【C语言进阶】---- 自定义类型详解

【C语言进阶】---- 自定义类型详解
🎈🎈 作者 whispar
🎈🎈专栏： C语言从无到有
✨放低姿态，空杯心态✨

目录

一、结构体

1.1 结构体基础

1.2 结构体内存对齐

1.3 结构体的传参

二 .位段

2.1 位段的使用

2.2 位段的内存分配

2.3 位段的跨平台问题

三、枚举

3 .1 枚举类型的定义

3.2 枚举的优点

四、联合

4.1 联合的特点

4.2 联合的使用

4.3 联合大小的计算

一、结构体

1.1 结构体基础

✔定义：

结构体是一个集合，里面包含许多元素，这些元素的数据类型可以相同，也可以不同。

结构体存在的意义就在于，把很多数据类型不相同的变量封装在一起，组成一个打的新的数据类型。

✔声明：
```
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
struct Stu
{ 
  char name[20];
  int age;
}s1,s2;//利用结构体类型创建的变量，此处s1 ,s2为全局变量
int main(){
  struct Stu s3;  //s3 为局部变量
  return 0；
}
✔匿名结构体：
 
struct
{
   char name[20];
   int age;
}s1;  //只能使用一次，仅在创建时使用了
int main()
{
   return 0;
}
//两个匿名结构体之间不能够相互调用
//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
```
✔结构体的自引用：

typedef 类型重命名/类型定义

实例：单链表的结点
```
//1
typedef struct Node
{
   int data;
   struct Node* next;
}Node;
struct Node n1;
Node n2;
//2
typedef struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;
}* linklist
//3
struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;
};
typedef struct Node* linklist; //再重命名为指针类型linklist
```
✔结构体定义和初始化
```
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 Stu p;
  struct Node* next; 
}n1 = {10, {"zhangsan",20}, NULL}; //结构体嵌套初始化
```
1.2 结构体内存对齐

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
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。
典例一：
```
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
int main() {
    struct S1 
    {
        char c1;
        int i;
        char c2;
    };
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    return 0;
}
//double 8 /int 4 /char 1/short 2/float 4
```
根据以上规则

更改以上表达式的顺序，会导致偏移量发生变化，影响结构体的大小

✅offsetof() 宏，返回结构体成员在结构体中偏移量 , 添加头文件#include

验证如下：
```
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
#include
int main() {
    struct S1 
    {
        char c1;
        int i;
        char c2;
    };
    printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));
    printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));
    printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));
    return 0;
}
```
典例二：（结构体的嵌套问题）
```
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
#include
int main() {
    struct S1
    {
        char c1;
        int i;
        char c2;
    };
    struct S2
    {
        char c1;
        struct S1 s1;
        double d;
    };
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0;
}
```
根据以上规则：

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。
3. 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, 如下图,如访问未对齐的 i 的内存，需要访问两次，而对齐的仅需访问一次即可访问 i
```
struct S{
    char c;
    int i;
};
struct S s;
```
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

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

如何修改默认对齐数？

#pragma预处理指令
```
#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
```
1.3 结构体的传参
```
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; 
}
```
结构体传参的时候，要传结构体的地址。

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。

二 .位段

2.1 位段的使用

✅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。
```
struct A
{
// 4byte - 32bit
 int _a:2; 
 int _b:5;
 int _c:10;
 //4byte -32bit
 int _d:30;
};
printf("%d\n", sizeof(struct A));
 
// 8byte - 64bit
```
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。

2.2 位段的内存分配
```
#include
int main()
{
    //一个例子
    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;
 }
```
2.3 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27，16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
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

三、枚举

3 .1 枚举类型的定义
```
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
};
```
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。使其改变默认值
```
enum Color//颜色
{
  RED=1,
  GREEN=2,
  BLUE=4
};
```
3.2 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
四、联合

4.1 联合的特点

🚩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）。
```
#include 
union Un 
{ 
	char c;  // 1
    int i;   // 4  
};
union Un un;
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(un));
    printf("%d\n", &(un.i)); //共用空间，首地址也保持一致
	printf("%d\n", &(un.c));
}
```
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）。
```
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include 
union Un
{
	char c;
	int i;
};
union Un un;
int main()
{
	un.i = 0x11223344;
	un.c = 0x00;
	printf("%x\n", un.i);
}
```
更改un .c的值后，un.i的值也发生了改变

4.2 联合的使用

面试题：判断当前计算机的大小端存储

✨大端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中；小端（存储）模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位,，保存在内存的高地址中。

若为 a 在内存中为 01 00 00 00 ，即数据高位在内存低位则小端，反之则大端。

✔方法一：利用char* 返回a在内存中的第一个字节
```
#include 
int check_sys()
{
	int a = 1;
	return *(char*)&a;
}
   //数据  0x 00 00 00  01
 //      高位           低位
int main()
{
 
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}
```
✔方法二：利用联合的特点，返回u.c, 即返回u.i =1 的第一个字节（共用存储空间）
```
#include 
int check_sys()
{
	union Un
	{
		char c;
		int i;
	}u;
	u.i = 1;
	return u.c;
}
int main()
{
	int ret = check_sys();
		if (ret == 1)
		{
			printf("小端\n");
		}
		else
		{
			printf("大端\n");
		}
		return 0;
}
```
4.3 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
```
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
int main() {
	union Un1
	{
		char c[5];  //char 1 8 1 
		int i;      //int  4 4 4    // 8
	};
	//最大成员的大小为5，最大对齐数为4 ，则联合体的大小为 8
	union Un2
	{
		short c[7]; // short 2 8 2  //16
		int i;      // int   4 8 4 
	};
	//最大成员的大小为short C[7]即 14 ，最大对齐数为4，则联合体的大小为16
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));
	return 0;
}
```
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原文地址：https://blog.csdn.net/m0_56361048/article/details/125854518

一、结构体

1.1 结构体基础

1.2 结构体内存对齐

1.3 结构体的传参

二 .位段

2.1 位段的使用

2.2 位段的内存分配

2.3 位段的跨平台问题

三、枚举

3 .1 枚举类型的定义

3.2 枚举的优点

四、联合

4.1 联合的特点

4.2 联合的使用

4.3 联合大小的计算