自定义类型:结构体、联合、枚举

目录

一、⾃定义类型:结构体

1.结构体类型

1. 1结构体类型的声明

       结构体变量的创建和初始化

1.2 结构的特殊声明

1.3 结构的自引用

2. 结构体内存对齐

   ①:对齐规则

  ②:offsetof函数

   ③:为什么存在内存对⻬?

④ 修改默认对⻬数

3. 结构体传参

4. 结构体实现位段

  ①  位段

  ②  位段的内存分配

  ③  位段的跨平台问

⑤ 位段的应⽤与使⽤的注意事项

二、⾃定义类型:联合

1. 联合体类型的声明

2. 联合体的特点

​编辑

3. 相同成员的结构体和联合体对⽐

4. 联合体⼤⼩的计算

5. 联合的⼀个练习

三、自定义类型:枚举类型

1. 枚举类型的声明


一、⾃定义类型:结构体

1.结构体类型

1. 1结构体类型的声明

struct tag
{
 member-list;
}variable-list;

例如描述⼀个学⽣:

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

       结构体变量的创建和初始化

#include <stdio.h>
struct Stu
{
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
};
int main()
{
 //按照结构体成员的顺序初始化
 struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };
 printf("name: %s\n", s.name);
 printf("age : %d\n", s.age);
 printf("sex : %s\n", s.sex);
 printf("id : %s\n", s.id);
 
 //按照指定的顺序初始化
 struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex = "⼥
 printf("name: %s\n", s2.name);
 printf("age : %d\n", s2.age);
 printf("sex : %s\n", s2.sex);
 printf("id : %s\n", s2.id);
 return 0;
}

或者我们打印的时候,

按照 :printf("%s %d %s %s\n", s1.name,sl.age, s1.sex,s1.id);

1.2 结构的特殊声明

在声明结构的时候,可以不完全的声明。

⽐如: 匿名结构体类型(//匿名结构体类型       只能使用一次)

//匿名结构体类型
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;

struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20], *p;

上⾯的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签(tag)

// 在上⾯代码的基础上,下⾯的代码合法吗?
p = &x;
如:
int main()
{
p = &x;//?
return 0;
}

程序运行,不可以;会报警,编译器认为两种不同、

警告:
编译器会把上⾯的两个声明当成完全不同的两个类型,所以是⾮法的。
匿名的结构体类型,如果没有对结构体类型重命名的话,基本上只能使⽤⼀次。

1.3 结构的自引用

在结构中包含⼀个类型为该结构本⾝的成员是不可以的。

链表的解释图:

⽐如,定义⼀个链表的节点:
struct Node
{
 int data;;//存放数据
 struct Node next;
};

这样是不正确的,因为⼀个结构体中再包含⼀个同类型的结构体变量,这样结构体变量的⼤⼩就会⽆穷的大,是不合理的。

正确的自引用方式
struct Node
{ 
int data;//存放数据
 struct Node* next;//存放写一个节点的地址
};

在结构体⾃引⽤使⽤的过程中,夹杂了 typedef 对匿名结构体类型重命名,也容易引⼊问题,看看下⾯的代码,
接下来的代码是不行的
typedef struct
{
 int data;
 Node* next;//Node先用了,但是重命名在他之后,并在这一步并没有重新完成重命名
}Node;

Node先用了,但是重命名在他之后,在这一步并没有重新完成重命名

解决⽅案如下:定义结构体不要使⽤匿名结构体了
typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
}Node;

2. 结构体内存对齐

   ①:对齐规则

⾸先得掌握结构体的对⻬规则:
1. 结构体的第⼀个成员对⻬到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处
2. 其他成员变量要对⻬到某个数字(对⻬数)的整数倍的地址处。
对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数 与 该成员变量⼤⼩的较⼩值。
- VS 中默认的值为 8
- Linux中 gcc 没有默认对⻬数,对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩
3. 结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数(结构体中每个成员变量都有⼀个对⻬数,所有对⻬数中最⼤的)的 整数倍。
4. 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体成员对⻬到⾃⼰的成员中最⼤对⻬数的整数倍处,结构 体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数(含嵌套结构体中成员的对⻬数)的整数倍。
//练习1
struct S1
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));

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

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


  ②:offsetof函数

//宏
//offsetof  计算结构体成员相较于起始位置的偏移量

//头文件: #include <stddef.h>

计算一下s1个成员的偏移量:

再计算一下s4各成员的偏移量:

   ③:为什么存在内存对⻬?

