自定义类型：结构体，枚举，联合（详解版）

news2025/1/4 18:50:04

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🐋自定义类型：结构体，枚举，联合

  • 🦖结构体
    • 🐔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 位段跨平台问题
      • 🐤2.4 位段的应用
  • 🦖枚举
    • 🐤1.1 枚举的定义
    • 🐤1.2 枚举的优点
    • 🐤1.3 枚举的使用
  • 🦖联合（共用体）
    • 🐤1.1 联合类型的定义
    • 🐤1.2 联合的特点
    • 🐤1.3 联合大小的计算
  • 🦖结语

🦖结构体

🐔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

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

🐤1.3 特殊的声明

//在声明结构的时候，可以不完全声明。
//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）。

p = &x;   //不合法
		  //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

结构不能引用结构本身。例如：

struct Node
{
	int data;
	struct Node next;
};
//这样自引用不可行，是一个死结构，无法使用，也无法计算其大小。

正确的自引用方式，是引用结构本身的指针。
例如：

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

注意：

typedef struct
{
	int data;
	Node* next;
}Node;
//这样写代码，不可行。因为先定义next，才重命名结构为Node，在定义next时不知道有Node这个类型。
//解决方法：
typedef struct Node
{
	int data;
	struct Node* next;
}Node;

🐤1.5 结构体变量的定义和初始化

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 //类型声明
{
	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

🐤1.6 结构体内存对齐

我们现在深入讨论一个问题：计算结构体的大小。

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
  1. 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。
  2. 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
//练习1：
int main() {
	struct S1{
		char c1;
		int i;
		char c2;
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	return 0;
}

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//练习2
int main() {
	struct S2
	{
		char c1;
		char c2;
		int i;
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

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//练习3
int main() {
	struct S3
	{
		double d;
		char c;
		int i;
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct S3));
	return 0;
}

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//练习4
struct S3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};

int main() {
	struct S4
	{
		char c1;
		struct S3 s3;
		double d;
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct S4));
	return 0;
}

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内存对齐的优点：

  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。

总的来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，让占用空间小的成员尽量集中在一起。

例如：

struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};

S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。

🐤1.7 修改默认对齐数

修改默认对齐数使用到的关键字是pragma

#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()
{
	
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

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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。

🐤1.8 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。

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

位段和结构类似有2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。

比如：

int main() {
	struct A
	{
		int _a : 2;
		int _b : 5;
		int _c : 10;
		int _d : 30;
	};
	printf("%d\n", sizeof(struct A));
	return 0;
}

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🐤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。

例如：

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;

上述代码是开辟内存的方法如下：
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🐤2.3 位段跨平台问题

  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

数据的打包传递
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🦖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。

🐤1.1 枚举的定义

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。

例如：

int main() {
	enum Color//颜色
	{
		RED,
		GREEN = 2,
		BLUE
	};
	printf("RED::%d GREEN::%d BLUE::%d\n", RED, GREEN, BLUE);
	return 0;
}

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🐤1.2 枚举的优点

  • 增加代码的可读性和可维护性;
  • 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨;
  • 防止了命名污染（封装）;
  • 便于调试;
  • 使用方便，一次可以定义多个常量。

🐤1.3 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。
clr = 5; //error  不可以给枚举 *常量赋值*

🦖联合（共用体）

🐤1.1 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）。

比如：

int main() {
	//联合类型的声明
	union Un
	{
		char c;
		int i;
	};
	//联合变量的定义
	union Un un;
	//计算连个变量的大小
	printf("%d\n", sizeof(un));
	return 0;
}

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🐤1.2 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）。

int main() {
	union Un
	{
		int i;
		char c;
	};
	union Un un;
	
	printf("%#x\n", &(un.i));
	printf("%#x\n", &(un.c));
	
	un.i = 0x11223344;
	un.c = 0x55;
	printf("%#x\n", un.i);  //11 22 33 55
	return 0;
}

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//判断当前计算机的大小端字节序存储
int main() {
	union Un
	{
		int i;
		char c;
	};
	union Un un;
	
	un.i = 1;
	if (un.c == 1) {
		printf("小端\n");
	}else {
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

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🐤1.3 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;
};

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union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};

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🦖结语

到这里这篇博客已经结束啦。
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