C语言基础---结构、联合、枚举

结构：

    是一种由程序员设计的复合数据类型，它由若干个其它类型的成员组成，用于描述事物的各项属性。

    设计结构：

    struct 结构名 // 结构名一般首字母大写

    {

        成员类型 成员名;

        ...

    };

    定义结构变量：

    struct 结构名 结构变量名;

    初始化结构变量：

        顺序初始化：初始化数据与成员的顺序一一对应。

        struct 结构名 结构变量名 = {v1,v2,v3,...};  

        指定成员初始化：

        struct 结构名 结构变量名 = {

            .成员名1 = 初始化数据1,

            .成员名2 = 初始化数据2,

            ...

        };

   

    访问成员：

        结构变量.成员名;

        结构指针->成员名;

   

    注意：可以使用typedef重定义简短的类型名。

        typedef struct 结构名

        {

            成员类型 成员名;

            ...

        }结构名;

    练习1：设计一个教师结构体(姓名，工龄，工号，科目，...),定义教师结构变量，使用scanf从终端输入各成员的值，然后使用printf结构变量。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

typedef struct Student

{

int id;

char name[20];

int score_cnt;

float score[]; // 柔性数组

}Student;

void show_stu(Student* stup)

{

printf("%d %s",stup->id,stup->name);

for(int i=0; i<stup->score_cnt; i++)

{

printf(" %g",stup->score[i]);

}

printf("\n");

}

int main(int argc,const char* argv[])

{

int cnt = 0;

printf("该学生有几门成绩：");

scanf("%d",&cnt);

Student* stup = malloc(sizeof(Student)+sizeof(stup->score[0])*cnt);

stup->score_cnt = cnt;

printf("请输入学生的学号、姓名:");

scanf("%d %s",&stup->id,stup->name);

printf("请输入%d门成绩：",stup->score_cnt);

for(int i=0; i<stup->score_cnt; i++)

{

scanf("%f",&stup->score[i]);

}

show_stu(stup);

free(stup);

return 0;

}

    如何计算结构的总字节数：

        成员的顺序会影响结构的总字节数，了解结构总字节数计算规则，可以通过合理安排成员的顺序达到节约内存的目的。

        对齐：

            假定从0字节排列结构的第一个成员，之后所有成员的起始字节数,必须是成员本身字节数的整数倍，如果不是则填充一些空闲字节。

        补齐：

            结构的总字节数必须是它最大成员字节数的整数倍，如果不是则在结构的末尾填充一些空闲字节。

        注意：在Linux32位系统下计算对齐和补齐时，成员的字节数超过4则按4字节计算。

       

    练习2：

    typedef struct Data

    {

        char arr[5];

        int num;

        char ch;

        long double lf;

        short sh;

        long ld;

        int* p;

    }Data;

    计算该结构在Linux32系统、Win32系统、Linux64系统下的总字节数分别是多少？

   long 类型的字节数：

        Linux32系统 4字节

        Linux64系统 8字节

        Win32系统 4字节

        Win64系统 4字节

    指针变量：

        32系统 4字节

        64系统 8字节

    long double 类型的字节数：

        32系统 12字节

        64系统 16字节

结构的成员指针：

    当结构的某一项成员数量不固定，我们可以使用指针数据+指针+堆内存，根据实际情况存储成员，例如不同年级的学生成绩数量是不确定的。

    typedef struct Student

    {

        int id;

        char name[20];

        int score_cnt;

        float* score;

    }Student;

    // 定义成员,使用栈内存

    Student stu = {1001,"hehe",2};

    stu.score = malloc(sizeof(*stu.score)*stu.score_cnt);

    free(stu.score);

    // 定义成员,使用堆内存

    Student* stup = malloc(sizeof(Student));

    stup->score = malloc(sizeof(*stup->score)*stup->score_cnt);

    free(stup->score);

    free(stup);

   

    注意：不管结构变量是否定义的，必须给成员指针单独分配堆内存，否则成员指针就是野指针，在结构变量使用完毕后还必须单独释放，否则就会产生内存泄漏。

 

柔性数组：

    当结构的某一项成员数量不固定，我可以在结构的末尾定义一个长度为零的数组，这种数组就叫柔性数组，在为结构变量分配内存时多分配一些，多分配的内存就归柔性数组使用。

    typedef struct Student

    {

        int id;

        char name[20];

        int score_cnt;

        float score[]; // 柔性数组

    }Student;