⼤部分的参考资料都是这样说的:

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⻬。原因在于,为了访问未对⻬的内存,处理器需要作两次内存访问;⽽对⻬的内存访问仅需要⼀次访问。假设⼀个处理器总是从内存中取8个字节,则地址必须是8的倍数。如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对⻬成8的倍数,那么就可以⽤⼀个内存操作来读或者写值了。否则,我们可能需要执⾏两次内存访问,因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。
总体来说:结构体的内存对⻬是拿空间来换取时间的做法。

那在设计结构体的时候,我们既要满⾜对⻬,⼜要节省空间,如何做到:
让占⽤空间⼩的成员尽量集中在⼀起
1 //例如:
2 struct S1
3 {
4 char c1;
5 int i;
6 char c2;
7 };
8
9 struct S2
10 {
11 char c1;
12 char c2;
13 int i;
14 };

S1 S2 类型的成员⼀模⼀样,但是 S1 S2 所占空间的⼤⼩有了⼀些区别。

④ 修改默认对⻬数

#pragma 这个预处理指令,可以改变编译器的默认对⻬数。

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1
struct S
{
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数,还原为默认
int main()
{
 //输出的结果是什么?
 printf("%d\n", sizeof(struct S));
 return 0;
}

结构体在对⻬⽅式不合适的时候,我们可以⾃⼰更改默认对⻬数


3. 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 没有   print2 函数好
⾸选print2函数
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。
结论:
结构体传参的时候,要传结构体的地址


4. 结构体实现位段

位段是基于结构体的,结构体拥有实现位段的能⼒。

  ①  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 intunsigned int signed int 或char,在C99中位段成员的类型也可以选择其他类型。
2. 位段的成员名后边有⼀个冒号和⼀个数字。

⽐如:

struct A
{
 int _a:2;//2表示bit位为2
 int _b:5;//bit位有5位
 int _c:10;    //2+5+10+30=47   一共47个比特位
 int _d:30;    //打印为8字节
};
//注意  
//变量名:
//1.数字、名称、下划线
//2.开头不能为数字

注意  :
变量名:
//1.数字、名称、下划线
//2.开头不能为数字

我们打印:

printf("%d\n", sizeof(struct A));
A就是⼀个位段类型。
那位段A所占内存的⼤⼩是为8字

对比一下正常情况,不用位段:

  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 等类型
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。

接下来的实现仅在vs情况下。

//⼀个例⼦
struct S
{
 char a:3;
 char b:4;
 char c:5;
 char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
//空间是如何开辟的?

我们再详细解释一下:

     

内存中的存储方式更显而易见:   

  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,并且可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。

注意:

        int - 4个字节 - 32bit        

        但是在16位的机器上
        int - 2个字节 - 16bit        

⑤ 位段的应⽤与使⽤的注意事项

应用:
下图是⽹络协议中,IP数据报的格式,我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述,这⾥使⽤位段,能够实现想要的效果,也节省了空间,这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些,对⽹络的畅通是有帮助的。
             
打印"呵呵"
位段使⽤的注意事项:
位段的⼏个成员共有同⼀个字节,这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置,那么这些位置处是没有地址的。内存中每个字节分配⼀个地址,⼀个字节内部的bit位是没有地址的。
所以 不能对位段的成员使⽤&操作符 这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值,只能是先输⼊放在⼀个变量中,然后赋值给位段的成员。

struct A
{
 int _a : 2;
 int _b : 5;
 int _c : 10;
 int _d : 30;
};
int main()
{
 struct A sa = {0};
 scanf("%d", &sa._b);//这是错误的
 
 //正确的⽰范
 int b = 0;          //先初始化一个变量
 scanf("%d", &b);    //再赋值给它
 sa._b = b;          //再把这个变量赋值给它
 return 0;
}

