【c语言进阶】结构体、位段、枚举、联合体的介绍及使用

结构的声明struct tag{member-list;}variable-list;struct Stu{char name[20];int age;double score;}s1, s2, s3;int main(void){struct stu s4;return 0;}特殊声明(匿名类型)可以没有名字,但是只能用一次哦匿名结构体的成员如果一样,在编译器看来却是不同类型的结构体如下面,不能

ppppppatrick

4794人浏览 · 2022-03-26 11:30:00

ppppppatrick · 2022-03-26 11:30:00 发布

结构的声明

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

struct Stu
{
    char name[20];
    int age;
    double score;
}s1, s2, s3;
int main(void)
{
	struct stu s4;
      return 0;
}

特殊声明(匿名类型)
可以没有名字,但是只能用一次哦
匿名结构体的成员如果一样,在编译器看来却是不同类型的结构体
如下面,不能用:p = &x,这俩个类型是不一样的!

struct 
{
    char name[20];
    char id[12];
}x;

struct 
{
    char name[20];
    char id[12];
}a[20],*p;

结构体的自引用

#链表

struct Node
{
	int data;//数据域
	struct Node* next;//指针域
};
int main()
{
	struct Node nextl;
	return 0;
}

typedef struct Node//类型重命名
{
	int data;//数据域
	struct Node* next;//指针域
}Node, * pNode;//这个新的命名是Node,还有一个新的接个体指针变量,命名为pNode
int main()
{
	struct Node nextl;
	Node n2;
	return 0;
}

错误写法:(写成匿名结构体)

typedef struct
{
	int data;
	Node* next;
}Node;//这个新的命名是Node
int main()
{
	Node n2;
	return 0;
}

嵌套初始化

struct Node//嵌套初始化
{
	struct Book b;
	struct Node* next;
}
struct Book
{
	char name[20];
	float price;
	char id[12];
}s = { "c语言",55.5f,"PGC001"};
int main(void)
{
	struct Book s2 = {"数据结构",66.6f,"HG001"}
	struct Node n = {{"c语言",55.5f,"PGC001"},NULL}
	return 0;
}

结构体内存对齐

结构体的对齐规则

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.
VS中默认的值为8
lunux中没有默认对齐数的，自身大小就是对齐数
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.

struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
struct s2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
struct s3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct s4
{
	char c1;
	struct s3 s3;
	double d;
};
int main(void)
{
	struct s1 s;
	struct s2 s2;
	struct s3 s3;
	printf("%d\n", sizeof(s));//12
	printf("%d\n",sizeof(s2) );//8
	printf("%d\n",sizeof(s3) );//16
	//用来验证偏移量:
	printf("%u\n", offsetof(struct s3, d));
	printf("%u\n", offsetof(struct s3, c));
	printf("%u\n",offsetof(struct s3,  i));

	printf("%d\n",sizeof(s4) );//
	
	return 0;
}

[[offsetof - 宏]]
返回的是:结构体成员相对于起始位置的偏移量,在这里我们可以用来验证

为什么会存在内存对齐?

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。
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取时间的做法
那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，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。

修改默认对齐数

我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。
请添加图片描述

虽然我们支持修改,但是我们最好别动她

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)//这是拷贝了一份，浪费空间
{
	printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)//传递地址，省了空间
{
	printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
	print1(s); //传结构体
	print2(&s); //传地址
	return 0;
}

上面的 print1 和 print2 函数哪个好些？
答案是：首选print2函数。
原因：
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。
结论:
尽量传地址!

位段

什么是位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。(其实char也是可以的)
位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
不需要空间对齐,因为位段设计出来就是为了节省空间,不会对齐!

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

A就是一个位段类型。
那位段A的大小是多少？
答案:8字节

#include<limits.h>
struct AA
{
	int _a;//INT_MIN - INT_MAX
	int _b;
	int _c;
	int _d;
};
struct A
{
	int _a : 2;//代表_a这个成员所占内存的比特位（2位）
	//此时a的取值范围是0~3
	int _b : 5;//代表_b这个成员所占内存的比特位（5位）
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};
int main(void)
{
	printf("%d\n",sizeof(struct A) );//打印:8(字节)
	return 0;
}

位段的内存分配

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
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。
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;  
};  
int main(void)
{
	  struct S s = {0};  
	  //VS 中显示占3个字节!
	  s.a = 10;  
	  s.b = 12;  
	  s.c = 3;  
	  s.d = 4; 
      return 0;
}
 
//空间是如何开辟的？
```c
struct S
{
	char a:3;
	char b:4;
	char c:5;
	char d:4;
}
int main(void)
{
	struct S s = {0};
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
    return 0;
}

请添加图片描述

位段的跨平台问题

int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
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。
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。
在我们上方测试中,是从右向左分配的
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
总结：

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

位段的应用

网路数据传输之前要进行封装(叠buff)
此时使用位段就可以节约网络资源

请添加图片描述

枚举

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

这里就可以使用枚举了。

enum Day//星期
{
	Mon,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
enum Sex//性别
{
	MALE,
	FEMALE,
	SECRET
};
enum Color//颜色
{
	RED,
	//RED=5  //此时初始化为5,接下来是6,7
	GREEN,
	BLUE
};
int main(void)
{
	printf("%d\n",RED);//默认有值0
	printf("%d\n",GREEN);//默认有值1
	printf("%d\n",BLUE);//默认有值2
	//RED = 6,创建以后就不能修改了,这是个常量
	enum Sex s = MALE;
	enum Sex s2 = FEMALE;
	enum Day d = Fri;
	return 0;
}

枚举的优点

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：

增加代码的可读性和可维护性
和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨.
防止了命名污染（封装）
便于调试
使用方便，一次可以定义多个常量

枚举的应用

enum Color//颜色  
{  
RED=1,  
GREEN=2,  
BLUE=4  
};  
enum Color clr = GREEN;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。  
clr = 5; //ok??NO!!!

联合(共用体)

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）。在同一时间只会使用一个
比如：

//联合类型的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};
//联合变量的定义

int main(void)
{
	union Un u;
	//计算连个变量的大小
	printf("%d\n", sizeof(u));//结果是4!
	printf("%p\n", &u));
	printf("%p\n", &(u.c));
	printf("%p\n", &(u.i));//三个的地址是一样的,公用同一块空间
    return 0;
}

联合体的特点

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
(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

也是存在内存对齐的!
至少是最大成员大小
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。

union Un
{
	char arr[5];//5,对齐数是1(数组对齐数由类型决定)
	int i;//4,对齐数是4
};
//本来应该5就行了
//但是结果是8,因为他要对齐!(对齐数是4)
union Un
{
	short arr[7];//对齐数2
	int i;//对齐数4
};
//最后结果是16(2*7 = 14,但是要对齐)

例子:用来判断大小端存储

check_sys()
{
    union un
    {
        char c;
        int i;
    }u;
    u.i = 1;
    return u.c;
}
int main(void)
{
    //int i = 1;
    //01 00 00 00小端
    /*if (1 == *(char*)&i)
    {
        printf("小端\n");
    }
    else
    {
        printf("大端\n");
    }*/
   
    if (1 == check_sys())
    {
        printf("小端");
    }
    else
    {
        printf("大端");
    }
    return 0;
}