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C语言深入探究自定义类型之结构体与枚举及联合

时间:2022-10-04 10:52:22 | 栏目:C代码 | 点击:

1.结构体

1.1结构体类型的声明

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

这里给大家举个列子演示一下:

//定义一个学生的结构体
typedef struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[15];//学号
}Stu;//分号不能丢

在这个结构体里面我们定义了学生的名字,年龄,性别,学号这些变量,这样的变量就叫做成员变量。

结构的成员可以是标量、数组、指针,甚至是其他结构体。

这里的typedef是将结构体重命名为Stu。

1.2结构的自引用

上面我们说到了成员变量也可以为结构体,我们不妨大胆的猜想一下,结构体内可以包含一个类型为自身结构体的成员吗?

答案当然是可以的,不过有需要我们注意的地方下面给大家用代码的形式演示一下:

//1.错误引用
struct Node
{
	int data;
	struct Node next;
};
//2.正确引用
struct Node
{
	int data;//数据
	struct Node* next;//地址
};

对比上面的代码正确的代码比错误的多一个' * ',代表传地址我们来分析一下错误的地方,穿了一个结构体进去,那么我们这个结构体的大小是多少呢,显然没办法计算,结构题内套一个结构体,然后这个结构体又套一起进去,类似无条件递归,编译器也会报错。那么我们来看正确的代码,

结构体分为两部分,一部分存放数据,一部分存放地址,当我需要的时候我们根据地址找到内嵌的结构体,这样就可以讲这些结构体串起来了,当我们访问到最后一个时,我们只需要给它一个NULL就停止了,这样是不是就很完美了呢。

1.3结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型怎么定义和初始化结构体变量呢,其实很简单,给大家演示一下:

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1;             //1.声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //2.定义结构体变量p2
//3.初始化:定义变量的同时赋初值
struct Point p3 = { x , y };

1.4结构体内存对齐

我们知道int的大小为4个字节,char的大小为1个字节,每个数据类型都有大小,那么结构体大小又是多少呢,该怎么计算呢?

这里需涉及到一个知识点就是内存对齐:

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

文字的形式可能有点抽象,下面用图来给大家演示一下:

为什么存在内存对齐?

大部分的参考资料都是如是说的:

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

总体来说就是拿空间换时间的做法。

那我们在设计结构体的时候想要节省空间就要做到,让占用空间小的成员尽量集中在一起。

1.5结构体传参

我们知道在传参的时候有两种方式,传值和传址。那么在结构体传参的时候我们通常采用结构体地址传参。

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。

代码演示如下:

struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4},1000 };//初始化赋值
void print1(struct S* pc)用struct S*的指针接收
{
	printf("%d\n", pc->num);
}
int main()
{
	print1(&s);//传地址
	return 0;
}

1.6结构体实现位段(位段的填充&可移植性)

位段的声明和结构是类似的,有两个不同:

1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。

2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字

如下图,A就是一个位段

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

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

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。

2.枚举

枚举就是列举,例如一周有七天可以列举,三原色可以列举,性别可以列举

2.1枚举类型的定义

enum Color//颜色
{
	RED,//0
	GREEN,//1
	BLUE//2
};

这里定义的 enum Color 就是是枚举类型。

{}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,RED=1,GREEN=2,BLUE=100,都是可以的。

2.2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.联合

3.1联合类型的定义

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,特征是这些成员公用同一块空间(所以联合也叫共用体)。 比如:

//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));//计算出来结果为4

3.2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)。

上面的例子在联合体Un中最大的成员为int占4个字节,所以联合体Un的大小也为4个字节。

3.3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。

下面两个例子中的计算方法和上面内存图解差不多,大家可以研究一下。

union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
//下面输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(union Un1));//8
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16

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