自定义类型

一. 结构体

1.结构体类型的声明

（1）结构体的定义

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。

（2）结构体的声明

struct Stu
{
       char name[20];
       int age;
       char sex[5];
       char id[20];
};//分号不能丢

2.结构体的自引用

struct Node
{
       int data;
       struct Node next;
};
/*
代码错误：“next”使用未定义的 struct“Node”
*/

typedef struct
{
       int data;
       Node* next;
}Node;
/*
代码错误：语法错误: 标识符“Node”
*/

正确的自引用：

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


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

3.结构体变量的定义和初始化

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 = {5, 1};
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

4.结构体成员的访问

结构体变量访问成员是通过点操作符访问的。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
struct Stu
{
       char name[20];
       int age;
       char sex[5];
       char id[20];
};
int main()
{
       struct Stu s;
       struct Stu *ps = &s;
       strcpy(s.name,"Yuri");
       s.age = 20;
       printf("name is %s   age = %d\n", ps->name, ps->age);
       return 0;
}
//name is Yuri   age = 20

5.结构体内存对齐（用空间换时间）

#include<stdio.h>
struct S1
{
       char c1;  
       int i;  
       char c2; };
struct S2
{   
       char c1;    
       char c2;    
       int i;
};
struct S3
{    
       double d;  
       char c;    
       int i;
};
struct S4
{   
       char c1;  
       struct S3 s3;  
       double d;
};
int main()
{
       printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12
       printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8
       printf("%d\n", sizeof(struct S3));//16
       printf("%d\n", sizeof(struct S4));//32
       return 0;
}

（1）结构体对齐规则：

a.第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

b.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

c.结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量除了第一个成员都有一个对齐数）的整数倍。

d.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。

（2）结构体内存对齐的原因

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。

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。

在设计结构体时，既要满足对齐，又要节省空间，那么可以将占用空间小的成员集中到一起。

（3）修改默认对齐数

#include <stdio.h>
#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));//12
       printf("%d\n", sizeof(struct S2));//6
       return 0;
}

eg：写一个宏，计算结构体中某变量相对于首地址的偏移，并给出说明。

#include<stdio.h>
#define offsetof(a,b) ((char*)(&b)-(char*)(&a))
typedef struct A {
       char a;
       int b;
       double c;
}A;    //定义一个结构体
int main()
{
       A p;  //定义结构体变量
       printf("%d", offsetof(p, p.c));  //结构体起始地址相当于c变量的偏移量为8
       return 0;
}

6.结构体传参

#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);//1000
       print2(&s);//1000
       return 0;
}

print2优于print1.

因为函数传参的时候，参数需要压栈，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，要传结构体的地址。

7.结构体实现位段

（1）什么是位段

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”。利用位段能够用较少的位数存储数据。

位段的成员必须是int、unsigned int或signed int。

位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

struct A //位段类型
{    
    int _a:2;    
    int _b:5;    
    int _c:10;    
    int _d:30; 
};
int main()
{
       printf("%d\n", sizeof(struct A));//8
}

（2）位段的内存分配

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 

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。

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;
};
int main()
{
       struct S s = { 0 };
       s.a = 10;
       s.b = 12;
       s.c = 3;
       s.d = 4;
       return 0;
}

 

（3）位段不跨平台的原因

int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。

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）

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。 

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. 枚举

1.枚举类型的定义

枚举就是一一列举。

enum Day//星期 
{
    Mon,
    Tues,
    Wed,
    Thur,
    Fri,
    Sat,
    Sun 
};

{ }的内容是枚举类型的可能取值，叫枚举常量。枚举常量都是有值的，默认从0开始，依次递增1。也可以自己赋初值。

2.枚举的优点

增加代码的可读性和可维护性；

和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨；

防止了命名污染（封装） ；

便于调试；

使用方便，一次可以定义多个常量。

3.枚举的使用

enum Color//颜色
{    
       RED=1,
       GREEN=2,
       BLUE=4
};
int main()
{
       enum Color clr = GREEN;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。
       return 0;
}

三. 联合

1.联合类型的定义

联合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（联合也叫共用体）

#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;
       //计算联合变量的大小
       printf("%d\n", sizeof(un));//4
       return 0;
}

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）。

#include<stdio.h>
union Un
{  
       char c;  
       int i;
};
int main()
{
       union Un un;
       printf("%d\n", &(un.i));
       printf("%d\n", &(un.c));
       un.i = 0x11223344;
       un.c = 0x55;
       printf("%x\n", un.i);
       return 0;
}
/*
输出：
13629588
13629588
11223355
*/

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时，就要对齐到最大对齐数的整数倍。

union Un1
{
       char c[5];
       int i;
};
union Un2
{
       short c[7];
       int i;
};
int main()
{
       union Un1 un1;
       union Un2 un2;
       printf("%d\n", sizeof(un1)); //8
       printf("%d\n", sizeof(un2)); //16
       return 0;
}