    Student* stup = malloc(sizeof(Student)+sizeof(stup->score[0])*len);

    stup->score = len;

    for(int i=0; i<stup->score_cnt; i++)

    {

        scanf("%f",&stup->score[i]);

    }

    free(stup)

    使用成员指针的缺点：

        1、使用麻烦，必须两次分配，两次释放。

        2、危险性高，容易出现野指针、内存泄漏。

        3、结构变量和成员指针所指向的内存是两个独立的内存块，容易产生内存碎片。

        4、成员指针会占用结构的4|8字节空间，再考虑对齐和补齐，浪费的内存更多。

    柔性数组的优点：

        1、使用方便，不需要单独为柔性数组分配内存，只需要为结构变量分配内存时多分配一些即可。

        2、安全性高，柔性数组只是结构中的标记符，因此不会使用到野指针。

        3、柔性数组所使用内存块与结构变量是一体的，与结构变量的内存一起分配一起释放，因此也不容易产生内存泄漏、内存碎片。

        4、节约内存，柔性数组只是结构中的标记符，不会占用结构额外的内存。

    柔性数组的缺点：

        这种语法在是C99语法标准中提出并实现的，早期的只支持C89的编译器，不支持此用法，通用性不强。

联合：

    联合的使用语法与结构一模一样，联合与结构的区别，联合的所有成员共用一块内存。

    union 联合名

    {

        成员类型 成员名;

        ...

    };

    union Data

    {

        char ch;

        int num;

        long ld;

        int* p;

    };

    union Data d;

    使用联合的意义：

        使用少量内存对应若干个标识符，只要他们不同时使用，就不会冲突，能大大节约内存，还可以对一内存进行不同格式的解释。

        现在已经基本不再使用，只需要在工作中看懂早期的联合相关的代码即可，还需要应付联合相关的笔记面试题。

    联合的总字节数：

        由于所有成员共用一块内存，所以成员天然对齐的，但要考虑补齐。

        union Data

        {

            char arr[5];

            int num;

        };

        sizeof(union Data); // 结果是8

注意：如果联合的成员都是基本类型的变量，则最大成员的字节数就是联合的总字节数，如果成员中有数组则需要考虑补齐。

大端系统与小端系统：

    假定int类型变量，它的4个字节存储内存地址分别是：

        0xbff97558 低地址

        0xbff97559

        0xbff9755a

        0xbff9755b 高位地址

    假如有一个十六进制整数：0xa1b2c3d4

        0xa1 高位数据

        0xb2

        0xc3

        0xd4 低位数据

    大端系统：低位数据存储在高位地址，大型服务器、网络设置采用的是大端系统，所以大端格式也叫网络字节序。

        0xbff97558 存储0xa1

        0xbff97559 存储0xb2

        0xbff9755a 存储0xc3

        0xbff9755b 存储0xd4

    小端系统：低位数据存储在低位地址，一般个人计算机都采用小端系统。

        0xbff97558 存储0xd4

        0xbff97559 存储0xc3

        0xbff9755a 存储0xb2

        0xbff9755b 存储0xa1

    练习：设计一个程序，判断当前系统的是大端还是小端。

#include <stdio.h>

typedef union Data

{

char ch;

int num;

}Data;

int main(int argc,const char* argv[])

{

Data a;

a.num = 0x01020304;

if(a.ch = 0x04)

{

printf("小端系统\n");

}

else

{

printf("大端系统\n");

}

return 0;

}

枚举：

    是一种值的范围受限的int类型。

    设计枚举：

    enum 枚举名

    {

        枚举值1,

        枚举值2,

        枚举值3,

        ...

    };

   

    定义枚举变量：

        enum 枚举名 枚举变量;

        注意：理论上枚举变量只能使用枚举值赋值，但C语言为了编译速度，不会检查枚举值，在C语言中枚举是一种锦上添花的技术，使用它会更好，不使用也不会影响代码编写、程序运行。

       

    枚举值：

        1、枚举值是标识符，默认从0开始，之后的逐渐递增+1。

        2、枚举值可以单独使用，这种用法的好处是给没有意义的字面值常量取一个有意义的名字，提高代码的可读性。

        3、枚举值是常量，一般与switch配合使用，枚举值可以使用在case的后面。

        4、枚举值的作用域是全局的，因此不能与全局变量、函数重名。