C語(yǔ)言自定義類型詳解(結(jié)構(gòu)體、枚舉、聯(lián)合體和位段)
前言
一、結(jié)構(gòu)體
1、結(jié)構(gòu)體類型的聲明
當(dāng)我們想要描述一個(gè)復(fù)雜變量——學(xué)生,可以這樣聲明。
✒️代碼展示:
struct Stu { char name[20];//名字 int age;//年齡 char sex[5];//性別 char id[20];//學(xué)號(hào) }s1;//分號(hào)不能丟 int main() { struct Stu s2; return 0; }
🔖解釋說明:
- struct是結(jié)構(gòu)體的關(guān)鍵字
- Stu是結(jié)構(gòu)體標(biāo)簽名
- struct Stu是結(jié)構(gòu)體的類型
- 大括號(hào)內(nèi)包圍的是結(jié)構(gòu)體成員變量的列表
- 變量s1是類型為struct Stu的全局變量,變量s2是該類型的局部變量
在聲明結(jié)構(gòu)時(shí),也有特殊的聲明,比如不完全聲明——匿名結(jié)構(gòu)體類型,省略掉了結(jié)構(gòu)體標(biāo)簽。
✒️代碼展示:
struct { int a; char b; float c; }x; struct { int a; char b; float c; }a[20], *p;
那么,此時(shí),問題來了!
在上面的代碼基礎(chǔ)上,p = &x,這樣的代碼合理嗎?
而且,像這樣的匿名結(jié)構(gòu)體類型只能使用一次,因?yàn)闆]有標(biāo)簽名。
2、結(jié)構(gòu)體的自引用
眾所周知,函數(shù)可以自己調(diào)用自己,叫做函數(shù)的遞歸,那么結(jié)構(gòu)體是否也有自己引用自己呢?如果有又是如何實(shí)現(xiàn)的呢?
✒️代碼展示:
//代碼一: struct N { int data; struct N next; }; //代碼二: struct Node { int data; struct Node* next; }; //代碼三: typedef struct { int data; Node* next; }Node; //代碼四: typedef struct Node { int data; struct Node* next; }Node;
🔖解釋說明:
代碼一:
這樣自引用是不正確的。當(dāng)想要計(jì)算struct N類型所占空間大小時(shí),就會(huì)出現(xiàn)瘋狂套娃現(xiàn)象,無法計(jì)算結(jié)果,因此是不可取的
代碼二:
這才是自引用的正確打開方式。data中存放的數(shù)據(jù),next中存放著下一個(gè)struct Node類型數(shù)據(jù)的地址
代碼三:
該代碼想要實(shí)現(xiàn)匿名結(jié)構(gòu)體的自引用,但這樣做是不可取的。因?yàn)樾枰暾亩x了該結(jié)構(gòu)體才可以重新命名為Node。然而定義的成員列表中又有Node*,先后問題產(chǎn)生了。
代碼四:
可以通過這種重定義方式實(shí)現(xiàn)自引用。
3、結(jié)構(gòu)體變量的定義和初始化
既然已經(jīng)有了結(jié)構(gòu)體類型,那么對(duì)其定義和初始化就變得非常的簡(jiǎn)單
✒️代碼展示:
struct Point { int x; int y; }p1; //聲明類型的同時(shí)定義變量p1 struct Point p2; //定義結(jié)構(gòu)體變量p2 //初始化:定義變量的同時(shí)賦初值。 struct Point p3 = {x, y}; struct Stu //類型聲明 { char name[15];//名字 int age; //年齡 }; struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化 struct Node { int data; struct Point p; struct Node* next; }n1 = {10, {4,5}, NULL}; //結(jié)構(gòu)體嵌套初始化 struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};//結(jié)構(gòu)體嵌套初始化
4、結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊
掌握了結(jié)構(gòu)體的基本使用,還應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)了解結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊問題從而計(jì)算結(jié)構(gòu)體的大小,這是一個(gè)關(guān)于結(jié)構(gòu)體的重點(diǎn)考點(diǎn)
