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前言
C语言提供了一些由系统已定义好的数据类型，如：int,float,char等，用户可以在程序中用它们定义变量，解决一般的问题，但我们要处理的问题往往比较复杂，只有系统提供的类型还不能满足应用的需求，C语言允许用户根据自己建立一些数据类型，并用它来定义变量，比如结构体，枚举，联合体这些自定义类型
接下来小羊就带铁汁们学习关于结构体，枚举以及联合体的相关内容~~
一、结构体
1.1 结构体的基础知识
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。
声明结构体类型的一般形式：
1.2 结构体的声明
1.先声明结构体类型，再定义该类型的变量
struct stu
{
char name[20];
int stuid[20];
int age;
int height;
};
int main()
{
struct stu s1；
struct stu s2；
return 0;
}
2.在声明类型的同时定义：
struct stu
{
char name[20];
int stuid[20];
int age;
int height;
}s1,s2;
这种定义结构体的一般形式为:
1.3 结构体的特殊声明
匿名结构体类型
#include<stdio.h>
struct
{
char a;
int b;
double c;
}d;//结构体必须在这里命名，而且只能使用一次
struct
{
char a;
int b;
double c;
}* ps;
int main()
{
ps = &d;//这里不能这样使用，这是非法的
//编译器认为等号两边是不同的结构体类型
return 0;
}
仔细观察上面的这两个结构是不是除了变量名不一样，其他都完全一样
那问题来了，这两个结构体是相同的结构体吗？？？
答案当然不是，省略掉结构体标签后，编译器会认为这两个结构体是不一样的，即使这两个结构体成员是一样的，编译器也会把上面的两个结构体声明当成完全不同的类型
1.4 结构体的自引用
struct Node
{
int Data;
struct Node* Next;
};
#include<stdio.h>
typedef struct Node//重命名这个结构体为Node
{
int Data;
struct Node* Next;
}Node;
int main()
{
struct Node n1 = { 0 };//写法一
Node n2 = { 0 };//写法二
return 0;
}
1.5 结构体的初始化和访问
初始化：
struct Student
{
int num;
char name[20];
char sex[5];
int age;
}s1 = { 1,"李四","女",19 };
int main()
{
struct Student s2 = { 2,"张三","男",18 };
printf("%d %s %s %d\n", s1.num, s1.name, s1.sex, s1.age);
printf("%d %s %s %d\n", s2.num, s2.name, s2.sex, s2.age);
return 0;
}
结构体嵌套初始化：
struct Point
{
int a;
double b;
};
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = { 10, {4,5}, NULL };
结构体访问：
- p.成员名
- (*p).成员名
- p->成员名
1.6 结构体内存对齐
结算结构体的大小，是一个很热门的考点：结构体内存对齐
#include<stdio.h>
struct S1
{
char s1;
int i;
char s2;
};
struct S2
{
int i;
char s1;
char s2;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
运行结果：
12
8
按照我们现在的所认知，char是一个字节，int是两个字节，所以这两个结构体大小不应该是1+1+4=6个字节吗？？但运行起来的结果却跟我们想的不一样，那么就让铁汁们带着疑问往下看~~
我们可以通过宏（offsetof）来观察结构体中各成员变量距起始位置的偏移量
offsetof：计算结构体成员变量相较于结构体起始位置的偏移量
#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
struct S1
{
char s1;
int i;
char s2;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", offsetof(struct S1,s1));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
printf("%d\n", offsetof(struct S1, s2));
return 0;
}
运行结果：
12
0
4
8
好，接下来小羊来解开小伙伴们的疑惑~
首先得掌握结构体的对齐规则：
- 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 Linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小
- 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。
为什么存在内存对齐？
- 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。
总体来说：
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法，我们让占用空间小的成员尽量集中在一起，就可以节省空间。
1.7 修改默认对齐数
#include <stdio.h>
#pragma pack(2)//设置默认对齐数为2
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
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}
运行结果：
8
在不改变对齐数的情况下，运行结果应该是12
1.8 结构体传参
#include<stdio.h>
struct S
{
int a;
int b;
};
struct S s = { 1,9 };
