详解自定义类型：结构体，位段，枚举，联合

news2024/11/19 7:26:36

目录

1.结构体

 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 结构体变量的定义和初始化

 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

总结：

本篇将介绍自定义类型：结构体，，位段，枚举，联合，内容较多，请让我一一讲解

1.结构体

1.1  结构的基础知识

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。

数组：数组是一组相同元素类型的集合

 1.2 结构的声明

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

struct是关键字  

tag自己设定的名字

member-list 成员列表

variable-list 

 例如描述一个学生：

#include <stdio.h>
struct student
{
	char name[20];
	int age;
	char sex[5];
}s1, s2, s3;
int main()
{
	struct student s4, s5, s6;
	struct student s7 = { "hulala",20,"男" };
	printf("name=%s\nage=%d\nsex=%s\n", s7.name, s7.age, s7.sex);
	return 0;
}

学生可以有姓名，年龄，性别等信息  可以打印出来

s1,s2,s3是全局变量，直接创建好了就可以使用  分号不能少

而s4,s5,s6是局部变量

 1.3 特殊的声明

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


struct
{
    int a;
    char b;
    float c;
} *p;

 注意：这些是匿名结构体类型，如图 x 和*p只能使用一次

不能再创建第二次了

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签（tag）。
那么问题来了？

//在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？
p = &x;

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。

1.4 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否可以呢？ 

struct Node
{
	int data;
	struct Node next;
};
//可行否？
如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

解析： 无法打印 因为无限大

struct Node next里面又包含了 int date 和 struct Node next

一直循环下去，根本不会打印

正确的自引用方式：

struct Node
{
	int data;  //4个字节
	struct Node* next;//指针类型要么4个字节或者8个字节

};

typedef struct
{
	int data;
	Node* next;
}Node;
//这样写代码，可行否？
#include <stdio.h>
int main()
{
	printf("%d",sizeof( Node));
}

解析：这个写法错了 Node都还没有命名 ，就有一个Node*指针变量了 

//解决方案：

 

提前声明Node 

1.5 结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型，那如何定义变量，其实很简单。

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
    p1 = { 4,5 };
    struct Point p2 = { 2,3 }; //定义结构体变量p2
#include <stdio.h>
int main()
{
	//初始化：定义变量的同时赋初值。
	struct Point p3 = { 1,2};
}

p1和p2都是全局变量，p3是局部变量 

struct Stu //类型声明
{
	char name[15];//名字
	int age;//年龄
};
#include <stdio.h>
int main()
{
	struct Stu s = { "zhangsan", 20 };//初始化
}

 双重定义：

#include <stdio.h>
struct Point
{
	int x;
	int y;
};
struct Node
{
	int data;
	struct Point p;
	struct Node* next;
}n1 = { 10, {4,5}, NULL }; //结构体嵌套初始化
int main()
{
	struct Node n2 = { 20, {5, 6}, NULL };//结构体嵌套初始化
}

 1.6 结构体内存对齐

我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题：计算结构体的大小。
这也是一个特别热门的考点： 结构体内存对齐 

例子：

struct S1
	
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
#include <stdio.h>
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
}

为什么参数类型都全部一样，只是类型顺序不一样。为什么所占内存都不一样呢？ 

考点
如何计算？
首先得掌握结构体的对齐规则：
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。
VS中默认的值为8
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

 

解析：刚开始0的位置谁都可以上去 c1占了1个字节 

但是i占4个字节 ，它的偏移量必须为4的倍数 所以中间浪费了3个字节

 然后c2是1个字节 谁都是它的倍数 

整体大小为9 这个9不是最大成员int i的倍数 

所以必须得扩大到它的倍数 为12

  

解析： 以上题目相似

c1在0的位置中 占一个字节

c2在1的位置中 占一个字节

i   必须得在4的位置中 中间的字节浪费 占4个字节

一共8个字节 刚刚好是最大的int i 4的倍数

所以就是8

struct S3
{
	double d;//8
	char c;//1
	int i;//4
};
#include <stdio.h>
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));
}

