C语言 自定义类型全面系统理解

目录

• 一、结构体
• 1.结构体的声明
• 局部结构体变量
• 全局结构体变量
• 2.特殊声明
• 3.结构体的自引用
• 4.结构体变量的初始化
• 5.结构体内存对齐 
• 6.修改默认对齐数
• 7.结构体传参
• 传址调用原因：
• 二、位段
• 举例：
• 分析：
• 跨平台问题：
• 三、枚举
• 枚举类型的定义：
• 枚举的优点 
• 四、联合
• 1.联合类型的定义
• 2.联合的特点 
• 使用案例：
• 分析：
• 3.联合大小的计算 
• 举例：
• 分析：

一、结构体

结构体是不同类型变量的集合体

1.结构体的声明

struct Book      
{
 char name[20];//名字
 int Price;//价格
 char Writer[5];//作者
 char Time[20];//日期
}；    //注意分号不能丢

struct为结构体关键字，Book为结构体标签，中间不同类型的变量为结构体的成员。上述现在只是定义了一个结构体类型struct Book。

局部结构体变量

int main()
{
   struct Book B1; // B1为局部结构体变量
   return 0;
}

全局结构体变量

struct Book      
{
 char name[20];
 int Price;
 char Writer[5];
 char Time[20];
}B3,B4,B5;      //在结构体类型后可连续定义多个全局结构体变量
 
struct Book B2;   //B2为全局结构体变量
 
int main()
{
   return 0;
}

2.特殊声明

不完全声明

//匿名结构体类型--没有结构体标签
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;
//这样的结构体类型必须紧跟着定义结构体变量
//后面不能定义变量

不完全声明类型只能在定义使用一次，并且在vs中：

struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}x;
 
struct
{
 int a;
 char b;
 float c;
}* ps;
 
int main()
{
  ps=&x;      //编译器默认两者类型不兼容  //且是错误写法
  return 0;
}

因此不完全声明很少使用，不推荐。 

3.结构体的自引用

这里可以用链表的实现来理解：

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

这样就实现了自己类型的对象找自己类型对象的方法，这就是结构体的自引用。 

4.结构体变量的初始化

以上面struct Book为例：

struct Book      
{
 char name[20];
 int Price;
 char Writer[5];
 char Time[20];
}; 
 
 
int main()
{
   struct Book B1={"三脚猫"，50，“阿里”，“20081001”};
   //初始化要用大括号
   return 0;
}

嵌套结构体的初始化：

struct Data
{
  int a;
  char b[6];
};
 
struct Book      
{
 struct Data D;
 char name[20];
 int Price;
 char Writer[5];
 char Time[20];
}; 
 
 
int main()
{
   struct Book B1={{4,"haha"},"三脚猫"，50，"阿里"，"20081001"};
   //大括号里加大括号
   return 0;
}

5.结构体内存对齐 

计算结构体在内存中的大小

方法：

1. 第一个成员为起始，设从下标为0的地址开始向后存储。

2. 其他成员变量要对齐到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. 结构体总大小为所有成员对齐数中最大对齐数的整数倍。

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。

举例说明：

#include <stdio.h>
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
 
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
 
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

分析：

嵌套结构体

#include <stdio.h>
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
 
struct S2
{
	char c1;
	char c2;
	struct S1 s1;
	int i;
};
 
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));
	printf("%d\n", sizeof(struct S2));
	return 0;
}

分析：

内存对齐的存在，在平台和性能两方面，可以使访问空间更加高效，用空间换取时间。

让占用空间小的成员尽量集中在一起。

6.修改默认对齐数

#pragma pack(1)     //修改默认对齐数为1
 
//一般修改的对齐数为2^n

举例说明：

#include <stdio.h>
#pragma pack(1)   //修改为1相当于取消了对齐，没有优化，在实际应用中很少用
struct S1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S1));  // 6
	return 0;
}

当默认对齐数被修改后，每个类型的对齐数都变为1，整体的最大对齐数也为1（相当于没有对齐），整体大小是1的倍数，则1+4+1=6。

7.结构体传参

当一个函数涉及到结构体时，最好用传址调用：

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;
}

传址调用原因：

1.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。

2.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。

二、位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

1.位段的成员必须是整型。

2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

举例：

struct S
{
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:20;
 int _d:25;
};

此时S就是一个位段类型

他的大小为8

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

分析：

下面我们来分析位段在内存中的存储：

注：若初始化的值大于给其指定的空间，则先会发生截断（断左取右），再进行存储

位段是根据实际需求来进行开辟空间，目的是为了节省空间提高效率。

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。（取决于编译器）

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。

三、枚举

就是把可能的取值一一列举

枚举类型的定义：

例子：

enum Day  //星期
{
 Mon,
 Tues,
 Wed,
 Thur,
 Fri,
 Sat,
 Sun
};

enum Day就是一个枚举类型，{}中的内容是枚举类型的可能取值，也叫枚举常量。

枚举常量是有值的，默认从0开始，依次递增。

int main()
{
   enum Day d=Mon;   //定义一个变量，赋予{}内可能的取值。
   return 0;
}

在定义的时候也可以赋初值，后面的常量依次递增一

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

注：最好用枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型上的差异。

举例：

当用cpp来运行程序时会报错，因为cpp对代码的格式会更加严格

而c就可以运行过去

养成良好的代码风格，做到认真严谨。

四、联合

联合也是一种特殊的自定义类型

1.联合类型的定义

//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));

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。

union Un
{
	int i;
	char c;
};
union Un un;
 
int main()
{
	printf("%d\n", &(un.i));
	printf("%d\n", &(un.c));
	return 0;
}

共用一块空间，起始地址相同。

使用案例：

union Un
{
	int i;
	char c;
};
union Un un;
 
int main()
{
	//printf("%d\n", &(un.i));
	//printf("%d\n", &(un.c));
	un.i = 0x11223344;
	un.c = 0x55;
	printf("%x\n", un.i);
	return 0;
}

分析：

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。

举例：

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

分析：