void Print(struct S* ps)
{
printf("%d\n", ps->b);
}
int main()
{
Print(&s);
return 0;
}
函数传参的时候，参数需要压栈，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，参数压栈的系统开销过大，会导致性能的下降
所以结构体传参的时候，传结构体地址
二、位段
2.1 什么是位段
#include<stdio.h>
struct A
{
int a : 2;//a需要2个比特位
int b : 5;//b需要5个比特位
int c : 10;//c需要10个比特位
int d : 28;//d需要28个比特位
};//这就是一个位段
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));
return 0;
}
运行结果：
8
这时候相信铁汁们有个这样的疑问？：
那个还剩下来的15个比特位怎么用的？
#include<stdio.h>
struct S
{
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S));
return 0;
}
运行结果：
3
所以在这里我们可以猜测VS2022，上一次开辟的空间剩下的不够时，是被遗弃了，并没有再次使用，直接用新开的空间。
2.2 位段的内存分配
- 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
- 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。
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;
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，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。
三、枚举
枚举顾名思义就是列举，把可能的取值列举。（枚举是一个常量）
例如：
3.1 枚举类型的定义
#include<stdio.h>
enum day//星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thir,
Fri,
Sta,
Sun
};
enum Sex//性别
{
MALE,
FEMALE = 3,
SECRET
};
enum Color//颜色
{
RED,
GREEN = 89,
BLUE = 78
};
int main()
{
enum Day a = Sun;
printf("%d\n", Mon);
printf("%d\n", Tues);
printf("%d\n", Wed);
printf("\n%d\n", MALE);
printf("%d\n", FEMALE);
printf("%d\n", SECRET);
printf("\n%d\n", RED);
printf("%d\n", GREEN);
printf("%d\n", BLUE);
return 0;
}
运行结果：
0
1
2
0
3
4
0
89
78
以上定义的enum Day，enum Sex，enum Color都是枚举类型，{}中 的内容都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，依次加1，也可以在定义时赋值初值
3.2 的使用
enum Color
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
enum Color clr = GREEN;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值
注意：
- 枚举是一个常量，在定义枚举的时候（无论有没有赋值），不可以对可能取值的值进行改变，例如：Mon=3；（如果想让值发生改变，只能在定义枚举的时候进行赋值改变）
3.3 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。
- 便于调试
- 防止命名污染（封装）
- 使用方便，一次可以定义多个常量
四、联合（共同体）
4.1 联合体的定义
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，特征是这些成员功用一块空间（所以联合也叫共用体）
#include<stdio.h>
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
union Un u;
printf("%d\n", sizeof(u));
printf("%p\n", &u);
printf("%p\n", &(u.c));
printf("%p\n", &(u.i));
return 0;
}
运行结果：
4
000000406BD4F784
000000406BD4F784
000000406BD4F784
4.2 联合体的特点
习题：判断当前计算机的大小端存储：
常规写法：
#include <stdio.h>
int cheak_sys()
{
int a = 1;//00 00 00 01(16进制)
return *((char*)&a);
}
int main()
{
int ret = 0;
ret = cheak_sys();
if (ret == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
}
用联合的方法写：
#include <stdio.h>
int cheak_sys()
{
union Un
{
char c;
int i;
}u;
u.i = 1;
return u.c;
}
int main()
{
int ret = 0;
ret = cheak_sys();
if (ret == 1)
printf("小端\n");
else
printf("大端\n");
return 0;
}
运行结果：
小端
4.3 联合体大小的计算
#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));//8
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16
return 0;
}
本次的内容到这里就结束啦。希望大家阅读完可以有所收获，同时也感谢各位铁汁们的支持。文章有任何问题可以在评论区留言，小羊一定认真修改，写出更好的文章~~
