B 1.一开始申请一个int类型的空间4个字节,即32个bit位,容纳了_a,_b,_c这三个成员 2.然后又申请了一个int类型的空间4个字节,即32个bit位,容纳了_d这个成员 3.在这里我们发现,第一次申请的空间中还有32-17==15个字节, 而这15个字节是无法容纳身为30个字节的_d的, 那么这15个字节到底是浪费了呢还是归到了_d中呢? 4.答案是: 当一个结构体包含两个位段，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 也就是C语言官方的标准并未规定是舍弃还是利用,因此不同编译器的处理方式也不同 不过我们可以自己在我们的编译器上测试一下,下面我们给大家测试一下VS2022编译器对于舍弃/利用的处理方式
3.VS2022对于位段的处理方式
struct C { char a : 3; char b : 4; char c : 5; char d : 4; }; 1.如果利用旧空间: 则只需开辟2个字节 第一个字节: a b 还剩一个bit c往剩下的一个bit位中存放了一个bit位的数据,c还剩4个bit位的数据没有存放 第二个字节:c d 共8个bit,正好存放完全 2.如果舍弃旧空间: 则需要开辟3个字节 第一个字节: a b 还剩一个bit舍弃 第二个字节:c 还剩3个bit舍弃 第三个字节:d int main() { int ret = sizeof(struct C); if (ret == 2) { printf("VS下利用旧空间\n"); } else { printf("sizeof(struct B)为%d个字节\n", ret);//3 printf("VS下开辟新空间\n"); } return 0; //也就是说在VS编译器下: //位段不够了的话直接开辟新空间,不会在原空间上继续用 }
从中可以看出,VS编译器下是舍弃旧空间的
4.VS2022对于位段的具体数据存储方式
我的电脑采用的是小端存储方式,关于大小端存储的问题,大家可以看我的另一篇博客:C语言数据存储深度剖析
struct C { char a : 3; char b : 4; char c : 5; char d : 4; }; 结构体C的大小为3个字节 int main() { struct C c = { 0 }; c.a = 10; c.b = 12; c.c = 3; c.d = 4; //我们先认为是这样存放的,最后进行调试验证 //C:3字节 //0000 0000 0000 0000 0000 0000 //第一个字节:b a 0110 0010 //第二个字节:c 0000 0011 //第三个字节:d 0000 0100 //a 10: 1010 只拿低字节010 //b 12: 1100 拿 1100 //c 3: 0011 凑齐5个bit:00011 //d 4: 0100 拿 0100 //第一个字节:b a 0110 0010 6 2 //第二个字节:c 0000 0011 0 3 //第三个字节:d 0000 0100 0 4 // 6 2 0 3 0 4 //通过调试->内存验证正确 //也就是说在VS编译器下: //位段是从低位向高位逐步使用的,而且不够了的话直接开辟新空间,不会在原空间上继续用 return 0; }
下面我们画图给大家分析一下
下面我们调试给大家证明一下
5.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
二:联合体
1.联合体类型的定义
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，特征是这些成员共用同一块空间（所以联合也叫共用体）。 定义方式示例如下 union Un1 { char c; int i; };
2.联合体类型的特点
union Un1 { char c; int i; }; int main() { printf("%d\n", sizeof(union Un1)); union Un1 un = { 0 }; printf("%p\n", &un); printf("%p\n", &(un.i)); printf("%p\n", &(un.c)); //0000008E50CFFC74 //0000008E50CFFC74 //0000008E50CFFC74 //所以:我们可以知道,联合体中成员会共用一块空间 //i和c共同占用同一块空间,改i就改c,改c就改i return 0; }
3.联合体类型的应用-判断大小段存储方式
int check_sys1() { int a = 1; return *(char*)&a; } int check_sys2() { union Un { int i; char c; }un; un.i = 1; return un.c; } int main() { int ret = check_sys1(); if (ret == 1) { printf("小端存储\n"); } else { printf("大端存储\n"); } ret = check_sys2(); if (ret == 1) { printf("小端存储\n"); } else { printf("大端存储\n"); } } 第一种方式在我的另一篇博客:C语言数据存储深度剖析中介绍过 第二种方式是利用了联合体的特点 两种方式本质相同
下面给大家画图分析一下
4.联合体类型的大小计算
1.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）。 2.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。
例如:
方法:
1.先找到最大成员并计算出最大成员的大小
2.计算出最大对齐数
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
Linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小
3.调整第一步计算出的大小,使调整后的大小为该对齐数的整数倍
union Un2 { char c[5];//大小:5 对齐数:1 int i;//大小:4 对齐数:4 }; union Un3 { short c[7];//大小:14 对齐数:2 int i;//大小:4 对齐数:4 }; 注意数组的对齐数看数组中元素的数据类型的大小 int main() { printf("%d\n", sizeof(union Un2));//8 printf("%d\n", sizeof(union Un3));//16 return 0; }
三: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：
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。
1.枚举类型的定义
同宏定义常量相似,枚举常量一般也用大写字母去表示
enum Sex//性别 { MALE, FEMALE, SECRET }； enum Color//颜色 { RED, GREEN, BLUE };
以上定义的 enum Sex ， enum Color 都是枚举类型。
{}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，依次递增1，当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值。
请注意: 枚举常量的类型是枚举常量 枚举类型就是枚举类型 整型就是整型 二者相互独立 不可混为一谈 enum Color { RED,//0 //枚举类型的可能取值,是枚举常量 GREEN,//1 BLUE//2 } 不过枚举常量的大小为4个字节 int main() { enum Color c = BLUE; printf("%d\n", sizeof(c));//4 }
2.枚举的优点
为什么使用枚举？
我们可以使用 #define 来定义常量，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定义的标识符相比,枚举有类型检查，更加严谨。 3. 便于调试 4. 使用方便，一次可以定义多个常量
实例:
void menu() { printf("*****************************************\n"); printf("***** 1.add 2.sub ********\n"); printf("***** 3.mul 4.div ********\n"); printf("***** 0.exit ********\n"); printf("*****************************************\n"); } enum Option { EXIT, ADD, SUB, MUL, DIV }; int main() { int input = 0; do { printf("请输入您的选择:"); menu(); scanf("%d", &input); switch (input) { case ADD: break; case SUB: break; case MUL: break; case DIV: break; case EXIT: break; default: printf("输入错误,请重新输入:"); break; } } while (input); } //所以:通过枚举的使用,可以让代码可读性增加
以上就是C语言自定义类型详解(枚举,联合体)+位段的全部内容,希望能对大家有所帮助,谢谢!
