C语言：自定义类型

今天小编带来的是C语言中对自定义类型相关内容的讲解，若有不当之处，欢迎各位大佬指正。

一、结构体

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的变量。

结构体声明:

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

eg.描述一个学生基本信息：

struct Stu
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号  
};

结构体变量的创建和初始化

#include <stdio.h>
struct Stu
{char name[20];//名字int age;//年龄char sex[5];//性别char id[20];//学号
};int main(){//按照结构体成员的顺序初始化struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };printf("name: %s\n", s.name);printf("age : %d\n", s.age);printf("sex : %s\n", s.sex);printf("id  : %s\n", s.id);//按照指定的顺序初始化struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "lisi", .id = "20230818002", .sex ="⼥" };printf("name: %s\n", s2.name);printf("age : %d\n", s2.age);printf("sex : %s\n", s2.sex);printf("id  : %s\n", s2.id);return 0;}

结构的特殊声明

在声明结构时,可以不完全声明

struct
{int a;char b;float c;
}x;struct
{int a;char b;float c;
}a[20], *p;

上面两个结构在声明时省略了结构体标签(tag)

那么问题来了:

//在上面代码的基础上,下面的代码合法吗?
p = &x;

警告：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

匿名的结构体类型，如果没有对结构体类型重命名的话，基本上只使用一次

结构的自引用

定义结构体不要使用匿名结构体了

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

结构体内存对齐

对齐规则:

1.结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处

2.从第二个成员变量开始,都要对齐到某个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变量大小的较小值

//VS中默认的值为8;

//Linux中gcc没有默认对齐数,对齐数就是成员自身的大小

3.结构体总大小为最大对齐数(结构体中每个成员变量都有一个对齐数,所有对齐数中最大的)的整数倍

4.如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体成员对度齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处,结构体的整数大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体中成员的对齐数)的整数倍

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任意访问任意地址上的 任意数据;某些任意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.

假设一个处理器总是从内存中去8个字,则地址必须是8的倍数,如果我们能将所有的double类型的数据的地址都对齐成8的倍数,那么就可以用一个内存操作来读或者写了.否则,我们可能需要执行两次内存访问,因为对象可能被分放在两个8字节的内存块中

总的来说:结构体的内存对齐是拿空间换取时间的做法

在设计结构体时,既做到满足对齐,又要满足节省空间的做法:

//让占用空间小的成员尽量集中在一起
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};struct S2
{char c1;char c2;int i;
};

S1和S2类型的成员一模一样,但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别

修改默认对齐数

#pragma这个预处理指令,可以改变编译器的默认对齐数

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)//设置默认对⻬数为1 
struct S
{char c1;int i;char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的对⻬数，还原为默认int main()
{//输出的结果是什么？printf("%d\n", sizeof(struct S));return 0;
}

结构体在对齐方式不合适的时候,我们可以修改默认对齐方式

结构体传参

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;
}

首选print2函数

原因:函数传参的时候,参数是需要栈,会有时间和空间上系统的开销.

如果一个传递结构体对象的时候,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.

结论:结构体传参的时候,要传结构体地址.

结构体实现位段

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,在C99中位段成员类型也可以选择其他整型家族类型,如:char

2.位段的成员名后面有一个冒号和一个数字

例如:

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

A就是一个位段类型

位段A所占内存的大小

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

位段的内存分配

1.位段成员可以是int,unsigned int,signde int或者是char等类型

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

//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;
//空间是如何开辟的？

位段的跨平台问题

1.int位段被当成有符号数还是无符号是不确定的

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位机器中会出现问题)

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

位移的应用

下图是⽹络协议中，IP数据报的格式，我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述，这⾥ 使⽤位段，能够实现想要的效果，也节省了空间，这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些，对⽹络 的畅通是有帮助的。

位段使用的注意事项

位段的几个成员共有同一个字节,这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置,那么这些位置处是没有地址的.内存中每个字节分配一个地址,一个字节内部的bit位是没有地址的

所以不能对位段的成员使用&操作符,这样就不能使用scanf直接给位段的成员输入值,只能是先输入放在一个变量中,然后赋值给位段的成员

struct A
{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 30;
};
int main()
{struct A sa = {0};scanf("%d", &sa._b);//这是错误的//正确的⽰范int b = 0;scanf("%d", &b);sa._b = b;return 0;
}

2.联合和枚举

联合体

联合体类型的声明

联合体也是由一个或多个成员构成，这些成员可以是不同的类型，联合体的关键字是union.

