C语言进阶⑮(自定义类型)(结构体+枚举+联合体)(结构体实现位段)(上):https://developer.aliyun.com/article/1513091
1.8 结构体传参
直接看代码:
#include <stdio.h> 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。
所以:结构体传参的时候,尽量传结构体的地址。
2. 位段(bit field)
结构体讲完就得讲讲结构体实现 位段 的能力。
2.1 什么是位段
定义:位段,C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度,
这种以位为单位的成员称为“位段”或称“位域”( bit field) 。利用位段能够用较少的位数存储数据。
位段的声明和结构体是类似的,有两个不同:
① 位段的成员只能是: int、unsigned int、signed int
② 位段的成员名后面有一个冒号和一个数字:member_name : number
比如:
struct A { int _a:2; int _b:5; int _c:10; int _d:30; } // A就是一个位段类型
那么问题来了,位段A的大小是多少?
#include <stdio.h> struct A { int _a:2; // _a 成员占2个比特位 int _b:5; // _b 成员占5个比特位 int _c:10; // _c 成员占10个比特位 int _d:30; // _d 成员占30个比特位 }; int main() { printf("%d\n", sizeof(struct A));//8 return 0; }
运行结果居然是8,四个成员占47个比特位,而8个字节是64个比特位,为什么会这样呢?
看看下面的位段的内存分配:
2.2 位段的内存分配
位段的意义:位段在一定程度上帮助我们节省空间。
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。
空间是如何开辟的?
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; }
2.3 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。
总结:
跟结构相比,位段可以达到同样的效果,而且可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。
2.4 位段的应用
在网络底层的引用:(IP分装包的一种格式)
3.枚举(enumerate)
在数学和计算机科学理论中,一个集的枚举是列出某些有穷序列集的所有成员的程序,或者是一种特定类型对象的计数。这两种类型经常(但不总是)重叠。
是一个被命名的整型常数的集合,枚举在日常生活中很常见,例如表示星期的SUNDAY、MONDAY、TUESDAY、WEDNESDAY、THURSDAY、FRIDAY、SATURDAY就是一个枚举。 [ 百度百科 ]
枚举,顾名思义就是壹壹列举,把可能的取值壹壹列举。
一年有12个月,可以把每个月都壹壹列举。
3.1 枚举类型的定义
enum Day //星期 { // 枚举常量 Mon, Tues, Wed, Thur, Fri, Sat, Sun }; enum Color //颜色 { // 枚举常量 RED, GREEN, BLUE };
以上定义的 enum Day , 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 。
枚举的内容一般和#define 定义的常量一样,用大写
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:
#include <stdio.h> enum Color //颜色 { RED = 1, GREEN = 2, BLUE = 4 }; int main() { enum Color c = GREEN; printf("%d\n", c);//2 c = 5; printf("%d\n", c);//5 c = BLUE; printf("%d\n", c);//4 return 0; }
3.2 枚举的优点
为什么使用枚举?
可以使用 #define 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定义的标识符比较枚举有类型检查,更加严谨。
3. 防止了命名污染(封装)
4. 便于调试
5. 使用方便,一次可以定义多个常量
3.3 枚举的使用
注意事项:
① 默认从0开始,依次递增1。(可赋初值,上面赋值如果下面不赋,随上一个赋的值 +1 )
② 枚举常量是不能改变的。 (MALE = 3 error!)
#include <stdio.h> enum Color//颜色 { // 枚举常量 RED = 3,// 赋初值为3 GREEN,// 不赋初值,默认随上一个枚举常量,+1为4 BLUE// +1为5 }; int main(void) { enum Sex s = RED; printf("%d\n", RED);//3 // RED= 3 error 不可修改 printf("%d\n", GREEN);//4 printf("%d\n", BLUE);//5 return 0; }
③ 枚举常量虽然是不能改变的,但是通过枚举常量创造出来的变量是可以改变的
#include <stdio.h> enum Color { // 枚举常量 RED, YEELOW, BULE }; int main(void) { enum Color c = BULE; // 我们创建一个变量c,并将BULE赋给它 printf("%d\n", c);//2 printf("%d\n", BULE);//2 c = YEELOW; // 这时将YEELOW赋给它,完全没有问题 //BULE = 6; // error!枚举常量是不能改变的 printf("%d\n", c);//1 return 0; }
3.4实际运用演示(计算器)
之前在实现计算器的时候是这么写代码的:(仅演示部分代码)
#include <stdio.h> void menu() { printf("*****************************\n"); printf("** 1. add 2. sub **\n"); printf("** 3. mul 4. div **\n"); printf("** 0. exit **\n"); printf("*****************************\n"); } int main() { int input = 0; do { menu(); printf("请选择:> "); scanf("%d", &input); switch(input) { case 1: // 替换后就好多了,代码的可读性大大增加 printf("+\n"); break; case 2: printf("-\n"); break; case 3: printf("*\n"); break; case 4: printf("/\n"); break; case 0: printf("退出程序\n"); break; default: printf("选择错误,重新选择\n"); break; } } while (input); return 0; }
阅读代码的时候如果不看上面的 menu,是很难知道 case 中的 12340 分别是什么的。1 为什么是加?2 为什么是减?看到数字的时候联想不到它的到底是干什么的。
为了提高代码的可读性,我们可以使用枚举来解决:
#include <stdio.h> 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, // 0 ADD, // 1 SUB, // 2 MUL, // 3 DIV, // 4 }; int main() { int input = 0; do { menu(); printf("请选择:> "); scanf("%d", &input); switch(input) { case ADD: // 替换后就好多了,代码的可读性大大增加 printf("+\n"); break; case SUB: printf("-\n"); break; case MUL: printf("*\n"); break; case DIV: printf("/\n"); break; case EXIT: printf("退出程序\n"); break; default: printf("选择错误,重新选择\n"); break; } } while (input); return 0; }
4. 联合体(union)(共用体)
4.1 联合类型的定义
联合也是一种特殊的自定义类型
可以在相同的内存位置存储不同的数据类型。
可以定义一个带有多成员的联合体,但是任何时候只能有一个成员带有值。
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)。
比如
#include <stdio.h> union Un { char c; // 1 int i; // 4 }; int main() { union Un u; // 创建一个联合体变量 printf("%d\n", sizeof(u)); // 计算联合体变量的大小 打印出了4 return 0; }
为什么是4个字节呢?来试着观察下它的内存:
#include <stdio.h> union Un { char c; // 1 int i; // 4 }; int main() { union Un u; printf("%p\n", &u); printf("%p\n", &(u.c)); printf("%p\n", &(u.i)); //发现三个输出的地址都是一样的 return 0; }
运行结果如下:
//发现三个输出的地址都是一样的
结论:联合体的成员是共用同一块内存空间的。因为联合至少要有保存最大的那个成员的能力,
所以一个联合变量的大小至少是最大成员的大小。
4.2联合体的初始化
#include <stdio.h> union Un { char c; // 1 int i; // 4 }; int main() { union Un u = {10}; return 0; }
调试:打开监视后,我们可以看到 i 和 c 是是共用一个10的:
如果想在每个成员里放上独立的值呢?
#include <stdio.h> union Un { char c; // 1 int i; // 4 }; int main() { union Un u = {10}; u.i = 1000; u.c = 100; return 0; }
观察调试过程:
结论:在同一时间内你只可以使用联合体中的一个成员。
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