九、自定义数据类型（结构体、位段、枚举、联合）
一、结构体
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> // 声明一个结构体 // 声明一个学生类型，是想通过学生类型创建学生变量 struct Stu { char name[20]; char tele[12]; char sex[10]; int age; }s4, s5, s6; // s4, s5, s6是结构体 struct Stu 创建的 全局的结构体变量 struct Stu s3; //全局的结构体变量 int main() { // 创建结构体变量 struct Stu s1; // 局部结构体变量 struct Stu s2; return 0; }
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> // 匿名结构体声明 struct // 没有结构体名称， 所以创建结构体的时候必须创建变量 如 x { int x; int y; }pa; struct { int x; int y; }*psa; // 匿名结构体指针 int main() { psa = &pa; // 虽然pa与*psa所对应的结构体的成员属性是相同的，但是他们并不是同一个结构体，编译的时候回报警告，两种数据类型不一样，是非法的。 return 0; }
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> //struct Node //{ // int data; // struct Node next; //会直接报错， 结构体内部不能调用自己， // 结构中包含一个类型为该结构本身的成员是不可以的。有点像递归，但不是递归 //}; typedef struct Node { int data; struct Node* Next; // 存放下一个节点的地址 }Node; // 结构体变量重命名 //typedef struct //{ // int data; // Node1* Next; // 这种写法是错误的，因为此时Node1还没有定义 //}Node1;
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> struct S1 { char c1; int a; char c2; }; struct S2 { char c1; char c2; int a; }; int main() { struct S1 s1 = { 0 }; struct S2 s2 = { 0 }; printf("%d\n", sizeof(s1)); // 12 printf("%d\n", sizeof(s2)); // 8 }
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。#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> int main() { //练习1 struct S1 { char c1; int i; char c2; }; printf("%d\n", sizeof(struct S1)); // 12 == 4 + 4 + 4 //练习2 struct S2 { char c1; char c2; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S2)); // 8 == 4 + 4 //练习3 struct S3 { double d; char c; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S3)); // 16 == 8 + 4 + 4 //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)); // 32 == 8 + (8 + 8) + 8 return 0; }
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。
总体来说：
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。/*那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，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。*/ //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。
#pragma pack(8) //设置默认对齐数为8#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> struct S { char c1; double d; }; int main() { struct S s; printf("%d\n", sizeof(s)); // 16 return 0; }#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> #pragma pack(4)//设置默认对齐数为8 struct S1 { char c1; double d; }; #pragma pack()// 取消设置的默认对齐数 int main() { struct S1 s1; struct S1 s2; printf("%d\n", sizeof(s1)); // 12 return 0; }
// 头文件 #include<stddef.h>#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> #include<stddef.h> struct S { char c; int i; double d; }; int main() { // offsetf printf("%d\n", offsetof(struct S, c)); // 0 printf("%d\n", offsetof(struct S, i)); // 4 printf("%d\n", offsetof(struct S, d)); // 8 return 0; }
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> struct S { int a; char c; double d; }; void Init1(struct S tmp) { tmp.a = 2; tmp.c = 'w'; tmp.d = 3.14; } void Init2(struct S *tmp) { tmp->a = 2; tmp->c = 'y'; tmp->d = 3.14; } void Print1(struct S tmp) { printf("%d %c %lf\n", tmp.a, tmp.c, tmp.d); } void Print2(const struct S *tmp) // 防止结构体中的数据被修改， 可以在传参的地方加上 const { printf("%d %c %lf\n", tmp->a, tmp->c, tmp->d); } int main() { struct S s = { 0 }; Init1(s); printf("%d\n", s.a); // 0 因为 Init1传过去的参数是值拷贝，所以修改了 tmp对 s不会影响 Init2(&s); Print1(s); Print2(&s); return 0; } /* 1. 上面的print1 和print2 函数哪个好些？ 答案是：首选print2函数。 2. 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。 3. 结论： 结构体传参的时候，要传结构体的地址。 */
二、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 。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> /* 位段的位是二进制位, 位段的数字不能大于 32 */ struct S { int _a : 2; // int 占据 4个字节， 2 指的是 _a 只需要2个 bit 位 int _b : 5; // 5 指的是需要占据 5个bit位 int _c : 10; int _d : 30; }; int main() { struct S s; printf("%d\n", sizeof(s)); // 8 ---- 2+5+10+30==47个bit return 0; }
