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;
}