結(jié)構(gòu)體的對(duì)齊規(guī)則:
- 第一個(gè)成員在與結(jié)構(gòu)體變量偏移量為0的地址處。
- 其他成員變量需要對(duì)齊到對(duì)齊數(shù)的整數(shù)倍的地址處。
對(duì)齊數(shù) = 編譯器默認(rèn)的一個(gè)對(duì)齊數(shù)與該成員大小的較小值。
VS中默認(rèn)的值為8,Linux沒有默認(rèn)對(duì)齊數(shù)- 結(jié)構(gòu)體總大小為最大對(duì)齊數(shù)的整數(shù)倍。
- 當(dāng)嵌套結(jié)構(gòu)體時(shí),嵌套的結(jié)構(gòu)體對(duì)齊需要到自己的最大對(duì)齊數(shù)的整數(shù)倍處,結(jié)構(gòu)體的整體大小就是所有最大對(duì)齊數(shù)的整數(shù)倍(包含嵌套結(jié)構(gòu)體的對(duì)齊數(shù))。
✒️代碼展示:
//練習(xí)1 struct S1 { char c1; int i; char c2; }; printf("%d\n", sizeof(struct S1)); //練習(xí)2 struct S2 { char c1; char c2; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S2)); //練習(xí)3 struct S3 { double d; char c; int i; }; printf("%d\n", sizeof(struct S3)); //練習(xí)4-結(jié)構(gòu)體嵌套問題 struct S4 { char c1; struct S3 s3; double d; }; printf("%d\n", sizeof(struct S4));
👁效果展示:
🔖解釋說明:
結(jié)構(gòu)體類型struct S1和struct S2兩者的成員組成是一樣的,但是定義順序有所差別,后者與前者相比將占用空間小的變量集中在了一起,導(dǎo)致兩者在遵循結(jié)構(gòu)體對(duì)齊條件下,所占內(nèi)存大小不一樣。做個(gè)對(duì)比吧!
結(jié)構(gòu)體類型struct S3和struct S4是另外兩個(gè)典型例子,后者嵌套前者。
簡(jiǎn)而言之,該做法就是為了拿空間換取時(shí)間
如果。。。
另外。。。
結(jié)構(gòu)在對(duì)齊方式不合適的時(shí)候,我么可以自己更改默認(rèn)對(duì)齊數(shù)。
這里我們將使用預(yù)處理指令#pragma來改變默認(rèn)對(duì)齊數(shù)
✒️代碼展示:
#include <stdio.h> #pragma pack(8)//設(shè)置默認(rèn)對(duì)齊數(shù)為8 struct S1 { char c1; int i; char c2; }; #pragma pack()//取消設(shè)置的默認(rèn)對(duì)齊數(shù),還原為默認(rèn) #pragma pack(1)//設(shè)置默認(rèn)對(duì)齊數(shù)為1 struct S2 { char c1; int i; char c2; }; #pragma pack()//取消設(shè)置的默認(rèn)對(duì)齊數(shù),還原為默認(rèn) int main() { printf("%d\n", sizeof(struct S1)); printf("%d\n", sizeof(struct S2)); return 0; }
👁效果展示:
🔖解釋說明:
5、結(jié)構(gòu)體傳參
✒️代碼展示:
struct S { int data[1000]; int num; }; struct S s = {{1,2,3,4}, 1000}; //結(jié)構(gòu)體傳參 void print1(struct S s) { printf("%d\n", s.num); } //結(jié)構(gòu)體地址傳參 void print2(struct S* ps) { printf("%d\n", ps->data[2]); } int main() { print1(s); //傳結(jié)構(gòu)體 print2(&s); //傳地址 return 0; }
👁效果展示:
🔖解釋說明:
函數(shù)傳參的時(shí)候,參數(shù)是需要壓棧,會(huì)有時(shí)間和空間上的系統(tǒng)開銷。
