C语言—自定义类型

时间:2021-07-06 00:52:15

一、结构体

1、结构体的声明

结构基础知识

结构是一些值的集合,这些值被称为成员变量,结构的每个成员可以是不同类型的变量。


结构体的声明

struct tag{
member-list; //成员列表
}variable-list; //变量列表

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实例:

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b1,b2,b3,b4,b5,b6,都是结构体变量


特殊的声明

1、匿名结构体类型

声明结构的时候,不完全声明

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上面两个结构体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,下面代码合法吗?
ps = &s;

警告:编译器会把上面的两个声明当做完全不同的两个类型,所以是非法的。


2、结构体的自引用

在结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员,是否可以呢?

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如果可行,那么sizeof(struct N)是多少?

答案:这样是不可行的,字节会无限大


正确的自引用方式:

不是包含同类型的结构体变量,而是包含同类型的结构体指针

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提出下一个问题:

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答案:不可以!Node 和 Node* 之间存在定义顺序的问题

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3、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? 很简单!

有两种方式:

1、在声明结构体类型的时候定义变量

2、在创建好结构体后,再定义变量

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怎么初始化呢?

定义变量的时候同时赋初值(和数组一样,使用{}包含内容

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同时,结构体发生嵌套时,需要进行嵌套初始化

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4、结构体变量的访问

两种方式:

1、(.)操作符,通过结构体变量访问成员

2、(->)操作符,通过结构体指针访问成员

实例:

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5、结构体内存对齐

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

在此之前,我们先做一个练习:

//练习1
struct S1{
char c1;
int i;
char c2;
};

int main() {
printf("%d",sizeof(struct S1));


return 0;
}

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按我们的理解,应该是字节数为6才对,但这里是12,这说明结构体的字节计算不简单!


考点 如何计算?首先需要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的地址出。

2、其他成员变量需要对其到某个数字(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中默认值为8

linux中没有默认对齐数的概念

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(含嵌套结构体的的对齐数)的整数倍

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为什么存在内存对齐?

大部分的参考资料都是如此说的:

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的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址处去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)应该尽可能的在自然边界上对齐。原因在于,为了访问未对齐的内存,处理齐需要做两次内存的访问;而对齐的内存访问仅需要一次


总得来说:

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


修改默认对齐数

之前我们又提及 #pragma 这个预处理指令,这里我们用来,改变我们的默认对齐数

格式:

#pragma pack(2) //设置默认对齐数为2
struct S{
.......
};

#pragma pack() //取消设置默认对齐数,还原为默认

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原本的默认最大对齐数为8,上述结构体的字节数为12,此时更改为2后,结构体的字节数为8。

结论:结构体在对齐方式不合适的时候,我们可以自己更改默认对齐数

6、结构体传参

同样,结构体传参也有两种方式:

1、传结构体

2、传地址

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对于结构体,通常情况下,我们选择传地址的方式!

原因:

1、函数传参时,参数是需要压栈的,会有时间和空间上的系统开销。

2、如果传递一个结构体对象时,结构体过大,参数压栈的系统开销比较大,所以会导致性能的下降。


7、位段

结构体讲完,就得讲讲结构体实现位段的能力(位段依附于结构体)


什么是位段?

位段的声明和结构体是类似的,有两个不同:

1、位段的成员必须是 int,unsigned int ,signed int 或者char类型

2、位段的成员名后面有一个冒号和一个数字

比如:

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A就是一个位段类型

那位段A的大小是多少?

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

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显示8个字节?冒号后面的数字代表什么含义呢?

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此外,数字的最大值为32bit(int)或8bit(char),不能超过4个字节或1个字节

数字的含义清楚了,但好像也不对,看来还需要更深入的探究!!!


位段的内存分配

1、位段的成员可以是 int,unsigned int,signed int 或者char(属于整型家族)类型

2、位段的空间上时按照需要以4个字节(int)一个字节(char)的方式来开辟的

3、位段设计很多不确定的因素。位段时不跨平台的,注意可移植程序需要避免使用位段

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位段存在的意义

根据自己实际的需求,分配内存块的大小,一定程度上帮助节省空间


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,如果写成27,在16位机器中会出问题)

3、位段中的成员在内存上时从左向右分配,还是从右向左分配标准尚未定义

注:在vs下,是从左向右分配

4、当一个结构体包含两个位段,第二个位段的成员比较大,无法容纳第一个位段剩余位时,是舍弃还是利用是不确定的。


总结:

跟结构体相比,位段可以达到同样的效果,但是可以很好的节省空间,但有跨平台的问题存在。


位段的应用

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二、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:

1、一周的星期一到星期日是有限的7天,可以一一列举

2、性别有:男,女,保密,也可以一一列举

3、月份有十二个月,也可以一一列举

这里就可以使用枚举了


1、枚举类型的定义:

enum Day{    //星期
mon,
tues,
wed,
thur,
fri,
sat,
sum
}:

以上定义的enum Day就是一个枚举类型,{}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,如:

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2、与结构体的区别:

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3、枚举的优点

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

3、防止命名污染(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

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

enum Color clr = GRREEN;

只能拿枚举常量枚举变量赋值,才不会出现类型差异,不可写为

clr = 5;

三、联合(共用体)

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(所以联合体也称为共用体)


联合体的声明

union Un{
char c;
int i;
}

联合体变量的定义:

union Un u;

union Un u;计算联合变量的大小

printf(%d",sizeof(u));

2、联合体的特点

联合的成员公用一块内存空间,这样一个联合体变量的大小,至少最大成员的大小(至少需要有能力保存最大的那个成员)


面试题

判断当前计算机的大小端

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3、联合大小的计算

1、联合的大小至少是,但不一定是最大成员的大小,

2、当前最大成员的大小不是最大对齐数的整数倍时,就要对齐到最大对齐数的整数倍

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