1.結(jié)構(gòu)體

1.1結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識

結(jié)構(gòu)是一些值的集合，這些值稱為成員變量。結(jié)構(gòu)的每個(gè)成員可以是不同類型的變量。

1.2結(jié)構(gòu)的聲明

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

例如：

struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年齡
	char sex[5];//性別
	char id[20];//學(xué)號
};//分號不能丟

注意：聲明結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，它的成員是不能被初始化的，只有當(dāng)創(chuàng)建變量的時(shí)候才可以對結(jié)構(gòu)體變量中的成員進(jìn)行初始化。

1.3特殊的聲明

在聲明結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，可以進(jìn)行不完全的聲明，也就是在聲明的時(shí)候省略掉結(jié)構(gòu)體類型中的標(biāo)簽。

例如：

struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}a;
struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}*b;

這樣的結(jié)構(gòu)體稱為匿名結(jié)構(gòu)體類型。

那么下面這個(gè)代碼合法嗎？

b = &a;

如果在編譯器中運(yùn)行，會發(fā)現(xiàn)編譯器給出一個(gè)警告

這說明編譯器會將上面兩個(gè)匿名的結(jié)構(gòu)體類型當(dāng)成完全不同的兩個(gè)類型。

就算是這么寫：

struct
{
	int a;
	char b;
	float c;
}a, *c;
c = &a;

也是不行的。

而如果我們給這個(gè)匿名結(jié)構(gòu)體重命名，接下來使用這個(gè)新的類型名，編譯器就會將它們當(dāng)成是同一個(gè)類型了，如下代碼：

typedef struct 
{
	int a;
	char b;
	float c;
}new;
int main()
{
	new a = { 0 };
	new* b = &a;
	return 0;
}

這時(shí)編譯器就不會有警告了。

1.4結(jié)構(gòu)的自引用

在結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)類型為該結(jié)構(gòu)本身的成員是否可以呢？

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

如果這個(gè)代碼可行的話，那么sizeof(struct Node)為多少呢？

可以發(fā)現(xiàn)這么寫的話，結(jié)構(gòu)體中有結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體中又有結(jié)構(gòu)體，這樣就會像沒有限制條件的遞歸一樣一直循環(huán)下去。

所以結(jié)構(gòu)的自引用的正確寫法應(yīng)該是這樣：

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

通過指針來找到下一個(gè)結(jié)構(gòu)體。

數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲的結(jié)構(gòu)有順序表和鏈表：

順序表：

鏈表：

其中鏈表可以通過這種自引用的方式找到下一個(gè)結(jié)構(gòu)體，而最后一個(gè)結(jié)構(gòu)體中的結(jié)構(gòu)體指針給上一個(gè)NULL空指針就可以了。

注意：

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

這個(gè)代碼這么寫是不行的，因?yàn)榇a是一行一行往下讀的，用新的類型名給創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體成員是，這個(gè)新的類型名還未被定義出來。

所以應(yīng)該這么寫，如下代碼：

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

相當(dāng)于是聲明了結(jié)構(gòu)體后再對結(jié)構(gòu)體類型重命名了。

1.5結(jié)構(gòu)體變量的定義和初始化

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
struct Point p3 = { 1, 2 };//定義結(jié)構(gòu)體變量p3的同時(shí)賦初值,簡稱初始化

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1 = {1, 2}; //聲明類型的同時(shí)初始化

struct Point
{
	int x;
	int y;
};
struct Node
{
	int data;
	struct Point p;
}n1 = {1, {1, 2}};//結(jié)構(gòu)體嵌套初始化
struct Node n2 = { 2, {3, 4} };//結(jié)構(gòu)體嵌套初始化

1.6結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊

知道結(jié)構(gòu)體怎么聲明，怎么定義變量之后，還要學(xué)會計(jì)算結(jié)構(gòu)體的大小。

首先需要掌握結(jié)構(gòu)體的對齊規(guī)則：

1.第1個(gè)成員在與結(jié)構(gòu)體變量偏移量為0的地址處

2.其他成員變量要對齊到自身對齊數(shù)的整數(shù)倍的地址處

對齊數(shù)：取編譯器默認(rèn)的一個(gè)對齊數(shù)和該成員的大小其中的較小值，VS中默認(rèn)的對齊數(shù)為8

3.結(jié)構(gòu)體總大小為成員中最大對齊數(shù)的整數(shù)倍

4.如果是嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體對齊到自己的成員中最大對齊數(shù)的整數(shù)倍的地址處，結(jié)構(gòu)體的總體大小就是所有對齊數(shù)（包含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍

練習(xí)1：

struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	return 0;
}

可以畫圖來算：

其中空白的空間沒有被使用，對應(yīng)的顏色為對應(yīng)成員變量所占的空間，都是根據(jù)對齊規(guī)則來排放的，要注意成員的變量的對齊數(shù)是要取自身大小和默認(rèn)對齊數(shù)兩者之一的最小值的，最終計(jì)算結(jié)構(gòu)體總大小是取這些對齊數(shù)中最大的對齊數(shù)的整數(shù)倍。

利用這個(gè)方法，來做一下下面幾道題吧：

練習(xí)2：

struct s2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
	return 0;
}

練習(xí)3：

struct s3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s3));
	return 0;
}

練習(xí)4：

struct s3
{
	double d;
	char c;
	int i;
};
struct s4
{
	char c1;
	struct s3 s3;
	double d;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s4));
	return 0;
}

其中成員s3的大小為16

為什么會存在內(nèi)存對齊？

1.平臺原因：

不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則會出現(xiàn)硬件異常

2.性能原因：

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（尤其是棧）應(yīng)該盡可能地在自然邊界上對齊

原因在于，為了訪問未對齊的內(nèi)存，處理器需要作兩次內(nèi)存訪問；而對齊的內(nèi)存訪問只需要一次訪問。

例如，在32位平臺上，處理器一次訪問4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)

這是沒對齊的情況：

這是對齊的情況：

從對齊的位置開始一次訪問就拿到了int類型的數(shù)據(jù)了

總體來說，結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊是拿空間換取時(shí)間的做法。

如果想要既要滿足對齊，又要節(jié)省空間的話，可以這么做，讓結(jié)構(gòu)體中占用空間小的成員盡量集中在一起。

例如：

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;
}

s1和s2的類型成員一模一樣，但是s1和s2所占空間的大小不同，s2所占空間明顯要小。

1.7修改默認(rèn)對齊數(shù)

#pragma是個(gè)預(yù)處理指令，可以修改默認(rèn)對齊數(shù)

#pragma pack(4)//修改默認(rèn)對齊數(shù)為4
struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
#pragma pack()//取消設(shè)置的默認(rèn)對齊數(shù)，還原為默認(rèn)
#pragma pack(1)//修改默認(rèn)對齊數(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;
}

由于代碼是一行一行往下讀的，所以后面取消設(shè)置的默認(rèn)對齊數(shù)對前面已經(jīng)聲明的結(jié)構(gòu)體類型不會產(chǎn)生影響，結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)在結(jié)構(gòu)體聲明的時(shí)候已經(jīng)定下來了。

注意：不要隨便修改默認(rèn)對齊數(shù)。

結(jié)構(gòu)在對齊方式不合適的時(shí)候，可以自己更改默認(rèn)對齊數(shù)

1.8結(jié)構(gòu)體傳參

如下代碼：

struct s
{
	int num;
};
void print1(struct s s)
{
	printf("%d\n", s.num);
}
void print2(struct s* p)
{
	printf("%d\n", p->num);
}
int main()
{
	struct s a = { 0 };
	a.num = 123;
	print1(a);//傳結(jié)構(gòu)體
	print2(&a);//傳結(jié)構(gòu)體地址
	return 0;
}

用print2函數(shù)會好一點(diǎn)，函數(shù)在傳參的時(shí)候，參數(shù)是需要壓棧的，會有時(shí)間和空間上的開銷，如果傳遞一個(gè)結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，結(jié)構(gòu)體過大，參數(shù)壓棧的系統(tǒng)開銷就會比較大，會導(dǎo)致性能上的下降。

所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)體傳參的時(shí)候，要傳結(jié)構(gòu)體的地址。