二、⾃定义类型:联合

1. 联合体类型的声明

像结构体⼀样,联合体也是由⼀个或者多个成员构成,这些成员可以不同的类型。
但是编译器只为最⼤的成员分配⾜够的内存空间。联合体的特点是所有成员共⽤同⼀块内存空间。所以联合体也叫:共用体
给联合体其中⼀个成员赋值,其他成员的值也跟着变化。
#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 = {0};
 //计算连个变量的⼤⼩
 printf("%d\n", sizeof(un));
 return 0;
}
输出的结果:
1 4

​​​​​​​

2. 联合体的特点

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)。
//代码1
#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 = {0};
 // 下⾯输出的结果是⼀样的吗?
 printf("%p\n", &(un.i));
 printf("%p\n", &(un.c));
 printf("%p\n", &un);
 return 0;
}
输出的结果:
001AF85C
001AF85C
001AF85C

联合体的成员在共用同一块空间的所以: 联合体也叫共用体

​​​​​​​

//代码2
#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 = {0};
 un.i = 0x11223344;
 un.c = 0x55;
 printf("%x\n", un.i);
 return 0;
}
输出的结果:
11223355
代码1输出的三个地址⼀模⼀样,代码2的输出,我们发现将i的第4个字节的内容修改为55了。
我们仔细分析就可以画出,un的内存布局图。

3. 相同成员的结构体和联合体对⽐

对⽐⼀下相同成员的结构体和联合体的内存布局情况。
结构体
struct S
{
 char c;
 int i;
};
struct S s = {0};
union Un
{
 char c;
 int i;
};
union Un un = {0};

4. 联合体⼤⼩的计算

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⻬数的整数倍的时候,就要对⻬到最⼤对⻬数的整数倍。
#include <stdio.h>
union Un1
{
 char c[5];
 int i;
};
union Un2
{
 short c[7];
 int i;
};
int main()
{
 //下⾯输出的结果是什么?
 printf("%d\n", sizeof(union Un1));//8
 printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16
 return 0;
}

使⽤联合体是可以节省空间的,
​​​​​​​举例:
⽐如,我们要搞⼀个活动,要上线⼀个礼品兑换单,礼品兑换单中有三种商品:图书、杯⼦、衬衫。
每⼀种商品都有:库存量、价格、商品类型和商品类型相关的其他信息。
图书:书名、作者、⻚数
杯⼦:设计
衬衫:设计、可选颜⾊、可选尺⼨
那我们不耐⼼思考,直接写出⼀下结构:
struct gift_list
{
 //公共属性
 int stock_number;//库存量
 double price; //定价
 int item_type;//商品类型
 
 //特殊属性
 char title[20];//书名
 char author[20];//作者
 int num_pages;//⻚数
 
 char design[30];//设计
 int colors;//颜⾊
 int sizes;//尺⼨
};

上述的结构其实设计的很简单,⽤起来也⽅便,但是结构的设计中包含了所有礼品的各种属性,这样使得结构体的⼤⼩就会偏⼤,⽐较浪费内存。因为对于礼品兑换单中的商品来说,只有部分属性信息是常⽤的。
⽐如:
商品是图书,就不需要design、colors、sizes。
所以我们就可以把公共属性单独写出来,剩余属于各种商品本⾝的属性使⽤联合体起来,这样就可以介绍所需的内存空间,⼀定程度上节省了内存。
struct gift_list
{
 int stock_number;//库存量
 double price; //定价
 int item_type;//商品类型
 
 union{
 struct
 {
 char title[20];//书名
 char author[20];//作者
 int num_pages;//⻚数
 }book;
 struct
 {
 char design[30];//设计
 }mug;
 struct
 {
 char design[30];//设计
 int colors;//颜⾊
 int sizes;//尺⼨
 }shirt;
 }item;
};

5. 联合的⼀个练习

​​​​​​​

写⼀个程序,判断当前机器是⼤端?还是⼩端?
int check_sys()
{
 union
 {
 int i;
 char c;
 }un;
 un.i = 1;
 return un.c;//返回1是⼩端,返回0是⼤端
}

第一种方法:

第二种方法:


三、自定义类型:枚举类型

1. 枚举类型的声明

​​​​​​​

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