C语言深入探究自定义类型之结构体与枚举及联合

目录

• 1.结构体
• 1.1结构体类型的声明
• 1.2结构的自引用
• 1.3结构体变量的定义和初始化
• 1.4结构体内存对齐
• 1.5结构体传参
• 1.6结构体实现位段(位段的填充&可移植性)
• 2.枚举
• 2.1枚举类型的定义
• 2.2枚举的优点
• 3.联合
• 3.1联合类型的定义
• 3.2联合的特点
• 3.3联合大小的计算

1.结构体

1.1结构体类型的声明

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

这里给大家举个列子演示一下：

//定义一个学生的结构体
typedef struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年龄
	char sex[5];//性别
	char id[15];//学号
}Stu;//分号不能丢

在这个结构体里面我们定义了学生的名字，年龄，性别，学号这些变量，这样的变量就叫做成员变量。

结构的成员可以是标量、数组、指针，甚至是其他结构体。

这里的typedef是将结构体重命名为Stu。

1.2结构的自引用

上面我们说到了成员变量也可以为结构体，我们不妨大胆的猜想一下，结构体内可以包含一个类型为自身结构体的成员吗？

答案当然是可以的，不过有需要我们注意的地方下面给大家用代码的形式演示一下：

//1.错误引用
struct Node
{
	int data;
	struct Node next;
};
//2.正确引用
struct Node
{
	int data;//数据
	struct Node* next;//地址
};

对比上面的代码正确的代码比错误的多一个' * ',代表传地址我们来分析一下错误的地方，穿了一个结构体进去，那么我们这个结构体的大小是多少呢，显然没办法计算，结构题内套一个结构体，然后这个结构体又套一起进去，类似无条件递归，编译器也会报错。那么我们来看正确的代码，

结构体分为两部分，一部分存放数据，一部分存放地址，当我需要的时候我们根据地址找到内嵌的结构体，这样就可以讲这些结构体串起来了，当我们访问到最后一个时，我们只需要给它一个NULL就停止了，这样是不是就很完美了呢。

1.3结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型怎么定义和初始化结构体变量呢，其实很简单，给大家演示一下：

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1;             //1.声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //2.定义结构体变量p2
//3.初始化：定义变量的同时赋初值
struct Point p3 = { x , y };

1.4结构体内存对齐

我们知道int的大小为4个字节，char的大小为1个字节,每个数据类型都有大小，那么结构体大小又是多少呢，该怎么计算呢？

这里需涉及到一个知识点就是内存对齐：

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

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

文字的形式可能有点抽象，下面用图来给大家演示一下：

为什么存在内存对齐?

大部分的参考资料都是如是说的：

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

总体来说就是拿空间换时间的做法。

那我们在设计结构体的时候想要节省空间就要做到，让占用空间小的成员尽量集中在一起。

1.5结构体传参

我们知道在传参的时候有两种方式，传值和传址。那么在结构体传参的时候我们通常采用结构体地址传参。

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。

代码演示如下：

struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4},1000 };//初始化赋值
void print1(struct S* pc)用struct S*的指针接收
{
	printf("%d\n", pc->num);
}
int main()
{
	print1(&s);//传地址
	return 0;
}

1.6结构体实现位段(位段的填充&可移植性)

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

如下图，A就是一个位段

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

位段的内存分配：

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

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。

2.枚举

枚举就是列举，例如一周有七天可以列举，三原色可以列举，性别可以列举

2.1枚举类型的定义

enum Color//颜色
{
	RED,//0
	GREEN,//1
	BLUE//2
};

这里定义的 enum Color 就是是枚举类型。

{}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，RED=1，GREEN=2，BLUE=100，都是可以的。

2.2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

3.联合

3.1联合类型的定义

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）。 比如：

//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));//计算出来结果为4

3.2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）。

上面的例子在联合体Un中最大的成员为int占4个字节，所以联合体Un的大小也为4个字节。

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。

下面两个例子中的计算方法和上面内存图解差不多，大家可以研究一下。

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
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16

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