但是编译器只为最大的成员分配足够的内存空间。联合体的特点是所有成员共用同一块内存空间，因此，联合体也叫共用体。

给联合体其中一个成员赋值，其他成员的值也跟着变化

#include <stdio.h>
//联合类型的声明union Un
{char c;int i;
};
int main()
{//联合变量的定义union Un un = {0}；//计算连个变量的⼤⼩printf("%d\n", sizeof(un));return 0；
}

输出结果：1 4

联合体特点：

联合体的成员是共用同一块内存空间的，这样一个联合体变量的大小，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

联合体大小的计算

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 Un1
{char c[5];int i;
};
union Un2
{short c[7];int i;
};
int main()
{//下⾯输出的结果是什么？printf("%d\n", sizeof(union Un1));printf("%d\n", sizeof(union Un2));return 0;
}

使用联合体是可以节省空间的

eg. 我们要搞⼀个活动，要上线⼀个礼品兑换单，礼品兑换单中有三种商品：图书、杯⼦、衬衫。 每⼀种商品都有：库存量、价格、商品类型和商品类型相关的其他信息。

图书：书名、作者、⻚数

杯⼦：设计

衬衫：设计、可选颜⾊、可选尺⼨

那我们不耐⼼思考，直接写出⼀下结构：

struct gift_list
{// 公共属性 int stock_number;//库存量double price; //定价int item_type;//商品类型 //特殊属性char title[20];//书名char author[20];//作者int num_pages;//⻚数char design[30];//设计int colors;//颜⾊int sizes;//尺⼨
}; 

上述的结构其实设计的很简单，⽤起来也⽅便，但是结构的设计中包含了所有礼品的各种属性，这样 使得结构体的⼤⼩就会偏⼤，⽐较浪费内存。因为对于礼品兑换单中的商品来说，只有部分属性信息 是常⽤的。⽐如： 商品是图书，就不需要design、colors、sizes。 所以我们就可以把公共属性单独写出来，剩余属于各种商品本⾝的属性使⽤联合体起来，这样就可以 介绍所需的内存空间，⼀定程度上节省了内存。

struct gift_list
{int stock_number;//库存量double price; //定价int item_type;//商品类型 union {struct{char title[20];//书名 char author[20];//作者 int num_pages;//⻚数 }book;struct{char design[30];//设计}mug;struct {char design[30];//设计int colors;//颜⾊int sizes;//尺⼨}shirt;}item;
};

联合练习：

写一个程序，判断当前机器是大端还是小端？

int check_sys()
{union{int i;char c;}un;un.i = 1;return un.c;//返回1是⼩端，返回0是⼤端
}

枚举类型

枚举类型的声明

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：

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

三原⾊，也是可以⼀⼀列举

这些数据的表⽰就可以使⽤枚举了。

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
};

以上定义的 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，依次递增1，当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值。

enum Color//颜⾊
{ RED=2,GREEN=4,BLUE=8
};

枚举类型的优点

为什么使⽤枚举？
我们可以使⽤#define 定义常量，为什么⾮要使⽤枚举？
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. 便于调试，预处理阶段会删除#define 定义的符号
4. 使⽤⽅便，⼀次可以定义多个常量
5. 枚举常量是遵循作⽤域规则的，枚举声明在函数内，只能在函数内使⽤

枚举类型的使用

enum Color//颜⾊
{RED=1,GREEN=2,BLUE=4
};enum Color clr = GREEN;//使⽤枚举常量给枚举变量赋值

那是否可以拿整数给枚举变量赋值呢？在C语⾔中是可以的，但是在C++是不⾏的，C++的类型检查⽐ 较严格。

以上就是小编本期带来的内容。若有不当之处，欢迎指正。