【海贼王编程冒险 - C语言海上篇】自定义类型：结构体，枚举，联合怎样定义？如何使用？

目录

1 -> 结构体的声明

1.1 -> 结构的基础知识

1.2 -> 结构的声明

1.3 -> 特殊的声明

1.4 -> 结构的自引用

1.5 -> 结构体变量的定义与初始化

1.6 -> 结构体内存对齐

1.7 -> 修改默认对齐数

1.8 -> 结构体传参

2 -> 位段

2.1 -> 什么是位段

2.2 -> 位段的内存分配

2.3 -> 位段的跨平台问题

2.4 -> 位段的应用

3 -> 枚举

3.1 -> 枚举类型的定义

3.2 -> 枚举的优点

3.3 -> 枚举的使用

 4 -> 联合(共用体)

4.1 -> 联合类型的定义

4.2 -> 联合的特点

4.3 -> 联合大小的计算


1 -> 结构体的声明

1.1 -> 结构的基础知识

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。

1.2 -> 结构的声明

例如描述一个学生：

struct Student
{
    char name[20]; //姓名
    int age; //年龄
    char id[20]; //学号
};

1.3 -> 特殊的声明

在声明结构时可以不完全声明

struct
{
    char name[20]; //姓名
    int age; //年龄
    char id[20]; //学号
}x;

1.4 -> 结构的自引用

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

1.5 -> 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 = { 1, 2 };

struct Student  // 类型声明
{
    char name[20];  // 姓名
    int age;   // 年龄
};

struct Student stu = { "zzl", 21 }; // 初始化

struct Node
{
    int data;
    struct Point p;
    struct Node* next;
}n1 = { 1, {2,3}, NULL }; // 结构体嵌套初始化

struct Node n2 = { 2, {4, 5}, NULL }; // 结构体嵌套初始化

1.6 -> 结构体内存对齐

结构体的对齐规则：

->   第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
->    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)
->    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。
->    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。

存在内存对齐的原因： 

->    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。

总的来说：

 结构体的内存对齐是用空间换时间的做法。

设计结构体时，怎样满足内存对齐又节省空间？

让占用空间小的成员尽量集中在一起

struct Point
{
    char x;
    int y;
    char z;
}p1;

struct Point
{
    char x;
    char z;
    int y;
}p2;

 很显然，p1与p2类型虽然成员相同，但是占有的空间则是不同的。

1.7 -> 修改默认对齐数

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include <stdio.h>

#pragma pack(8) // 设置默认对齐数为8
struct Point1
{
    char x;
    int y;
    char z;
}p1;
#pragma pack() // 取消设置的默认对齐数，还原为默认对齐数

#pragma pack(2) // 设置默认对齐数为2
struct Point2
{
    char x;
    int y;
    char z;
}p2;
#pragma pack() // 取消设置的默认对齐数，还原为默认对齐数

int main()
{

    printf("p1占用空间字节数为: %d\n", sizeof(p1));
    printf("p2占用空间字节数为: %d\n", sizeof(p2));

    return 0;
}

运行结果：

 

1.8 -> 结构体传参

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include <stdio.h>

struct S
{
	int data[50];
	int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4}, 21 };

// 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;
}

很显然，Print2函数更好。

因为：

->  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：

结构体传参时，要传结构体的地址。

2 -> 位段

2.1 -> 什么是位段

位段的声明与结构相似，但是有两个不同：

->  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。

 例如：

struct S
{
	int _a : 3;
	int _b : 5;
	int _c : 7;
};

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. 位段的空间上按照需要以4个字节(int)或者1个字节(char)的方式开辟的。
  3. 位段涉及诸多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应避免使用位段。

如：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include <stdio.h>

struct S
{
	int _a : 3;
	int _b : 5;
	int _c : 7;
};

int main()
{

	struct S s = { 0 };
	s._a = 1;
	s._b = 2;
	s._c = 3;

	return 0;
}

2.3 -> 位段的跨平台问题

->  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。

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，但是存在跨平台问题。

2.4 -> 位段的应用

3 -> 枚举

3.1 -> 枚举类型的定义

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

定义的enum Day为枚举类型

{}内的内容是枚举类型的可能取值，称作枚举常量。 

3.2 -> 枚举的优点

优点：

  1. 增加代码的可读性与可维护性。
  2. 与#define定义的标识符相比，枚举有类型检查，更加的严谨。
  3. 防止命名污染(封装)。
  4. 便于调试。
  5. 使用方便，一次可以定义多个变量。

3.3 -> 枚举的使用

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include <stdio.h>

enum Day//星期
{
	Mon = 1,
	Tues = 2,
	Wed = 3,
	Thur = 4,
	Fri = 5,
	Sat = 6,
	Sun = 7
};

int main()
{

	enum Day day = Sat;
	
	return 0;
}

 4 -> 联合(共用体)

4.1 -> 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，特征是这些成员共用同一块空间(所以联合也叫做共用体)。

// 联合类型的声明
union Un
{
	int a;
	char b;
};

union Un u; // 联合类型的定义

4.2 -> 联合的特点

联合的成员是共用同一内存空间，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小(因为联合体至少得有能力保存最大的成员)。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include <stdio.h>

// 联合类型的声明
union Un
{
	int a;
	char b;
};

union Un u; // 联合类型的定义

int main()
{

	printf("%d\n", &(u.a));
	printf("%d\n", &(u.b));
	
	return 0;
}

4.3 -> 联合大小的计算

  1. 联合的大小至少是最大成员的大小。
  2. 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。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include <stdio.h>

union Un1
{
	int a;
	char b[10];
};

union Un2
{
	int a;
	short b[20];
};

int main()
{

	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));
	
	return 0;
}

运行结果：

感谢各位大佬支持!!!

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