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自定义类型详解(结构体+位段+枚举+联合)

网友: 文档中心 2022-04-02 16:00:38

你好，我是史丰源
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自定义类型详解

  • :star2:一、结构体
    • 1.1 结构体的基础知识
      • 1.11我们为什么需要结构体？
    • 1.2 结构体的声明
    • 1.3 结构体的特殊声明（匿名结构体）
    • 1.4 结构的自引用
    • 1.5 结构体变量的定义和初始化
    • 1.6 结构体的内存对齐:fire:
      • 1.61 如何计算结构体的内存大小？
      • 1.62 为什么存在结构体内存对齐？
    • 1.7 修改默认对齐数
    • 1.8结构体传参
  • :star2:二、位段
    • 2.1 什么是位段？
    • 2.2 位段的内存分配
    • 2.3 位段的跨平台问题（不安全因素）
    • 三、枚举类型（枚举：一一列举。）
      • 3.1 枚举类型的定义
      • 3.2 枚举的优点(与#define相比)
      • 3.3 枚举的使用
    • 四、联合（共用体）
      • 4.1 联合类型的定义(union)
      • 4.2 联合的特点
      • 4.3 联合大小的计算

🌟一、结构体

1.1 结构体的基础知识

1.11我们为什么需要结构体？

C语言中的类型是单一的，如果我们需要去形容一个复杂对象，就需要结构体.

之所以叫结构体，可以看作它是一个立体的存储单元，将各种各样的成员（特点）集合为一体（结构体）.

而里面的成员 可以是各种各样类型的变量

1.2 结构体的声明

struct Student{int age;char name[20];int id;};

以上就是一个学生结构体的声明。

1.3 结构体的特殊声明（匿名结构体）

struct{int a;char b;}s;

匿名结构体顾名思义就是省略了结构体标签。
并且只能用一次。
一般在定义结构体类型的同时定义结构体变量。

注意：匿名结构体的成员如果一样，在编译器看来也是不同的类型的结构体。
✨举例子：

struct{int a;char b;}s;struct{int a;char b;}x,*p;//p为结构体指针p=&s;//行为非法，编译器还是会把它们当作两个不同的结构体，//所以不能地址赋值地址。

1.4 结构的自引用

✨举例子：

struct Node{int data;struct Node* next;};//一定不要丢掉*

1.5 结构体变量的定义和初始化

  1. 普通初始化
    ✨举例子：
struct student{char name[20];char id[12];}s={"zhangsan","1234"};
  1. 嵌套初始化
struct price{struct student s;float c;}s={{"zhangsan","1234",57.7}};

1.6 结构体的内存对齐🔥

1.61 如何计算结构体的内存大小？

内存对齐规则：

  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: 编译器的默认一个对齐数与该结构体成员大小的较小值。
（后面会讲到怎样修改默认对齐数。）

  1. 结构体总大小为所有结构体成员中对齐数最大值的整数倍。

🚩4.若有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，结构体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体）的整数倍。

注意：对齐数不是成员大小，笔者第一次听这个概念时，分不清两者😓

✨举例子：

结构体大小示例1
上面这个例子就是常见的结构体计算大小问题。
我们再用一个例子来解释 规则4
✨举例子：
嵌套结构体示例1
规则4 的易错点:嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍
一定要记住是自己的，在示例中就是s1自己的最大对齐数— 4，所以要找4的整数倍。

1.62 为什么存在结构体内存对齐？

因为结构体是一个不同类型数据的集合，当我们在读取这个结构体数据时
会出现以下的情况：
未进行内存对齐的示例1
但是如果我们进行内存对齐:
内存对齐示例1
所以进行内存对齐，数据的读取次数会减少
从而来实现效率最大化。

这个过程就是利用空间换时间的做法⚡️

所以我们在设计一个结构体时，尽量让占用空间小的变量集中在一起。

1.7 修改默认对齐数

#pragma pack(4);struct S{char c;double d;}//答案为16#pragma pack()//取消修改默认对齐数，还原为默认。

