自定义类型:结构体、联合和枚举-优快云博客

1. 结构体类型的声明

之前我在介绍操作符的时候,已经介绍了结构体的知识,这⾥我们重温⼀下.

1.1 结构体回顾

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.

1.1.1 结构的声明

struct tag//自定义
 {
 member-list;//1个或多个成员
 }variable-list;//可以省略结构体变量列表

比如描述⼀个学⽣的相关信息：

struct Stu
 {
 char name[30];//名字
 int age;//年龄
 char sex[10];//性别
 char id[20];//学号
 }; //分号不能丢

1.1.2 结构体变量的创建和初始化

#include <stdio.h>
 struct Stu
 {
 char name[30];//名字
 int age;//年龄
 char sex[10];//性别
 char id[20];//学号
 };
 int main()
 {
 //按照结构体成员的顺序初始化
 struct Stu s = { "李四", 22, "男", "20240210230422" };
 printf("name: %s\n", s.name);
 printf("age : %d\n", s.age);
 printf("sex : %s\n", s.sex);
 printf("id : %s\n", s.id);
 //按照指定的顺序初始化
 struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20240210230401", .sex ="⼥" };
 printf("name: %s\n", s2.name);
 printf("age : %d\n", s2.age);
 printf("sex : %s\n", s2.sex);
 printf("id : %s\n", s2.id);
 return 0;
 }

1.2 结构的特殊声明

在声明结构的时候,可以不完全的声明.

//匿名结构体类型
 struct
 {
 int a;
 char b;
 float c;
 }m;
 struct
 {
 int a;
 char b;
 float c;
 }a[30], *p;
//上⾯的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。
 那么问题来了？ 如果加了p = &m;代码合法吗？

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。

匿名的结构体类型,如果没有对结构体类型重命名的话,基本上只能使⽤⼀次。

1.3 结构的⾃引⽤

在结构中包含⼀个类型为该结构本⾝的成员是否可以呢？

⽐如:定义⼀个链表(一种数据结构)的节点：

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

仔细想想,其实是不⾏的,因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量,这样结构体变量的⼤⼩就会⽆穷的⼤,是不合理的。

正确的⾃引⽤⽅式：

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

在结构体⾃引⽤使⽤的过程中,夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名,也容易引⼊问题,看看

下⾯的代码,可⾏吗？

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

答案是不⾏的,因为Node是对前⾯的匿名结构体类型的重命名产⽣的,但是在匿名结构体内部提前使⽤Node类型来创建成员变量,这是不⾏的。

解决⽅案如下：定义结构体不要使⽤匿名结构体了

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

2. 结构体内存对⻬

我已经深入讲解了结构体的基本使⽤了。

现在我们深⼊讨论⼀个问题：计算结构体的⼤⼩。

这也是⼀个特别热⻔的话题：结构体内存对⻬

2.1 对⻬规则

⾸先得掌握结构体的对⻬规则：

1️⃣结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

2️⃣其他成员变量要对⻬到某个数字(对⻬数)的整数倍的地址处。

对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数与该成员变量⼤⼩的较⼩值.- VS 中默认的值为 8

Linux中gcc 没有默认对⻬数,对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩.

3️⃣结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数(结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数,所有对⻬数中最⼤的)的

整数倍.

4️⃣如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处,结构

体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数(含嵌套结构体中成员的对⻬数)的整数倍.

//练习一
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//结果输出:12

//练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//结果输出:8

//练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//结果输出:16

//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;//嵌套的结构体成员
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
//结果输出:32

2.2 为什么存在内存对⻬?

1️⃣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。

2️⃣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⻬.原因在于,为了访问未对⻬的内存,处理器需要作两次内存访问;⽽对⻬的内存访问仅需要⼀次访问.假设⼀个处理器总是从内存中取8个字节,则地址必须是8的倍数.如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对⻬成8的倍数,那么就可以⽤⼀个内存操作来读或者写值了.否则,我们可能需要执⾏两次内存访问,因为对象可能被分放在两个8字节内存块中.

