C语言进阶--自定义类型详解（结构体、枚举、联合）

1.结构体

1.1结构体的声明

1.1.1结构的基础知识

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。

1.1.2结构的声明

struct tag
{member-list;
}variable-list;

struct Stu 
{//学生的属性char name[20];int age;
};

struct Stu 
{//学生的属性char name[20];int age;
}s1, s2;  //s1和s2是struct Stu类型的全局变量int main()
{struct Stu s3; //s3是struct Stu类型的局部变量return 0;
}

1.1.3特殊的声明

在声明结构的时候，可以不完全的声明。

struct   //匿名结构体类型，只能使用一次
{char name[20];int age;
}s1;

特殊的声明会出现如下问题：

struct 
{int a;char b;float c;
}x;struct 
{int a;char b;float c;
}a[20], *p;int main()
{p = &x;  //warning C4133: “=”: 从“*”到“*”的类型不兼容return 0;
}

1.1.4结构的自引用

引入数据结构：描述数据在内存中的存储结构。

线形数据结构：顺序表、链表

树形数据结构：二叉树

在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢？

struct Node
{int data;struct Node next;
};
int main()
{sizeof(struct Node); //errorreturn 0;
}

正确的自引用方式：

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

例如：

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

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

1.1.5结构体变量的定义和初始化

struct Point
{int x;int y;
}p1 = {2, 3};

struct Point
{int x;int y;
}p1 = {2, 3};struct Stu
{char name[20];int age;
};int main()
{struct Point p2 = {3, 4};struct Stu s1 = {"zhangsan", 20};return 0;
}

#include <stdio.h>struct Score
{int n;char ch;
};struct Stu
{char name[20];int age;struct Score s;
};int main()
{struct Stu s1 = {"zhangsan", 20, {100, 'q'}};printf("%s %d %d %c\n", s1.name, s1.age, s1.s.n, s1.s.ch); //zhangsan 20 100 qreturn 0;
}

1.1.6结构体内存对齐

计算结构体的大小。

如何计算？

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的地址处。

2.其它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，gcc上没有默认对齐数则就是该成员自身大小）

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。

#include <stdio.h>
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
int main()
{struct S1 s1;struct S2 s2;printf("%d\n", sizeof(struct S1)); //12printf("%d\n", sizeof(struct S2)); //8return 0;
}

验证结果：

#include <stdio.h>
#include <>struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
int main()
{struct S1 s1;struct S2 s2;printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1)); //0printf("%d\n", offsetof(struct S1, i)); //4printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2)); //8return 0;
}

自行画图分析第二个结构体变量：

#include <stdio.h>
#include <>struct S1
{char c1;int i;char c2;
};
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};
int main()
{struct S1 s1;struct S2 s2;printf("%d\n", offsetof(struct S2, c1)); //0printf("%d\n", offsetof(struct S2, c2)); //1printf("%d\n", offsetof(struct S2, i)); //4return 0;
}

自行画图分析第三个结构体变量：

struct S3
{double d;char c;int i;
};int main()
{struct S3 s3;printf("%d\n", sizeof(struct S3)); //16return 0;
}

结构体嵌套：

struct S3
{double d;char c;int i;
};
struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
};int main()
{struct S4 s4;printf("%d\n", sizeof(struct S4)); //32return 0;
}

为什么存在内存对齐？

大部分的资料是这样说的：

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时间的做法。

在设计结构体时，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。

1.1.7修改默认对其数

使用#pragma这个预处理指令，可以改变我们的默认对齐数。

#include <stdio.h>
struct S
{int i; //4 8 4 0-3//4-7double d; //8 8 8 8-15
};int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S)); //16return 0;
}

修改对齐数：

#include <stdio.h>
#pragma pack(4)
struct S
{int i; //4 4 4 0-3//4double d; //8 4 4 4-11
};
#pragma pack()int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S)); //12return 0;
}

不想要对齐数：

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)
struct S
{int i; //4 4 4 0-3//4double d; //8 4 4 4-11
};
#pragma pack()int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S)); //12return 0;
}

#pragma once 在头文件中使用，功能：防止头文件被多次引用。

1.1.8结构体传参

#include <stdio.h>struct S
{int data[1000];int num;
};
void print1(struct S ss)
{int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++){printf("%d ", ss.data[i]);}printf("%d\n", ss.num);
}void print2(const struct S* ps)
{int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++){printf("%d ", ps->data[i]);}printf("%d\n", ps->num);
} 
int main()
{struct S s = {{1,2,3}, 100};print1(s); //传值调用print2(&s); //传址调用return 0;
}

首选print2函数。原因：函数传参时，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时，结构体过大，参数压栈的系统开销越大，所以会导致性能的下降。

