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【C语言指南】数据类型详解（下）——自定义类型

article 2024/10/3 18:17:24

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⏩ 文章专栏：《C语言指南》

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引言

1. 结构体（Struct）

2. 联合体（Union）

3. 枚举（Enum，自定义用法的高级特性）

4. 类型定义（Typedef）

结语

C语言内置类型可参考上一篇文章：

【C语言指南】数据类型详解（上）——内置类型-CSDN博客

引言

在C语言中，除了丰富的内置数据类型外，自定义数据类型也是编程中不可或缺的一部分。自定义数据类型允许程序员根据实际需求定义新的数据类型，从而提高代码的可读性、可维护性和复用性。

本文将详细探讨C语言中几种常见的自定义数据类型：结构体（Struct）、联合体（Union）、枚举（Enum，侧重于其自定义用法的高级特性）以及类型定义（Typedef），并对每种类型的定义、使用场景、注意事项及高级特性进行详细说明。

1. 结构体（Struct）

结构体是C语言中一种复合数据类型，它允许将不同类型的数据项组合成一个单一的类型。

结构体是用户自定义类型的基础，广泛应用于表示具有多个属性的复杂对象。

定义：
```
struct Student {  
    char name[50];  
    int age;  
    float score;  
};
```
这里定义了一个名为Student的结构体，包含三个成员：name（字符数组，用于存储学生姓名）、age（整型，用于存储学生年龄）和score（浮点型，用于存储学生成绩）。
使用：
定义结构体类型后，可以使用该类型声明变量，并通过点运算符（.）访问其成员。
```
struct Student stu1;  
strcpy(stu1.name, "Alice");  
stu1.age = 20;  
stu1.score = 92.5f;
```
高级特性：
- 结构体数组：可以定义结构体数组，以存储多个具有相同结构的数据项。
- 结构体指针：结构体指针用于指向结构体变量或结构体数组，通过结构体指针可以动态地访问和修改结构体成员。
- 结构体嵌套：结构体中可以包含其他结构体作为成员，实现更复杂的数据结构。

2. 联合体（Union）

联合体是一种特殊的数据类型，它允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。

联合体主要用于节省内存空间或在某些特定情况下共享数据。

定义：
```
union Data {  
    int i;  
    float f;  
    char str[20];  
};
```
这里定义了一个名为Data的联合体，包含三个成员：i（整型）、f（浮点型）和str（字符数组）。但需要注意的是，这些成员在同一时刻只能使用其中一个，因为它们共享同一块内存空间。

使用：
使用联合体时，必须明确当前使用的是哪个成员，因为联合体的所有成员都从相同的内存地址开始。

union Data data;  
data.i = 10; // 使用整型成员  
// 注意：在访问其他成员之前，必须确保该成员是最后被赋值的，否则可能导致数据不一致  
printf("%d\n", data.i); // 输出10  
data.f = 3.14f; // 使用浮点型成员，此时整型成员的值将被覆盖  
printf("%f\n", data.f); // 输出3.14

高级特性：
- 匿名联合体：在某些情况下，可以定义匿名联合体，以便直接访问其成员而无需通过联合体名。
- 联合体的内存对齐：由于联合体成员共享同一块内存，因此联合体的总大小通常等于其最大成员的大小，但实际的内存布局可能受到编译器和平台的影响，特别是与内存对齐有关。

3. 枚举（Enum，自定义用法的高级特性）

枚举类型是一种用户定义的类型，它包含一组命名的整型常量。

虽然枚举本质上不是自定义数据类型（因为它基于整型），但其自定义用法和高级特性使得它非常强大。

定义：

enum Color { RED, GREEN, BLUE, YELLOW, COUNT };

这里定义了一个名为Color的枚举，包含四个颜色常量和一个计数常量COUNT
（通常用于表示枚举中常量的数量）。默认情况下，枚举常量的值从0开始递增。

自定义值：
可以为枚举常量指定具体的整数值。

enum Color { RED = 1, GREEN = 2, BLUE = 4, YELLOW = 8, COUNT = 4 };

注意这里的COUNT被赋值为4，它并不代表枚举中常量的总数，而是被显式赋值为4。

高级特性：
- 枚举的位字段：结合位运算，可以使用枚举来表示一组可以组合的属性。
- 枚举的类型安全：虽然枚举在C语言中是基于整型的，但它们提供了比整数更好的类型安全性，因为枚举常量具有明确的语义。
- 枚举的跨平台问题：由于枚举的底层类型是整型，其大小和范围可能因编译器和平台而异，因此在跨平台编程时需要注意。

4. 类型定义（Typedef）

typedef关键字用于为现有的数据类型定义一个新的名字（别名）。

使用typedef可以简化复杂的类型声明，提高代码的可读性。

定义：

typedef struct {  
    int x, y;  
} Point;

这里为包含两个整型成员x和y的结构体定义了一个新类型名Point。

使用：
现在可以使用Point来声明变量，而无需每次都写struct关键字。
```
Point p1, p2;  
p1.x = 10;  
p1.y = 20;
```
高级特性：
- 类型安全的别名：typedef不仅简化了类型声明，还提供了类型安全的别名，有助于防止类型混淆。
- 函数指针的简化：typedef特别适用于简化函数指针的类型声明，使得回调函数和函数指针的使用更加直观。