1.8结构体传参

结构体传参时，建议不要传值，因为传值时会造成大量的时间、空间浪费。
建议传址，只有一个地址的大小，效率更高。

🌟二、位段

2.1 什么是位段？

位段与结构体类似，但是有两点不同。

  1. 位段的成员必须是int,unsigned int,signed int，char(类属于整型家族)。
  2. 位段成员后方跟一个冒号与一个数字（比特位）。

强调:位段不进行内存对齐。

✨举例子：

struct A{int _a:2;//2个比特位int _b:5;//5个比特位int _c:10;//10个比特位int _d:30;//30个比特位//共47个字节}

位段A的大小是 8 字节。

2.2 位段的内存分配

  1. 位段的空间上是按照4个字节或1个字节开辟的。
  2. 位段的内存分配不确定。
    ✨举个分配不确定的例子：
struct A{char _b:3;char _c:6;} struct A a = {0};//将结构体A中元素置为0a._b = 10;

位段的不确定因素示例1

2.3 位段的跨平台问题（不安全因素）

  1. int 位段是被当作signed int 还是unsigned int是不确定的。

  2. 位段中最大位的数目不确定并且可移植性不好，若是32位机器开32个比特位，在16位机器就会出问题。

  3. 位段中分配内存是从左到右，还是从右到左不确定。

  4. 当一个位段的位不够用时，是开辟新的位还是利用剩余的位，这也是不确定的。

综上：位段的效率很高，但是有利必有弊，位段也有跨平台的问题会出现。
大家需根据特定需求使用位段。

三、枚举类型（枚举：一一列举。）

3.1 枚举类型的定义

✨举例子：

enum Sex{MALE,//0FEMALE,//1SECRET//2};

{ }中的内容都是枚举类型的可能取值，也叫做枚举常量。

这些可能取值都是有值的，默认从0开始,依次递增。
但我们也可以给它初始化。
✨举例子：

enum I{M=9,K=7};

注意 ：初始化只能在枚举类型内，而不能在其他地方初始化。

3.2 枚举的优点(与#define相比)

  1. 增加代码的可读性与可维护性
    ✨举例子：
enum Color{RED = 5,GREEN = 4    BLUE = 3};int main(){enum Color c=RED;}
  1. 和#define定义的标识符相比 枚举类型有类型检查（检查的是类型，而不是值），更为严谨

PS：关于这个问题大家可以去看这篇文章：C语言的枚举类型检查问题.

  1. 限制了范围（封装）
    在一定范围内才能使用。

  2. 便于调试（不会被替换）
    在预编译时，#define 所定义的常量会直接变为数字（调试的代码与源代码不一样），而枚举类型则不会（调试代码与源代码一致）。

  3. 使用方便，一次可以定义很多个常量

3.3 枚举的使用

✨举例子：

enum Color{RED = 5,GREEN = 4,BLUE = 5};enum Color clr = BLUE

四、联合（共用体）

具体场景具体使用

4.1 联合类型的定义(union)

联合类型定义的变量包含很多成员，特点就是这些成员共用一块空间（因此也称为共用体）

4.2 联合的特点

  1. 共用一块空间。
  2. 在改变一个变量时，其他变量同时被改。
  3. 成员在同一时间只能使用一个，不能同时被使用。
  4. 联合类型变量的大小至少是最大成员的大小（4.3中演示）

4.3 联合大小的计算

1.联合大小至少是最大成员的大小
2.当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍时，要对齐到最大对齐数的整数倍。
✨举例子：

union Un1{char c[5];//1*5==5 不是最大的int i;//4};//最终大小为8，4为最大对齐数union Un2{short c[7];//2*7==14 不是最大的int i;//4};//最终大小为16，对齐数为4

在找最大对齐数时，要看联合体成员类型，确认对齐数，比如说：Un1的char为1，int 为 4，而不是看后面的数组个数来计算。
找最大对齐数的倍数 ——最靠近并且能容纳所有变量大小的数。

感谢你看到这里，希望我的博客对你有帮助。
我是一名大学生，在学习编程的道路上，我们一起努力！
结束图1

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