总体来说：结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。

那在设计结构体的时候,我们既要满⾜对⻬,⼜要节省空间,如何做到:

让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起?

struct S1
 {
 char c1;
 int i;
 char c2;
 };
 struct S2
 {
 char c1;
 char c2;
 int i;
 };
//S1和S2类型的成员⼀模⼀样，但是S1和S2所占空间的⼤⼩有了⼀些区别。

2.3 修改默认对⻬数

 #pragma 这个预处理指令，可以改变编译器的默认对⻬数。
 #include <stdio.h>
 #pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
 struct S
 {
 char c1;
 int i;
 char c2;
 };
 #pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认
 int main()
 {
 printf("%d\n", sizeof(struct S));
 return 0;
 }//结果输出:6
 //结构体在对⻬⽅式不合适的时候，我们可以⾃⼰更改默认对⻬数。

3. 结构体传参

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。

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,所以会导致性能下降.

结论:结构体传参的时候,要传结构体的地址.

4. 结构体实现位段

结构体讲完就得讲讲结构体实现位段的能⼒。

4.1 什么是位段

位段的声明和结构是类似的,有两个不同：

1️⃣位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int ,在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型

2️⃣位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字.

 //比如:A就是⼀个位段类型.那位段A所占内存的⼤⼩是多少？
 #include <stdio.h>
 int main()
 {
 struct A
 {
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:10;
 int _d:30;
 };
 printf("%d\n", sizeof(struct A));
 return 0;
 }//结果输出:8

4.2 位段的内存分配

1️⃣位段的成员可以是int unsigned int signed int 或者是 char 等类型

2️⃣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。

3️⃣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.

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？

4.3 位段的跨平台问题

1️⃣int 位段被当成有符号数还是⽆符号数是不确定的.

2️⃣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.

3️⃣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.

4️⃣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,并且可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在.

4.4 位段的应⽤

下图是⽹络协议中,IP数据报的格式,我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述,这⾥使⽤位段,能够实现想要的效果,也节省了空间,这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些,对⽹络的畅通是有帮助的.

4.5 位段使⽤的注意事项

位段的⼏个成员共有同⼀个字节,这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置,那么这些位置处是没有地址的.内存中每个字节分配⼀个地址,⼀个字节内部的bit位是没有地址的.

所以不能对位段的成员使⽤&操作符,这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值,只能是先输⼊放在⼀个变量中,然后赋值给位段的成员.

struct A
 {
 int _a : 2;
 int _b : 5;
 int _c : 10;
 int _d : 30;
 };
 int main()
 {
 struct A sa = {0};
 scanf("%d", &sa._b);//这是错误的
 //正确的⽰范
 int b = 0;
 scanf("%d", &b);
 sa._b = b;
 return 0;
 }

5. 联合体

5.1 联合体类型的声明

像结构体⼀样,联合体也是由⼀个或者多个成员构成,这些成员可以不同的类型.

但是编译器只为最⼤的成员分配⾜够的内存空间.联合体的特点是所有成员共⽤同⼀块内存空间.所以联合体也叫:共⽤体.给联合体其中⼀个成员赋值.其他成员的值也跟着变化。

#include <stdio.h>
 //联合类型的声明
 union Un
 {
 char c;
 int i;
 };
 int main()
 {
 //联合变量的定义
 union Un un = {0};
 printf("%d\n", sizeof(un));
return 0;
}
//输出结果:4

5.2 联合体的特点

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).

//代码1
#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合变量的定义
union Un un = {0};
printf("%p\n", &(un.i));
printf("%p\n", &(un.c));
printf("%p\n", &un);
return 0;
}
//输出结果:001AF85C
          001AF85C
          001AF85C

//代码2
#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合变量的定义
union Un un = {0};
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
return 0;
}
//输出结果:11223355

代码1输出的三个地址⼀模⼀样,代码2的输出,我们发现将i的第4个字节的内容修改为55了.

我们仔细分析就可以画出,un的内存布局图.

5.3 相同成员的结构体和联合体对⽐

我们再对⽐⼀下相同成员的结构体和联合体的内存布局情况.

struct S
{
char c;
int i;
};
struct S s = {0};

union Un
{
char c;
int i;
};
union Un un = {0};

5.4 联合体⼤⼩的计算

1️⃣联合的⼤⼩⾄少是最⼤成员的⼤⼩.

