C语言:自定义类型详解

目录

• 一、结构体
• 1.结构体变量的定义及初始化
• 2.结构体内存对齐
• 3.为什么要内存对齐呢？
• 二、位段
• 1.什么是位段
• 2.位段的内存分配
• 三、枚举
• 1.枚举的定义
• 2.枚举的优点
• 四、联合（共用体）
• 1.联合类型的定义
• 2.联合的特点
• 3.联合大小的计算
• 总结

一、结构体

1.结构体变量的定义及初始化

直接上代码：

struct Point {
	int x;
	int y;
}p1;     //创建结构体时顺便创建变量，分号一定不能掉
struct Point p2;    //单独创建变量
struct Point p3 = { 1,2 };   //创建变量时顺便赋值
struct Node {
	char str[20];
	struct Point p;     //结构体嵌套
}n1 = { "abcd",{3,4} };
int main() {
	printf("%s\n", n1.str);   //结构体访问时，用.或者->，变量访问用.，指针访问用->
	printf("%d\n", n1.p.x);
	printf("%d\n", n1.p.y);
	return 0;
}

struct是创建结构体的关键字，Point是结构体的名字，p1为结构体Point的一个变量，x，y称为结构体Point中的成员变量，变量的创建有两种形式，第一，可以在创建结构体时一起创建，第二，单独创建，创建规则为类型+名称，对于结构体的赋值，可以在创建变量的时候顺便赋值，可以先创建变量再单独赋值。结构体的访问有两种方式，当使用变量进行访问时，用.（点），再选择该变量对应的属性；当使用指针进行访问时，用->，再选择对应的属性即可。

2.结构体内存对齐

当我们想去计算结构体占内存大小的时候，就需要知道结构图内存对齐这一概念，我们先来看两个例子：

struct A {
	char a;
	char b;
	int c;
};
struct B {
	char a;
	int c;
	char b;
};
int main(){
	printf("%d\n", sizeof(struct A));
	printf("%d\n", sizeof(struct B));
	return 0;
}

结果表明，A和B两个结构体所占内存大小并不相等，但是其内部成员变量是一样的，只是顺序不一样。造成结果不同的原因就是因为内存对齐，我们来介绍结构体内存对齐的规则：

1.第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

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。在VS编译器中，默认对齐数是8。

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。

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。

3.为什么要内存对齐呢？

从上面的结果我们大概就能猜到，为了节省空间。总的来说，主要原因有两点：

1.平台原因：

某些硬件平台只能在特定的地址处取地址，没有内存对齐，取值时可能会出错。

2.性能原因：

对于不对齐的情况，在读取数据时可能要读取两次，以下图为例：

在一个32位平台上，在不对齐的情况下，如果想要读取int的4个字节，第一次会读取到char的一个字节，和int的后3个字节（小端），需要再读取一次，才能将int的4个字节完全读取出来；相比较而言，如果是在内存对齐的情况下，只需要读取一次就可以把int的4个直接读取出来。

二、位段

结构体还有实现位段的能力，问题来了，什么是位段呢？

1.什么是位段

位段的声明和结构体是类似的，但有两点不同：

• 位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
• 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

例如：

struct A
{
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:3;
 int _d:4;
};

A就是一个位段类型，想要知道A的大小，同样可以用sizeof来求。

2.位段的内存分配

拿上面的位段A来说，会先在内存中开辟一个4字节的空间，冒号后面的数字表示该成员变量所占内存的大小，单位为bit，位段中的成员在内存中从左向右分配， 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。总的来说，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。光说不太好理解，我们来看下图：

当然，位段虽然比结构体更节省内存，但其存在跨平台问题，需要谨慎使用。

三、枚举

1.枚举的定义

enum Day//星期
{
 Mon,  //默认情况下Mon值为0，后面的成员变量的值依次递增
 Tues,
 Wed,
 Thur,
 Fri,
 Sat,
 Sun
};

当然也可以在定义的时候赋值，例如：

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

2.枚举的优点

我们知道，#define可以定义常量，那为什么要用枚举呢？

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.使用方便，一次可以定义多个常量

既然存在，就有其存在的道理，有些时候#define更方便，有时候枚举更方便，我们要学会合理使用

四、联合（共用体）

1.联合类型的定义

union Un  //声明
{
 char c;
 int i;
};
union Un un;  //定义变量
printf("%d\n", sizeof(un));  //计算共用体的大小

2.联合的特点

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）。

union Un
{
 int i;
 char c;
};
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗？
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));
//下面输出的结果是什么？
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);

从结果可以看出，i和c的地址是一样的，因为他们共用一块空间，当分别给i、c赋值时，后赋值的c会覆盖之前i的部分值。

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。

例如：

union Un1
{
 char c[5];
 int i;
};
union Un2
{
 short c[7];
 int i;
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));  //8，c占5个字节，比i大，最大对齐数位4，需要为4的倍数，所以为8
printf("%d\n", sizeof(union Un2));  //16，c占14个字节，最大对齐数为4，所以为16

总结

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