自定义类型：结构体，枚举，联合重点整合!!

迷南。 2022-04-15 01:12 363阅读 0赞

知识点：

> 结构体类型的创建  
> 结构体初始化  
> 结构体内存对齐  
> 结构体实现位段（位段的填充&可移植性)  
> 枚举+联合

## 结构体类型的创建和初始化 ##

**结构体的声明+结构体的自引用+结构体变量的定义和初始化**

> 结构的基础知识

结构是一些值的集合，这些值被称为成员变量。结构体的每个成员可以是不同的变量。

> 结构体的声明

struct Stu
    {
         char name[20];
         int age;
         char sex[5];
         char id[20];
    };//分号不能丢

> > 特殊的声明  
> > 在声明结构体的时候，可以不完全的声明  
> > 比如 ：

//匿名结构体类型
    //声明时可省略掉结构体标签（tag）
    struct
    {
        int a;
        char b;
        float c;
    }x;
    struct
    {
        int a;
        char b;
        float c;
    }a[20],*p;//可直接声明对象

But 在上面代码的基础上，下面的代码合法吗？

p=&x;
    //warning:编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型，所以是非法的。

> 结构体的自引用  
> Tip：结构体内部不能存和自己同类型的变量（struct node next 与struct node ,因为无法计算结构体的大小，正确的方法应该包含一个同类型的指针

//正确的自引用方式
    struct Node
    {
        int data;
        struct Node* next;
    };
    //结构体重命名的正确操作
    typedf struct Node
    {
        int data;
        struct Node*next;
    }Node;
    //Error Writing:
    typede struct
    {
         int data;
         Node*next;
    }Node;

> 结构体变量的定义和初始化

struct Point      //类型声明
    {
          int x;
          int y;
    }p1;                  //声明类型的同时定义变量p1  
    struct Point p2;  //定义结构体变量p2
    struct Point p3 = {x,y}; //初始化：定义变量的同时赋初值。
    
    struct Node
    {
          int data;
          struct Point p;
          struct Node*next;
    }n1={10,{4,5},NULL};//结构体嵌套初始化
    struct Node n2={20,{5,6},NULL};//结构体嵌套初始化

> **结构体传参，传的是结构体的地址，用指针接收**。如果传递一个结构体对象时，参数压栈的系统开销（时间及空间）比较大，会导致性能的下降。

## 结构体内存对齐 ##

**考点一：结构体的对齐规则**

1.第一个成员永远都放在结构体起始位置的0偏移处。  
2.从第二个成员开始，每个成员都放在某个对齐数的整数倍的偏移处。  
（某个对齐数：成员自身的大小与默认对齐数的较小值）  
默认对齐数：Vs : 8；linux gcc : 4  
3.结构体的总大小必须是所有成员的对齐数中最大对齐数的整数倍。  
4.嵌套的结构体要对齐到自身最大对齐数的整数倍处。结构体的总大小是所有对齐数（包含嵌套结构的）中最大对齐数的整数倍。

struct S3
    {
          double d; //0-7
          char c; //8
          int i;//12-15
    };
    struct S4
    {
         char c1;//0   1-7浪费
         struct S3  s3;//8-23
         double d; //24-31
    };
    printf("%d\n",sizeof(struct S3));//16Byte
    printf("%d\n",sizeof(struct S4));//32Byte

> > ps:\#include<stddef.h> offsetof 宏定义（用于计算一个成员在其起始位置的偏移量）

**考点二：为什么存在内存对齐**

> 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，否则会抛出硬件异常。  
> 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。因为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。

总的来说：结构体内存对齐是拿空间换时间的做法。  
因此，我们在设计结构体时，应尽可能使占用内存小的成员集中在一起，避免过多的浪费空间。

## 结构体实现位段（位段的填充&可移植性) ##

位段与结构类似，但有两个不同：

> 位段的成员必须是int ，unsigned int ，signed int 或者是char (属于整型家族）类型。  
> 位段的成员名后有一个冒号和一个数字。

//结构体实现位段
    struct S
    {
       char a:3;  //开辟一个字节
       char b:4;
       char c:5; //不够，再开辟一个字节
       char d:4; //不够，再开辟一个字节
    };
    int main()
    {
       struct Ss={0};
       printf("%d",sizeof(struct S)); //3
       s.a=10; //0101-->010
       s.b=12; //1100-->1100
       s.c=3;  //0011-->00011
       s.d=4;  //0100
       return 0;
    }

![结构体s在Vs环境下的储存形式][s_Vs]

位段的内存分配特点：  
1.都属于整型家族。  
**2.位段的空间上是按照需要以4个字节或1个字节的方式来开辟的。**  
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。

//eg:
    struct A    //A是一个位段类型
    {
         int _a:2; //开辟4个字节--32个比特位
         int_b:5;
         int_c:10; //剩5个比特位
         int_d:30;  //单位为比特位  //再开辟4个字节--32个比特位
    };
    printf("%d\n",sizeof(struct A));  //8 Byte

**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位机器最大为16，32位机器为32，写成27，在16位机器上有问题）  
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.当一个结构体包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳第一个位段剩余的位时，是舍弃剩余的位还是利用是不确定的。

**综上面情况来看，位段和结构相比，可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但有跨平台的问题存在。**

## 枚举与联合 ##

**枚举 — 一一列举**

enum Day
    {
    //可能的取值都是有限的，默认从0开始，依次递增1，当然在定义的时候也可赋初值。
      Mon,
      Tues,
      Wed,
      Thur,
      Fri,
      Sat,
      Sun
      };
      int main()
      {
          enum Day day = Mon;
          //（枚举的使用）只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型差异。
          day = Tues;
          return 0;
       }

枚举相比 define 定义常量，有以下优点：

> 增加代码的可读性和可维护性。  
> 和 \#define 定义的标识符相比有类型的检查，更加严谨。  
> 为防止命名污染（封装）//用 define 时暴露在全局中，且易名字重复,冲突。  
> 便于调试。  
> 使用方便，一次可以定义多个常量。

**联合—共用体**

> 联合的定义

一种特殊的自定义类型，此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**。

> 联合的特征

union Un //联合类型的声明
    {
      char i;
      int c;
      double d;
    };
    int main()
    {
      union Un un;//联合变量的定义
      printf("%d\n",sizeof(un)）；// 8 Byte 公用内存空间，联合变量的大小是最大成员的大小。
      return 0;
    }

//在上述代码的基础上增加以下代码
    printf("%p\n",&(un.i));
    printf("%p\n",&(un.c)); // 根据联合的特征，最终地址打印会显示同一块地址

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。

PS：联合的应用  
面试题：判断当前计算机的大小端存储

> 小端字节性存储：把数字的低位字节内容存到低地址处。  
> 大端字节性存储：把数据的低位字节保存到高地址处。

int check_sys1()
    {
       union Un;
       {
          char c;
          int i;
        } u;
        u.i=1;// 返回1小端，返回0大端
        return u.c;
     }
     int check_sys2()
     {
       int a=1;// 返回1小端，返回0大端
       if(1==*(char*)&a)
       {
          return 1;
       }
       else
       {
          return 0;
        }
       }
     int main()
     {
        int ret==check_sys1();
     //   int ret2==check_sys2();
        if(ret==1)
        {
          printf("小端\n");
        }
        else   printf("大端\n");
        return 0;
     }

[s_Vs]: /images/20220415/cb29f0dae2c6450f93bea73f7ec4bd79.png