第四节、自定义类型详解

第四节、自定义类型详解

1.结构体

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 结构的声明

//创建一个描述学生的结构体
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

在声明结构的时候，可以不完全的声明（省略结构体的标签）。

struct{
	int a;
	char b;
	float c;
}x;

1.2 结构的自引用

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

1.3 结构体变量的定义与初始化

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 = {x, y};

struct Stu{
	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

1.4 结构体内存对齐

结构体中元素是按照定义顺序一个一个放到内存中去的，但并不是紧密排列的。

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）

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？

大部份资料都是这样说的

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。

所以我们在设计结构体时，应该让占用空间小的成员尽量集中在一起。

//练习1
struct S1{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//12

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

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

//练习4-结构体嵌套问题
struct S4{
	char c1;
	struct S3 s3;
	double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));
//32

1.5 修改默认对齐数

不知道大家是否见过 #pragma 这个预处理指令，这里使用可以改变我们的默认对齐数。

#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));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0;
}

结论：结构在对齐方式不合适的时候，我么可以自己更改默认对齐数。

1.6 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：首选print2函数。

结构体传参的时候，要传结构体的地址。

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。

2.位段

2.1 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。

实例：

struct A{
    //4byte
	int _a:2;  //剩30bit
	int _b:5;  //剩25bit
	int _c:10; //剩15bit
    //4byte（vs上不会使用之前剩余的15bit）
	int _d:30;
};
//A就是一个位段类型
//位段A的大小 8字节

2.2 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

2.3 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。

3.枚举

3.1 枚举类型的定义

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

//性别
enum Sex{
	MALE,
	FEMALE,
	SECRET
}；

//颜色
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，一次递增1，当然在定义的时候也可以赋初值。

例如：

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

3.2 枚举的优点

1.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

3.3 枚举的应用

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

4.联合（共用体）

4.1 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）。

//联合类型的声明
union Un{
	char c;
	int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;

4.2 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）

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

// 下面输出的结果是一样的吗？
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));
//结果是一样的（说明同一时间只能用一个）

//下面输出的结果是什么？
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
//

4.3 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。

union Un1{
	char c[5];
	int i;
};
union Un2{
	short c[7];
	int i;
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));

4.4 面试题

判断当前计算机的大小端存储

int check_sys(){
    union
    {
        int i;
        char c;
    }un;
    un.i = 1;
    return un.c;
}
//如果返回1，表示小端
//如果返回0，表示大端