2.位段

結(jié)構(gòu)體可以實(shí)現(xiàn)位段的能力

2.1什么是位段

位段的成員和結(jié)構(gòu)體是類似的，但有兩個(gè)不同：

1.位段的成員必須是int、unsigned int或signed int或者char、unsignef char或者signed char

2.位段的成員名后面有一個(gè)冒號和一個(gè)數(shù)字（區(qū)別于結(jié)構(gòu)體）

例如：

struct s
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 8;
	int _d : 10;
};

s就是一個(gè)位段類型

又比如：

struct x
{
	short _a : 3;
	short _b : 4;
};

x也是一個(gè)位段類型，要區(qū)別于結(jié)構(gòu)體

那么，位段的大小是多少呢？

2.2位段的內(nèi)存分配

1.位段的成員需要時(shí)整型家族類型的，如long long、int，short、char這些

2.位段上的空間是按照需要以4個(gè)字節(jié)（int）或者1個(gè)字節(jié)（char）來開辟的

3.位段涉及很多不確定因素，位段是不跨平臺的，注重可移植的程序應(yīng)該避免使用位段

如下代碼：

struct s
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 5;
};
struct s s = { 0 };
int main()
{
	s.a = 12;
	s.b = 8;
	s.c = 7;
	s.d = 9;
	return 0;
}

位段是如何在內(nèi)存中開辟空間的呢？

這里畫個(gè)圖來講解一下：

首先我們假設(shè)在一個(gè)字節(jié)空間里面如果有放不下的位空間就會新開辟一個(gè)字節(jié)空間來存放位空間，比如成員a和成員b一共占了7個(gè)位，那么成員c需要占5個(gè)位，這時(shí)一個(gè)字節(jié)空間放不下了，就需要新開辟一個(gè)字節(jié)空間來存放c的這5個(gè)位，而d也需要5個(gè)位，這個(gè)時(shí)候就又需要再開辟一個(gè)新的字節(jié)空間了。

接下來對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，如果數(shù)據(jù)大于對應(yīng)的位空間，就要發(fā)生截?cái)?，而如果小于，那就要高位補(bǔ)0直到補(bǔ)滿位空間

這樣對應(yīng)的字節(jié)上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成16進(jìn)制位就是44、07、09

此時(shí)可以進(jìn)入調(diào)試觀察內(nèi)存中的值來驗(yàn)證假設(shè)

這三個(gè) 內(nèi)存空間的值可以看到和計(jì)算出來的是一樣的，那么說明在MSVC這個(gè)編譯器下位段就是這么開辟空間和存儲數(shù)據(jù)

那么位段究竟有什么用呢？比如當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)的值只需要它的范圍在0~3的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候就可以用到位段了

2.3位段的跨平臺問題

1.int位段被當(dāng)成有符號數(shù)還是無符號數(shù)，這是不確定的

2.位段中最大位的數(shù)目不能確定（16位機(jī)器最大16，32位機(jī)器最大32，寫成27，就會在16位機(jī)器中出現(xiàn)問題）

3.位段中的成員在內(nèi)存中從左向右分配，還是從右向左分配，C語言的標(biāo)準(zhǔn)尚未定義

4.當(dāng)一個(gè)結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)位段，第二個(gè)位段成員比較大，無法容納于第一個(gè)位段剩余的位時(shí)，是舍棄剩余的位還是利用剩余的位，這是不確定的

總結(jié)：和結(jié)構(gòu)相比，位段可以達(dá)到同樣的效果，可以很好的節(jié)省空間，但是又跨平臺的問題存在

2.4位段的應(yīng)用

這個(gè)功能可以用位段來實(shí)現(xiàn)的

3.枚舉

枚舉就是列舉，把可能的值一 一列舉出來

比如：

一周的星期一到星期天是有限的7天，可以一 一列舉

性別有男、女、保密，可以一 一列舉

月份有12個(gè)月，也可以一 一列舉

對于這些例子，就可以使用枚舉了

3.1枚舉類型的定義

如下代碼：

enum Day
{
	Mon,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
enum Sex
{
	MALE,
	FEMALE,
	SECRET
};
enum Color
{
	RED,
	GREEN,
	BLUE
};