如果傳遞一個(gè)結(jié)構(gòu)體對(duì)象的時(shí)候,結(jié)構(gòu)體過大,參數(shù)壓棧的的系統(tǒng)開銷比較大,導(dǎo)致性能的下降。比如在這里,如果直接傳值s的話,由于結(jié)構(gòu)體中創(chuàng)建了一個(gè)很大的數(shù)組data,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體過大,傳參時(shí)浪費(fèi)的內(nèi)存空間很大,效率低下。但是如果傳址&s的話,作為一個(gè)指針,占四個(gè)字節(jié),極大提高了運(yùn)行效率。
簡(jiǎn)而言之,結(jié)構(gòu)體傳參時(shí),傳結(jié)構(gòu)體的地址更好
二、位段
1、位段的定義
位段,C語(yǔ)言允許在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中以位為單位來指定其成員所占內(nèi)存長(zhǎng)度,這種以位為單位的成員稱為“位段”或稱“位域” 。利用位段能夠用較少的位數(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
位段的聲明和結(jié)構(gòu)是類似的,有兩個(gè)不同:
- 位段的成員必須是 int、unsigned int 、signed int、char 。
- 位段的成員名后邊有一個(gè)冒號(hào)和一個(gè)數(shù)字(指該成員占的比特位)。
✒️代碼展示:
struct A { int _a:2; int _b:5; int _c:10; int _d:30; };
2、位段的內(nèi)存分配
位段的內(nèi)存分配規(guī)則:
- 位段的成員可以是 int、unsigned int、signed int或者char (屬于整形家族)類型
- 位段的空間上是按照需要以==4個(gè)字節(jié)( int )或者1個(gè)字節(jié)( char )==的方式來開辟的。
- 位段涉及很多不確定因素,位段是不跨平臺(tái)的,注重可移植的程序應(yīng)該避免使用位段。
✒️代碼展示:
struct S { char a:3; char b:4; char c:5; char d:4; } struct S s = {0}; s.a = 10; s.b = 12; s.c = 3; s.d = 4;
🔖解釋說明:
在VS編譯器中開辟了空間以后,先使用低地址再使用高地址。并且剩余的比特位不夠下一個(gè)變量存儲(chǔ)時(shí),那這一片空間將會(huì)被浪費(fèi)。
簡(jiǎn)而言之,跟結(jié)構(gòu)相比,位段可以達(dá)到同樣的效果,但是可以很好的節(jié)省空間,但是有跨平臺(tái)的問題存在。
3、位段的應(yīng)用
🔖解釋說明:
上圖是網(wǎng)絡(luò)上IP數(shù)據(jù)包的格式,當(dāng)你想要在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)一條消息給你的好友,信息是需要進(jìn)行分裝的,消息作為數(shù)據(jù)只是傳輸?shù)囊徊糠?,還有一部分傳輸?shù)氖欠盅b中的其他信息。比如4位版本號(hào),4位首部長(zhǎng)度,這些信息只需要4個(gè)bit,如若不使用位段,直接每個(gè)部分一個(gè)整形的給空間,就會(huì)造成空間的大量浪費(fèi)。
三、枚舉
1、枚舉類型的定義
在數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)理論中,一個(gè)集的枚舉是列出某些有窮序列集的所有成員的程序,或者是一種特定類型對(duì)象的計(jì)數(shù)。這兩種類型經(jīng)常(但不總是)重疊。枚舉在日常生活中很常見,例如表示星期的SUNDAY、MONDAY、TUESDAY、WEDNESDAY、THURSDAY、FRIDAY、SATURDAY就是一個(gè)枚舉。
2、枚舉的優(yōu)點(diǎn)
枚舉的優(yōu)點(diǎn):
- 代碼的可讀性變高和可維護(hù)性變強(qiáng)
- 和#define定義的標(biāo)識(shí)符相比較枚舉更加嚴(yán)謹(jǐn),因?yàn)橛蓄愋蜋z查。
- 防止命名污染的現(xiàn)象
- 方便調(diào)試,且使用方便,可以一下子定義很多常量
3、枚舉的使用
枚舉的說明與結(jié)構(gòu)和聯(lián)合相似, 其形式為:
enum 枚舉名 { 標(biāo)識(shí)符[=整型常數(shù)], 標(biāo)識(shí)符[=整型常數(shù)], ... 標(biāo)識(shí)符[=整型常數(shù)] } 枚舉變量;
如果枚舉沒有初始化,即省掉"=整型常數(shù)"時(shí), 則從第一個(gè)標(biāo)識(shí)符開始,順次賦給標(biāo)識(shí)符0, 1, 2, …但當(dāng)枚舉中的某個(gè)成員賦值后,其后的成員按依次加1的規(guī)則確定其值。
✒️代碼展示:
//代碼1 enum Num1 { x1, x2, x3, x4 }x; //代碼2 enum Num2 { y1, y2 = 0, y3 = 50, y4 }; int main() { printf("%d %d %d %d\n", x1, x2, x3, x4); printf("%d %d %d %d\n", y1, y2, y3, y4); return 0; }
👁效果展示:
注意:
- 枚舉中每個(gè)成員(標(biāo)識(shí)符)結(jié)束符是==","== 不是";", 最后一個(gè)成員可省略","。
- 初始化時(shí)可以賦負(fù)數(shù), 以后的標(biāo)識(shí)符仍依次加1。
- 枚舉變量只能取枚舉說明結(jié)構(gòu)中的某個(gè)標(biāo)識(shí)符常量。
- 枚舉值是常量,不是變量,不能在程序中用賦值語(yǔ)句再對(duì)它賦值(比如上面的代碼出現(xiàn)y3 = 3; ❎)。
- 只能把枚舉值賦予枚舉變量,不能把元素的數(shù)值直接賦予枚舉變量,除非進(jìn)行了強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換(比如上面的代碼出現(xiàn)x = x2✔️ x = 1❎x = (enum Num1)1✔️)
四、聯(lián)合體(共用體)
1、聯(lián)合體的定義
需要使幾種不同類型的變量存放到同一段內(nèi)存單元中。也就是使用覆蓋技術(shù),幾個(gè)變量互相覆蓋。這種幾個(gè)不同的變量共同占用一段內(nèi)存的結(jié)構(gòu),在C語(yǔ)言中,被稱作“共用體”類型結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)稱共用體,也叫聯(lián)合體。
2、聯(lián)合體的特點(diǎn)
聯(lián)合的成員是共用同一塊內(nèi)存空間的,一個(gè)聯(lián)合變量的大小,至少是最大成員的大?。ㄒ?yàn)槁?lián)合至少得有能力保存最大的那個(gè)成員)
✒️代碼展示:
//聯(lián)合類型的聲明 union Un { char c; int i; }; //聯(lián)合變量的定義 union Un un; int main() { //例① printf("%p\n", &(un.i)); printf("%p\n", &(un.c)); //例② un.i = 0x11223344; un.c = 0x55; printf("%x\n", un.i); return 0; }
👁效果展示:
🔖解釋說明:
通過例①的結(jié)果,我們可以直觀發(fā)現(xiàn)成員變量c和成員變量i共用地址
例②更加證實(shí)這一點(diǎn),由于大小端存儲(chǔ),變量i是以44 33 22 11這樣的順序存儲(chǔ)的,因?yàn)樽兞縞與其公用地址,因此55將44覆蓋,在內(nèi)存中變量i為55 33 22 11,打印出來為11 22 33 55
聯(lián)合體的相關(guān)應(yīng)用:
在之前我們已經(jīng)學(xué)會(huì)了判斷計(jì)算機(jī)大小端的方法,這里可以通過共用體的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)
#include <stdio.h>union Un{ char c; int i;}num;int main(){ num.i = 1; if(num.c == 1) { printf("小端存儲(chǔ)") } else { printf("大端存儲(chǔ)") } return 0;}
向成員變量i中存放一個(gè)1,查看成員變量c的值,由于該變量是char類型,因此只訪問了第一個(gè)字節(jié)。
3、聯(lián)合體的大小計(jì)算
聯(lián)合體大小計(jì)算規(guī)則:
聯(lián)合的大小至少是最大成員的大小。當(dāng)最大成員大小不是最大對(duì)齊數(shù)的整數(shù)倍的時(shí)候,就要對(duì)齊到最大對(duì)齊數(shù)的整數(shù)倍。
✒️代碼展示:
#include <stdio.h> union Un { char c; int i; }num; int main() { num.i = 1; if(num.c == 1) { printf("小端存儲(chǔ)") } else { printf("大端存儲(chǔ)") } return 0; }
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總結(jié)
到此這篇關(guān)于C語(yǔ)言自定義類型的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語(yǔ)言自定義類型內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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