 

解析：d占8个字节 从0-7

c占一个字节 8

i占4占字节，从12开始才是它的倍数

一个刚刚好16个字节 是最大的double d 8的倍数

所以是16 

struct S3
{
	double d;//8
	char c;//1
	int i;//4
};
struct S4
{
	char c1;//1
	struct S3 s3;//16
	double d;//8
};
#include <stdio.h>
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
}

解析：跟之前类型 

唯一的重点就是 s3占16个字节 这里可以最匹配成8的倍数就可以

刚刚好32 

1.7 修改默认对齐数

之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。

#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
	char c1;//1
	int i;//4
	char c2;//1
};
#include <stdio.h>
int main()
{
	printf("%d", sizeof(struct S2));
}
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认

 

 解析：这里设置了对齐数为1 所以没有浪费内存

所以就是6 

用完记得恢复  #pragma pack()

1.8 结构体传参 

#include <stdio.h>
struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
//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()
{
	struct S s = { {1,2,3,4}, 1000 };
	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？ 

答案是：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。 

所以还是传地址

结论：
结构体传参的时候，要传结构体的地址。 

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 。

注： char类型也可以 它也属于整形家族
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

例如：

struct A
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

A就是一个位段类型。
那位段A的大小是多少？ 

#include <stdio.h>
struct A
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct A));
}

 

图中的2 5 10 30是比特位的意思

1个int 4个字节 32个比特位

8个字节

 如果不按照位段 得需要16个字节

所以位端还是节省字节  精打细算

 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。

 例子：

如果在一个字节里放不完，必须得重新开辟另一个字节才能 

例如 c可以将1个bit放在第1个字节里，其他4个bit刚刚好和d放一起，其实这样是错误的

必须得重新开辟字节

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。

2.4 位段的应用 

 

 

3. 枚举

枚举顾名思义就是一一列举。
把可能的取值一一列举。

比如我们现实生活中：
    一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举。
    性别有：男、女、保密，也可以一一列举。
    月份有12个月，也可以一一列举

这里就可以使用枚举了 

3.1 枚举类型的定义 

enum Day//星期
{
	Mon,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
enum Sex//性别
{
	MALE,
	FEMALE,
	SECRET
};
enum Color//颜色
{
	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。 

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

 3.2 枚举的优点

        为什么使用枚举？
我们可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？
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 枚举的使用

enum Color//颜色
{
	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。

就相当于clr=2； 

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）。 

例如：

#include <stdio.h>
union Un
{
	char c;//1
	int i;//4
};
int main()
{
	union Un un;
	printf("%d\n", sizeof(un));
}

 

按道理应该有5个字节

但才占4个字节 

因为它是联合体 取最大的一个类型的字节 

 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）

我们来看他们的地址：
 

它们的地址都是一样的，说明它们共用一块空间 ，并且是最大字节的类型

 

面试题：判断当前计算机的大小端存储 

 以前的做法

#include <stdio.h>
int check_sys()
{
	int a = 1;
	return *(char*)(&a);
}
int main()
{
	int a = 1;
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端");
	}
	else
	{
		printf("大端");
	}
}

现在还可以这样写：

int check_sys()
{
	union Un
	{
		char c;
		int i;
	}u;
	u.i = 1;
	return u.c;
}

 

 刚刚好 i占4个字节 c占一个字节 u.c就是就是第一个字节

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 

例如：

#include <stdio.h>
union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};
union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));
}

 

 解析： 第一个是8 可不是5 因为它只是char类型 它只代表了1个字节 不能算最大字节数

所以应该是int 的倍数 8  如果是4的话 char[5]就不够了

第二个同理；

总结：

后期博主会陆续更新

如有不足之处欢迎补充交流

看到这里的友友们，支持一下博主，来个免费三连，感谢! ! !

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