嵌入式Linux系统学习记录13

在 C 语言中，构造数据类型（也叫复合数据类型）包括结构体（struct）、共用体（union）和枚举类型（enum）。这些类型允许用户根据需求创建复杂的数据结构。下面是对每种类型的详细解析以及需要注意的细节和常见的陷阱。

1. 结构体（struct）

结构体是 C 语言中最常用的复合数据类型，它允许将不同类型的数据（例如整数、字符数组等）组合在一起形成一个新类型。

定义：

struct Student {
    char name[50];    // 字符数组
    int age;          // 整数
    float score;      // 浮点数
};

使用：

struct Student s1;  // 定义一个结构体变量 s1
strcpy(s1.name, "Alice");
s1.age = 20;
s1.score = 88.5;

注意点：

struct Example {
    char a;   // 1 字节
    int b;    // 4 字节
};
虽然 a 和 b 的总大小是 5 字节，但由于对齐要求，结构体的实际大小可能会是 8 字节（或者更大），具体取决于平台。

• 结构体传递方式：结构体作为函数参数时，默认是按值传递的，意味着会创建结构体的副本。如果结构体比较大，传递的开销较大。可以使用指针来避免这个问题：

  void printStudent(struct Student *s)
  {
      printf("%s\n", s->name);
  }
  
  

• 初始化：结构体可以在定义时进行初始化：

  struct Student s1 = {"Alice", 20, 88.5};

2. 共用体（union）

共用体是一种特殊的结构体，允许多个成员共享同一段内存。所有成员共享相同的内存位置，但同一时间只能存储一个成员的值。

定义：

union Data { int i; float f; char str[20]; };

使用：

union Data data;
data.i = 10;            // 存储整数
data.f = 3.14;          // 存储浮点数（会覆盖 i 的值）
strcpy(data.str, "Hello");  // 存储字符串（会覆盖 f 的值）
 

注意点：

• 内存共享：共用体的内存大小是其最大成员的大小。使用共用体时要特别注意，一次只能存储一个成员的值。如果你在 data 中存储了一个 int 值，接着存储一个 float，之前存储的 int 值会被覆盖。
• 适用场景：共用体适用于某些场合需要节省内存的情况，尤其是在你知道一个时间点只会使用一个成员时。

3. 枚举类型（enum）

枚举是用来定义一组命名的整数常量。通过枚举，你可以给常量赋予有意义的名字，从而使代码更加可读和易于理解。

定义：

enum Weekday {
    Monday = 1,    // 可以显式指定值
    Tuesday,
    Wednesday,
    Thursday,
    Friday,
    Saturday,
    Sunday
};

使用：

enum Weekday today;
today = Wednesday;  // 枚举类型变量赋值

注意点：

• 默认值：如果不显式指定枚举值，枚举的值会从 0 开始递增。例如，Monday 默认是 0，Tuesday 是 1，依此类推，除非显式地指定其他值。
• 类型大小：在 C 语言中，枚举类型本质上是整数类型。不同的编译器可能会为枚举选择不同的基础类型（通常是 int），因此你不能直接确定其内存占用，除非使用 sizeof 来确认。

4. 类型别名（typedef）

typedef 关键字允许为已存在的类型创建别名。这对于构造清晰、易读的代码特别有用。

定义：

typedef struct Student {
    char name[50];
    int age;
    float score;
} Student;  // 创建 Student 类型别名

使用：

Student s1;  // 现在可以直接使用 Student 来定义变量

注意点：

• typedef 并不创建新的数据类型，它只是给现有的数据类型起一个新的名字。

5. 指针和结构体的关系

结构体指针在 C 中非常常见，尤其是在涉及动态内存分配、传递大型结构体时。结构体指针可以通过 -> 操作符来访问结构体成员。

示例：

struct Student {
    char name[50];
    int age;
};

struct Student *p = malloc(sizeof(struct Student));
strcpy(p->name, "Tom");
p->age = 21;
free(p);

注意点：

• 动态内存分配：如果使用指针，需要手动管理内存分配和释放，避免内存泄漏。
• NULL 检查：在访问结构体指针之前，始终确保指针非 NULL。

6. 内存管理

C 语言不提供自动垃圾回收，结构体和其他数据类型需要手动管理内存。特别是使用动态分配内存时，必须确保在不再使用时释放内存：

• 使用 malloc() 或 calloc() 分配内存。
• 使用 free() 释放内存。

示例：

struct Student *s = malloc(sizeof(struct Student));
if (s != NULL) {
    strcpy(s->name, "John");
    s->age = 22;
    free(s);  // 释放内存
}

总结

构造数据类型是 C 语言中非常强大的功能，它允许你根据具体需求设计和使用复杂的数据结构。使用时要特别注意以下几个问题：

• 内存对齐和填充：结构体的内存布局可能会受到对齐的影响，要注意成员的顺序和内存大小。
• 内存管理：如果使用了动态内存分配，记得手动管理内存。
• 指针的使用：指针在结构体和共用体中经常被使用，确保指针有效，并且注意内存的释放。