2️⃣当最⼤成员⼤⼩不是最⼤对⻬数的整数倍的时候,就要对⻬到最⼤对⻬数的整数倍.

#include <stdio.h>
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));
return 0;
}
//输出结果:8 16

使⽤联合体是可以节省空间的,举例：

⽐如,商家要搞⼀个活动,要上线⼀个礼品兑换单,礼品兑换单中有三种商品:图书、杯⼦、衬衫.

每⼀种商品都有：库存量、价格、商品类型和商品类型相关的其他信息.

图书：书名、作者、⻚数

杯⼦：设计

衬衫：设计、可选颜⾊、可选尺⼨

那我们直接写出⼀下结构：

struct gift_list
{
//公共属性
int stock_number;//库存量
double price; //定价
int item_type;//商品类型
//特殊属性
 char title[20];//书名
 char author[20];//作者
 int num_pages;//⻚数
 char design[30];//设计
 int colors;//颜⾊
 int sizes;//尺⼨
 };

上述的结构其实设计的很简单,⽤起来也⽅便,但是结构的设计中包含了所有礼品的各种属性,这样使得结构体的⼤⼩就会偏⼤,⽐较浪费内存.因为对于礼品兑换单中的商品来说,只有部分属性信息是常⽤的.⽐如：

商品是图书,就不需要design、colors、sizes.

所以我们就可以把公共属性单独写出来,剩余属于各种商品本⾝的属性使⽤联合体起来,这样就可以介绍所需的内存空间,⼀定程度上节省了内存。

struct gift_list
 {
 int stock_number;//库存量
 double price; //定价
 int item_type;//商品类型
 union {
 struct
 {
 char title[20];//书名
 char author[20];//作者
 int num_pages;//⻚数
 }book;
 struct
 {
 char design[30];//设计
 }mug;
 struct
 {
 char design[30];//设计
 int colors;//颜⾊
 int sizes;//尺⼨
 }shirt;
 }item;
 };

5.5 联合的练习(判断当前机器是大端还是小端？)

按照我之前介绍的，我们肯定会先想到下面这种方法进行判断.

 //这是用联合体的思想去写
 int check_sys()
 {
 union
 {
 int i;
 char c;
 }un;
 un.i = 1;
 return un.c;//返回1是⼩端，返回0是⼤端
 }

6. 枚举类型

6.1 枚举类型的声明

枚举顾名思义就是⼀一列举.把可能的取值⼀列举.⽐如我们现实⽣活中：

⼀周的星期⼀到星期⽇是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

三原⾊,也是可以一一列举

这些数据的表⽰就可以使⽤枚举了.

enum Day
 {
 Mon,
 Tues,
 Wed,
 Thur,
 Fri,
 Sat,
 Sun
 };
 enum Sex
 {
 MALE,
 FEMALE,
 SECRET
 }；
 enum Color
 {
 RED,
 GREEN,
 BLUE
 };

以上定义的 enum Day ,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.

enum Color
 {
 RED=2,
 GREEN=4,
 BLUE=8
 };

6.2 枚举类型的优点

我们可以使⽤ #define 定义常量,为什么⾮要使⽤枚举？

枚举的优点：

1️⃣增加代码的可读性和可维护性.

2️⃣和#define定义的标识符⽐较枚举有类型检查，更加严谨.

3️⃣便于调试,预处理阶段会删除 #define定义的符号.

4️⃣使⽤⽅便,⼀次可以定义多个常量.

5️⃣枚举常量是遵循作⽤域规则的,枚举声明在函数内,只能在函数内使⽤.

6.3 枚举类型的使⽤

enum Color
 {
 RED=1,
 GREEN=2,
 BLUE=4
 };
 enum Color clr = GREEN;//使⽤枚举常量给枚举变量赋值

那是否可以拿整数给枚举变量赋值呢？在C语⾔中是可以的,但是在C++是不⾏的,C++的类型检查⽐较严格.

以上就是今天的博客内容了，希望能够帮助到读者朋友们！

我们一起继续加油努力💪！一键三连🙏！！！

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