文章目录

• • 自定义类型：结构体，枚举，联合
  • • 1.结构体
    • • 1.1结构体的声明
      • 1.2结构体的自引用
      • 1.3结构体变量的定义和初始化
      • 1.4结构体内存对齐
      • 1.5 结构体传参
      • 1.6 结构体实现位段（位段的填充&可移植性）
    • 2.枚举
    • • 2.1 枚举类型的定义
      • 2.2 枚举的优点
      • 2.3 枚举的使用
    • 3.联合（共用体）
    • • 3.1 联合类型的定义：
      • 3.2联合的特点
      • 3.3 联合大小的计算

自定义类型：结构体，枚举，联合 1.结构体
1.1结构体的声明 结构的基础知识：
? 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。
复杂对象
人：名字+年龄+身高+体重+身份证号+电话
书：书名+作者+出版社+定价+书号
结构的声明：

struct tag { member-list; }variable-list;

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 }；//分号不能丢

//结构体声明一个结构体类型 struct Book { char name[20]; char author[20]; int price; }; struct Book { char name[20]; char author[20]; int price; }b1,b2; //全局变量 -程序结束时即销毁struct Book b3; //全局int main() { struct Book b4; // 局部变量 return 0; }

特殊的声明：
在声明结构的时候，可以不完全的声明。
比如：

//匿名结构体类型 struct { int a; char b; float c; }x; struct { int a; char b; float c; }a[20], *p;

上面的两个结构在声明的时候省略了结构体标签（tag）.

//匿名结构体 struct { int a; char c; double d; }s1,s2; struct { int a; char c; double d; }*ps; int main() { ps = &s1; //error return 0; }

警告：编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。所以是非法的。
1.2结构体的自引用 在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？

//代码1 struct Node { int data; struct Node next; }; //可行否？-error 如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

正确的自引用方式：

//代码2 struct Node { int data; //数据域 struct Node* next; //指针域 };

注意：

//代码3 typedef struct { int data; Node* next; }Node; //这样写代码，可行否？-error//解决方案： typedef struct Node { int data; struct Node* next; }Node;

1.3结构体变量的定义和初始化 有了结构体变量，那如何定义变量，其实很简单。

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 //初始化：定义变量的同时赋初值。 struct Point p3 = {x, y}struct Stu//类型声明 { char name[15]; //名字 int age; //年龄 }; struct Stu s = {"zhangsan", 20}; //初始化struct Node { int data; struct Point p; struct Node* next; }n1 = {10, {4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化 struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL}; //结构体嵌套初始化

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #includestruct Point { int x; int y; }p3 = { 5, 6 }, p4 = {7,8}; struct Point p2 = { 1, 2 }; struct S { double d; struct Point p; char name[20]; int data[20]; }; int main() { struct Point p1 = { 3, 4 }; struct S s = { 3.14, { 1, 5 }, "zhangsan", {1,2,3} }; printf("%lf\n", s.d); printf("%d %d\n", s.p.x, s.p.y); printf("%s\n", s.name); int i = 0; for (i = 0; i < 20; i++) { printf("%d ", s.data[i]); } return 0; }

1.4结构体内存对齐 现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小。
这是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐

//练习1 struct S1 { char c1; //1 int i; //4 char c2; //1 }; printf("%d\n", sizeof(struct S1)); //12//练习2 struct S2 { char c1; //1 char c2; //1 int i; //4 }; printf("%d\n", sizeof(struct S2)); //8//练习3 struct S3 { double d; //8 char c; //1 int i; //4 }; printf("%d\n", sizeof(struct S3)); //16//练习4-结构体嵌套问题 struct S4 { char c1; //1 struct S3 s3; //16 double d; //8 }; printf("%d\n", sizeof(struct S4)); //32

结构体的对齐规则：

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
• Linux中的默认值为4

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。

为什么存在内存对齐？

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。
在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，即：让占用空间小的成员尽量集中在一起。

//例如： struct S1 { char c1; int i; char c2; }; struct S2 { char c1; char c2; int i; };

s1和s2类型的成员一摸一样，但是s1和s2所占空间的大小有了一些区别。
修改默认对齐数
之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。