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。位段的数字不能大于 32
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。#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> struct S { char a : 3; char b : 4; char c : 5; char d : 4; }; int main() { struct S s = { 0 }; s.a = 10; s.b = 12; s.c = 3; s.d = 4; printf("%d\n", sizeof(s)); // 3 printf("%d %d %d %d\n", s.a, s.b, s.c, s.d); // 2 -4 3 4 return 0; } /* 位段在内存中的存储顺序是 从低地址到高地址或者从高地址到低地址C语言是没有具体说明的。完全依赖的是编译器自身决定。当前vs2013位段的存储是从高地址往低地址存储。 char a : 3; char b : 4; char c : 5; char d : 4; a 占据3个位， b占据 4个位，这样的话一个字节8位就可以存储 a, b，剩余一个字节不够 c存储，所以剩余一个字节被浪费掉。 c占据5位， 开辟了一个新的字节，剩余的三个字节不够 d用， 所以 d开辟新的字节。所以 sizeof(s) == 3。 a=10; 1010 但是 char a:3之后，只能存储三个字节，所以存储的是 010 == 2 b=12; 1100 但是 char b:4之后，只能存储四个字节，所以存储的是 1100 。首位是符号位 ，所以是 -4 c=3; 0011 但是 char c:5之后，只能存储五个字节，所以存储的是 00011 == 3 d=4; 0100 但是 char d:4之后，只能存储四个字节，所以存储的是 0100 == 4 存储在内存中分别是 第一个字节 X1100010 X代表的位没有被使用 第二个字节 XXX00011 X代表的位没有被使用 第三个字节 XXXX0100 X代表的位没有被使用 */
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。
位段虽然有点鸡肋，但是还是有用之处的。
在网络通信中，如果某些特定协议的协议头是固定的长度。比如第一位是 src, 第二位是 dst,还有 sse, ssr等固定协议头的话，采用结构体的时候可能会出现内存的浪费较大，所以此时可以使用 位段 来节省空间
三、枚举
枚举顾名思义就是一一列举。
把可能的取值一一列举。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> enum Day//星期 { // 枚举的可能取值 Mon, Tues, Wed, Thur, Fri, Sat, Sun }; enum Sex//性别 { MALE, FEMALE, SECRET }; enum Color//颜色 { RED, GREEN, BLUE }; int main() { enum Sex s = MALE; return 0; }
为什么使用枚举？
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。#defin定义的只是一个符号， 而 RED具有数据类型
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
// 枚举变量的值默认从0开始依次递增。 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> enum Sex//性别 { MALE, FEMALE, SECRET }; int main() { printf("%d %d %d \n", MALE, FEMALE, SECRET); // 0 1 2 return 0; }// 可以依次给枚举的值赋初值 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> enum Sex//性别 { MALE = 1, FEMALE = 2, SECRET = 4, }; int main() { printf("%d %d %d \n", MALE, FEMALE, SECRET); // 1 2 4 return 0; }// 没有赋初值的枚举变量，会根据上一次的枚举的值依次递增 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> enum Sex//性别 { MALE = 3, FEMALE, SECRET = 4, }; int main() { printf("%d %d %d \n", MALE, FEMALE, SECRET); // 3 4 4 return 0; }
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> enum Sex { MALE, FEMALE }; int main() { enum Sex s; printf("%d\n", sizeof(s)); // 4 }
四、联合
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）。//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; //计算连个变量的大小 printf("%d\n", sizeof(un)); }
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）。所以爱同一时刻的时候， i和c不能同时使用#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> union Un { char c; int i; }; int main() { union Un u; printf("%d\n", sizeof(u)); // 4 printf("%p\n", &(u.c)); // 003AF788 printf("%p\n", &(u.i)); // 003AF788 printf("%p\n", &u); // 003AF788 return 0; }
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> union Un { char c; int i; }; int check_system() { int i = 1; char *c = (char *)&i; return *c; } int main() { // 指针判断 int ret = check_system(); if (ret == 0) { printf("大端存储\n"); } else { printf("小端存储\n"); } // 联合判断 union Un u = { 0 }; u.i = 1; int re = u.c; if (re == 0) { printf("大端存储\n"); } else { printf("小端存储\n"); } return 0; }
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。#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<stdio.h> union Un1 { char c[5]; int i; }; union Un2 { short c[7]; int i; }; union Un3 { char c[7]; int i[3]; }; 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 printf("%d\n", sizeof(union Un3)); // 12 union Un1 u; printf("%d\n", sizeof(u)); // 8 return 0; }
