自定义类型--结构体,枚举,联合

目录

结构体

结构体的声明

结构的自引用

结构体变量的定义和初始化

结构体内存对齐

习题1-4 

为什么存在内存对齐? 

修改默认对齐数

结构体传参

位段

什么是位段

 位段的内存分配

 位段的跨平台问题

位段的应用

枚举

枚举类型的定义

​编辑 枚举的优点

枚举的使用

联合(共用体)

联合类型的声明

联合的特点

面试题:

联合大小的计算


结构体

结构体的声明

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

特殊的声明

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

//匿名结构体只能用一次
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}a[20], *p;

//这里的p = &x;是不合法的,编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。

结构的自引用

错误代码1

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

正确代码2

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

//这里结构体的自引用,更多使用是在链表中,设置好数据域和指针域,通过指针域将与数据域线连接,将单独数据链接一条链表。

代码3 --对结构体中指针的引用

typedef struct
{
 int data;
 Node* next;
}Node;
//这样写代码,可行否?
//解决方案:
typedef struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
}Node;

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

构体内存对齐

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。

 

习题1-4 

 练习1


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

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

练习2 

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

int main()
{
	
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));

	return 0;
}

 练习3

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

 

 练习4-结构体嵌套问题

struct S4
{
 char c1;      //0
 struct S3 s3; //16
 double d;     //24
};

//浪费空间为8
//输出为32

 全部的结果:

为什么存在内存对齐? 

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;
};

修改默认对齐数

#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()
{
    //输出的结果是什么?
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}

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。

结构体传参

代码:

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。

位段

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 。(整型家族)
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

比如:

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

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct A));

	return 0;
}

那么它的大小为什么是8字节呢?

 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。

列子如下:

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;
}

 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。

位段的应用

                                                                                                             ----来自鹏哥

举个列子更容易让人明白,在我们平时日常中我们传输数据的时候,我们需要将数据打包传输,其中可能你的地址,传送过去接受的地址,聊天内容的数据,还有各种协议的数据,那么我们不可能将他们按统一类型,这样会增加内存,对企业而言就会增加成本,对我们而言还可能影响我们聊天(传输时间可能变长,忽略不计)。

枚举

枚举类型的定义

enum Day//星期
{
 Mon,         //0
 Tues,        //1
 Wed,
 Thur,
 Fri,
 Sat,
 Sun          //6
};
enum Sex//性别
{
 MALE,         //0
 FEMALE,       //1
 SECRET        //2
};
enum Color//颜色
{
 RED,
 GREEN,
 BLUE
};

这里我们可以对他们进行赋初值,比如每周是从1开始的。

enum Day//星期
{
	Mon=1,         //1
	Tues,      
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun          //7
};

int main()
{

	printf("%d\n", Mon);
	printf("%d\n", Tues);
	printf("%d\n", Wed);
	printf("%d\n", Thur);
	printf("%d\n", Fri);
	printf("%d\n", Sat);
	printf("%d\n", Sun);


	return 0;
}

 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

枚举的使用

在我们设置的菜单中--这里就体现了他的可读性和可维护性

enum Option
{
	EXIT,
	ADD,
	DEL,
	SEARCH,
	MODIFY,
	SHOW,
	SORT
};

void menu()
{
	printf("*****************************\n");
	printf("*** 1.add        2.del    ***\n");
	printf("*** 3.search     4.modify ***\n");
	printf("*** 5.show       6.sort   ***\n");
	printf("*** 0.exit				  ***\n");
	printf("*****************************\n");

}

int main()
{
	int input = 0;
	Contact con;
	InitContact(&con);

	do
	{
		menu();
		printf("wirte:>");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case ADD:
			AddContact(&con);
			break;
		case DEL:
			DelContact(&con);
			break;
		case SEARCH:
			SearchContact(&con);
			break;
		case MODIFY:
			ModifyContact(&con);
			break;
		case SHOW:
			ShowContact(&con);
			break;
		case SORT:
			SortContact(&con);
			break;
		case EXIT:
			break;
		default:
			printf("输入错误,请重新输入:");
			break;
		}
	} while (input);

	return 0;
}

联合(共用体)

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

//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

int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(un));//4

	return 0;
}

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)。

union Un
{
 int i;
 char c;
};
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗?
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));
//下面输出的结果是什么?
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);

面试题:

判断当前计算机的大小端存储

方法一:


int check_sys(int x)
{
	if ((char)x == 1)
		return 1;
	else
		return 0;
}

int main()
{
	int i = 1;
	int ret=check_sys(i);
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;

}

方法二:

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

int main()
{
	int ret=check_sys();

	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;

}

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。

感谢大家支持!!!

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