以上定義的enum Mon, enum Sex, enum Color都是枚舉類型，{}中的內(nèi)容是枚舉類型的可能取值，也叫枚舉常量。

這些可能的取值都是有初值的，默認(rèn)第一個(gè)成員為0，然后遞增1，也可以在定義枚舉類型的時(shí)候?qū)ζ渲械膬?nèi)容進(jìn)行初始化，注意，這是初始化，不是賦值。

enum Color
{
	RED = 2,
	GREEN = 5,
	BLUE = 8
};

要是其中的一個(gè)枚舉常量改了初值，那么在這個(gè)常量開始往后的常量若是沒有改初值的話，都是在其基礎(chǔ)上遞增1，比如：

3.2枚舉的優(yōu)點(diǎn)

可以使用#define來定義常量，為什么還要使用枚舉常量呢？

枚舉的優(yōu)點(diǎn)：

1.增加代碼的可讀性和可維護(hù)性

2.和#define定義的標(biāo)識符比較枚舉類型檢查，更加嚴(yán)謹(jǐn)

3.防止命名污染

4.便于調(diào)試

5.使用方便，一次可以定義多個(gè)常量

從test.c文件到test.exe文件中間要經(jīng)過預(yù)編譯，編譯，反匯編和鏈接等過程，其中在預(yù)編譯階段，用#define定有的標(biāo)識符常量會被轉(zhuǎn)化成字面常量，這導(dǎo)致了在調(diào)試過程中看到的標(biāo)識符常量和程序運(yùn)行中是不一樣的，不方便進(jìn)行調(diào)試，而且用標(biāo)識符常量是不能給枚舉類型定義的變量初始化的

3.3枚舉的使用

enum Color
{
	RED = 2,
	GREEN = 5,
	BLUE = 8
};
enum Color clr = RED;

只能拿枚舉常量給枚舉變量初始化，才不會出現(xiàn)類型上的差異

4.聯(lián)合

聯(lián)合體也叫做共用體

4.1聯(lián)合類型的定義

聯(lián)合也是一種特殊的自定義類型，這種類型定義的變量包含了一系列的成員，特征是這些成員共用同一塊空間，所以聯(lián)合也叫共同體

//聯(lián)合類型的聲明
union Un
{
	char c;
	int i;
}a;
union Un un;//聯(lián)合變量的定義

計(jì)算一下聯(lián)合變量的大?。?/p>

可以看到聯(lián)合變量只占4個(gè)字節(jié)的大小，它其中的成員c和成員i是公用一個(gè)空間的

如圖：

它們在內(nèi)存中的第一個(gè)字節(jié)空間是共用的

4.2聯(lián)合的特點(diǎn)

聯(lián)合的成員是共用一塊內(nèi)存空間的，這樣一個(gè)聯(lián)合變量的大小，至少是最大成員的大?。ㄒ穆?lián)合至少得有能力保存最大的那個(gè)成員）

可以看到，成員c和成員i的起始地址是一樣的

而在這個(gè)代碼里，因?yàn)槌蓡T的空間是共用的，所以改變c的值的時(shí)候，i也相應(yīng)的發(fā)生了變化（機(jī)器上是小端字節(jié)序存儲）

利用聯(lián)合的這個(gè)特點(diǎn)，可以用來判斷聯(lián)合的大小端存儲模式

如下代碼：

union Un
{
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	union Un un;
	un.i = 1;
	if (1 == un.c)
	{
		printf("小端");
	}
	else
	{
		printf("大端");
	}
	return 0;
}

4.3聯(lián)合大小的計(jì)算

1.聯(lián)合的大小至少是最大成員的大小

2.當(dāng)最大成員的大小不是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍的時(shí)候，就要對齊到最大對齊數(shù)的整數(shù)倍

union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};
union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));
	return 0;
}

Un1的最大對齊數(shù)是4，數(shù)組的對齊數(shù)根據(jù)數(shù)組元素的對齊數(shù)來定，Un1的最大成員大小是5，不是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍，所以要進(jìn)行對齊，Un1的最終大小為8

Un2的最大對齊數(shù)是4，最大成員大小是14，所以要對齊，最終大小是16

關(guān)于自定義類型的內(nèi)容就到這里了，今后也會不定期更新

到此這篇關(guān)于C語言中的自定義類型之結(jié)構(gòu)體與枚舉和聯(lián)合詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言自定義類型內(nèi)容請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！

最新評論