结论：

结构体传参时，要传结构体的地址。

1.2位段

1.2.1什么是位段？

位段的声明和结构是类似的，有2个不同：

1.位段的成员是int、unsigned int、signed int、char（属于整型家族）。

2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

位段是用来节省空间的。

struct A
{int _a:2;int _b:5;int _c:10;int _d:30;
};int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct A)); //8return 0;
}

1.2.2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.位段的空间上是按照需要以4个字节（int）或者1字节（char）的方式来开辟的。

2.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};printf("%d\n", sizeof(struct S));s.a = 10;s.b = 12;s.c = 3;s.d = 4;return 0;
}

自行分析&s的内存布局图：

1.2.3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，在16位机器上会出问题）。

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，并且很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

1.2.4位段的应用

在网络中应用。（如IP数据包）

练习：通讯录(静态的版本)

1.静态的版本

2.动态的版本

3.文件的版本

实现一个通讯录
一、人的信息：名字+年龄+性别+电话+地址
二、功能
1.存放100个人的信息
2.增加联系人
3.删除指定联系人
4.查找联系人
5.修改联系人
6.排序
7.显示联系人

test.c：测试功能
contact.c：通讯录相关的实现
contact.h：通讯录相关的声明

//test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include "contact.h"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; //通讯录InitContact(&con); //初始化通讯录do{menu();printf("请选择:>");scanf("%d", &input);switch (input){case 1:AddContact(&con);break;case 2:DelContact(&con);break;case 3:SearchContact(&con);break;case 4:ModifyContact(&con);break;case 5:ShowContact(&con);break;case 6:SortContact(&con);break;case 0:printf("退出通讯录\n");break;default:printf("选择错误\n");break;}} while (input);return 0;
}

//contact.h
#pragma once#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>#define MAX 100
#define MAX_NAME 20
#define MAX_SEX 10
#define MAX_TELE 12
#define MAX_ADDR 30//类型的声明
typedef struct PeoInfo  //人的信息
{char name[MAX_NAME];int age;char sex[MAX_SEX];char tele[MAX_TELE];char addr[MAX_ADDR];
}PeoInfo;typedef struct Contact //通讯录的信息
{PeoInfo data[MAX]; //存放人的信息int count; //记录当前通讯录中实际人的个数
}Contact;void InitContact(Contact* pc); //初始化通讯录void AddContact(Contact* pc); //添加联系人的通讯录void ShowContact(const Contact* pc); //打印通讯录的信息void DelContact(Contact* pc); //删除指定联系人void SearchContact(Contact* pc); //查找指定联系人void ModifyContact(Contact* pc); //修改指定联系人void SortContact(Contact* pc); //排序通讯录中的内容,可以按照名字来排序，按照年龄来排序···

//contact.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include "contact.h"void InitContact(Contact* pc)
{assert(pc);pc->count = 0;memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
}void AddContact(Contact* pc)
{assert(pc);if (pc->count == MAX){printf("通讯录已满，无法添加\n");return;}printf("请输入名字：>");scanf("%s", pc->data[pc->count].name);printf("请输入年龄：>");scanf("%d", &(pc->data[pc->count].age));printf("请输入性别：>");scanf("%s", pc->data[pc->count].sex);printf("请输入电话：>");scanf("%s", pc->data[pc->count].tele);printf("请输入地址：>");scanf("%s", pc->data[pc->count].addr);pc->count++;printf("添加成功\n");
}void ShowContact(const Contact* pc)
{assert(pc);int i = 0;printf("%-20s\t%-5s\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", "名字", "年龄", "性别", "电话", "地址");for (i = 0; i < pc->count; i++){printf("%-20s\t%-5d\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", pc->data[i].name,pc->data[i].age,pc->data[i].sex,pc->data[i].tele,pc->data[i].addr);}
}static int FindByName(Contact* pc, char name[])
{assert(pc);int i = 0;for (i = 0; i < pc->count; i++){if (0 == strcmp(pc->data[i].name, name)){return i;}}return -1;
}void DelContact(Contact* pc)
{char name[MAX_NAME] = { 0 };assert(pc);int i = 0;if (pc->count == 0){printf("通讯录为空，没有信息可以删除\n");return;}printf("请输入要删除人的名字:>");scanf("%s", name);//删除//1.查找int pos = FindByName(pc, name);if (pos == -1){printf("要删除的人不存在\n");return;}//2.删除for (i = pos; i < pc->count - 1; i++){pc->data[i] = pc->data[i + 1];}pc->count--;printf("删除成功\n");}void SearchContact(Contact* pc)
{assert(pc);char name[MAX_NAME] = { 0 };printf("请输入要查找人的名字:>");scanf("%s", name);//1.查找int pos = FindByName(pc, name);if (pos == -1){printf("要查找的人不存在\n");return;}//2.打印printf("%-20s\t%-5s\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", "名字", "年龄", "性别", "电话", "地址");printf("%-20s\t%-5d\t%-5s\t%-12s\t%-30s\n", pc->data[pos].name,pc->data[pos].age,pc->data[pos].sex,pc->data[pos].tele,pc->data[pos].addr);}void ModifyContact(Contact* pc)
{assert(pc);char name[MAX_NAME] = { 0 };printf("请输入要修改人的名字:>");scanf("%s", name);//1.查找int pos = FindByName(pc, name);if (pos == -1){printf("要修改的人不存在\n");return;}printf("要修改的人的信息已经找到，接下来开始修改\n");//2.修改printf("请输入名字：>");scanf("%s", pc->data[pos].name);printf("请输入年龄：>");scanf("%d", &(pc->data[pos].age));printf("请输入性别：>");scanf("%s", pc->data[pos].sex);printf("请输入电话：>");scanf("%s", pc->data[pos].tele);printf("请输入地址：>");scanf("%s", pc->data[pos].addr);printf("修改成功\n");
}int cmp_peo_by_name(const void* e1, const void* e2)
{return strcmp(((PeoInfo*)e1)->name, ((PeoInfo*)e2)->name);
}
void SortContact(Contact* pc) //按照名字来排序
{assert(pc);qsort(pc->data, pc->count, sizeof(PeoInfo), cmp_peo_by_name);printf("排序成功\n");
}