#include #pragma pack(8)//设置默认对齐数为8 struct S1 { char c1; int i; char c2; }; #pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认#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int main() { //输出的结果是什么？ printf("%d\n", sizeof(struct S1)); printf("%d\n", sizeof(struct S2)); return 0; }

结论：结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己修改默认对齐数。

int main() { //offsetof是一个宏 printf("%u\n", offsetof(struct S1, c1)); printf("%u\n", offsetof(struct S1, a)); printf("%u\n", offsetof(struct S1, c2)); return 0; }

offsetof：可以计算结构体成员相对于结构体存储起始位置的偏移量。
1.5 结构体传参

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #includestruct S { int data[1000]; int num; }; void print1(struct S tmp) { int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", tmp.data[i]); } printf("\nnum=%d\n", tmp.num); }void print2(const struct S* ps) { int i = 0; for (i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", ps->data[i]); } printf("\nnum=%d\n", ps->num); }int main() { struct S s = { { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 }, 100 }; //print1(s); print2(&s); 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。
1.6 结构体实现位段（位段的填充&可移植性） 什么是位段：
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。

struct A { int _a:2; //_a2个比特位 int _b:5; int _c:10; int _d:30; }; printf("%d\n", sizeof(struct A)); //8

位段是可以节省空间的！ 位段 - 指二进制位。
若表示性别：男 - 女 - 保密 00 01 10 11
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。
   

//一个例子 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？

文章图片

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，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:

文章图片

数据在进行传输时，要进行数据封装，若数据包比较小，网络状态会更好，设计成位段时可以节省空间，进行很大的调优。
2.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。
2.1 枚举类型的定义

enum Color//颜色 { RED, GREEN, BLUE }; printf("%d\n", RED); printf("%d\n", GREEN); printf("%d\n", 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。

enum Color//颜色 { RED=1, GREEN=2, BLUE=4 };

2.2 枚举的优点

1. 【C语言初阶|自定义类型详解（结构体+枚举+联合）】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。
   

#define RED #define GREEN 4 #define BLUE 8//无类型-而枚举有枚举类型 #define//直接进行替换，感知不到BLUE的存在，枚举进行调试可以更好的调试观察。

2.3 枚举的使用

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include enum Color { //枚举常量 RED=2, GREEN=4, BLUE=8, }; void menu() { printf("**********************************\n"); printf("**********************************\n"); printf("**********************************\n"); }enum Option { EXIT, ADD, SUB, MUL, DIV }; int main() { enum Color c = GREEN; if (c == GREEN) { printf("绿色\n"); } int input = 0; do { menu(); printf("请选择：>"); scanf("%d", &input); switch (input) { case ADD: break; case SUB: break; case MUL: break; case DIV: break; case EXIT: break; } } while (input); return 0; }

注：枚举就是个变量，变量可能取值就是整形，所以可以理解为一个整型变量，所以枚举变量大小为4个字节。
3.联合（共用体）
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）。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include//联合体的声明 union Un { char c; int i; }; int main() { //联合体的定义及初始化 union Un u = { 0 }; printf("%d\n", sizeof(u)); //4 printf("%p\n", &u); //00F5FCAC printf("%p\n", &(u.c)); //00F5FCAC printf("%p\n", &(u.i)); //00F5FCAC return 0; }

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）。
之前学过一个判断当前计算机大小端存储的例题：

//判断当前计算机的大小端存储 //方法1： int main() { int a = 1; //0x 00 00 00 01 //低-------------------->高 //01 00 00 00 - 小端存储 //00 00 00 01 - 大端存储 // char* pc = (char*)&a; if (*pc == 1) printf("小端存储。\n"); else printf("大端存储。\n"); }

//判断当前计算机的大小端存储 //方法二：结合联合体 int check_sys() { union U { char c; int i; }u; u.i = 1; //返回1 - 小端 //返回0 - 大端 return u.c; }int main() { int a = 1; //0x 00 00 00 01 //低-------------------->高 //01 00 00 00 - 小端存储 //00 00 00 01 - 大端存储 if (check_sys() == 1) { printf("小端\n"); } else { printf("大端\n"); } return 0; }

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。
  

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #includeunion Un1 { char c[5]; //1 int i; //4 }; union Un2 { short c[7]; //2 int i; //4 }; int main() { printf("%d\n", sizeof(union Un1)); //8 printf("%d\n", sizeof(union Un2)); //16 return 0; }

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