2.枚举

顾名思义：把可能的值一一列举。

比如我们现实生活中：

一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举；

性别有男、女、保密，也可以一一列举；

月份有12个月，也可以一一列举······

2.1枚举类型的定义

//星期
enum Day
{//枚举常量Mon,Tues,Wed,Thur,Fri,Sat,Sun
};

enum Day
{Mon,Tues,Wed,Thur,Fri,Sat,Sun
};int main()
{enum Day d = Fri;return 0;
}

2.2枚举的使用

默认值：

#include <stdio.h>enum Day
{Mon, //0Tues, //1Wed, //2Thur, //3Fri, //4Sat, //5Sun //6
};int main()
{printf("%d\n", Mon); //0printf("%d\n", Tues); //1printf("%d\n", Wed); //2return 0;
}

修改默认值：

#include <stdio.h>enum Day
{Mon=1, Tues, Wed, Thur,Fri, Sat, Sun
};int main()
{printf("%d\n", Mon); //1printf("%d\n", Tues); //2printf("%d\n", Wed); //3return 0;
}

2.3枚举的优点

我们可以使用#define定义常量，为什么还要使用枚举？

优点：

1.增加代码的可读性和可维护性；

2.和#define定义的标识符相比较，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。

练习：优化通讯录

//test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include "contact.h"enum Option  //使用enum优化,添加可读性
{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; //通讯录InitContact(&con); //初始化通讯录do{menu();printf("请选择:>");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:printf("退出通讯录\n");break;default:printf("选择错误\n");break;}} while (input);return 0;
}

3.联合（共用体）

3.1联合类型的定义

联合也是一种自定义类型。这种类型定义的变量也包含一系列的成员，特征是这些成员共用同一块空间（所以联合也叫共用体）。

#include <stdio.h>union Un
{int a;char c;
};int main()
{union Un u;printf("%d\n", sizeof(u)); //4return 0;
}

#include <stdio.h>union Un  
{int a;char c;
};int main()
{union Un u;printf("%p\n", &u); //00B6FD24printf("%p\n", &(u.a)); //00B6FD24printf("%p\n", &(u.c)); //00B6FD24return 0;
}

3.2联合的特点

联合的成员是共用同一块内存空间，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 a;char c;
};int main()
{union Un u;u.a = 0x11223344;u.c = 0x00;return 0;
}

调试：查看内存中&u

判断当前计算机的大小端存储：

int a = 1; //0x 00 00 00 01

低————————>高

01 00 00 00 --大端存储

00 00 00 01 --小端存储

#include <stdio.h>int check_sys()
{int a = 1;return *(char*)&a;
}
int main()
{int ret = check_sys();if (ret == 1)printf("小端\n"); //小端elseprintf("大端\n");return 0;
}

#include <stdio.h>int check_sys()
{union{char c;int i;}u;u.i = 1;return u.c;  //返回1是小端，返回0是大端
}
int main()
{int ret = check_sys();if (ret == 1)printf("小端\n"); //小端elseprintf("大端\n");return 0;
}

3.3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。

#include <stdio.h>union Un
{char arr[5];int i;
};int main()
{printf("%d\n", sizeof(union Un)); //8return 0;
}

总结

今天就暂且更新至此吧，期待下周再会。如有错误还请不吝赐教。希望对您学习有所帮助，翻页前留下你的支持，以防下次失踪了嗷。

作者更新不易，免费关注别手软。