金丹四层 —— 详解自定义类型
目录
前言
一.结构体
二.位段
三.枚举
四.联合体（共用体）
前言
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一.结构体
1.什么是结构体？
——结构体是一种由不同类型的数据元素组成的数据类型，它可以用来存储和管理复杂的数据结构。
2.结构体的格式
struct tag
{
//成员属性:普通变量、数组、指针、结构体
}变量列表;匿名结构体 - 特殊格式
struct
{
//成员属性;
};3.结构体的自引用
struct stu
{
int age;
struct stu* p;
};4.结构体成员的类型
——成员变量的类型可以是：基本类型的变量、数组、指针、结构体等
struct People
{
char name[10];
char gender;
};
struct Stu
{
int age;
struct People people;//结构体嵌套结构体
};5.结构体变量的定义和初始化
1）结构体变量的定义
#include <stdio.h>
struct Stu
{
char name[10];
char gender;
}stu1;//声明类型的同时创建变量stu1
//注：stu1是全局变量
struct Stu st2;//全局变量
int main()
{
struct Stu stu3;//局部变量
return 0;
}2）初始化
#include <stdio.h>
struct People
{
char name[10];
char gender;
};
int main()
{
struct People people = {"jack", 'm'};//定义的同时进行初始化
return 0;
}6.结构体成员的访问
1）普通结构体成员的访问：使用 “.” 操作符进行访问
#include <stdio.h>
struct Student
{
char name[10];
char gender;
};
int main()
{
struct Student stu = {"mary",'n'};
//访问结构体成员属性
printf("%s %c\n",stu.name, stu.gender);
return 0;
}2）结构体指针成员的访问
a. 使用(*xxx).成员访问【xxx为结构体变量名】
b.使用xxx->成员访问【xxx为结构体变量名】
#include <stdio.h>
struct Student
{
char name[10];
char gender;
};
int main()
{
struct Student stu = {"mary",'n'};
struct Student* p = &stu;
//访问结构体指针的成员属性
printf("%s %c\n", (*p).name, (*p).gender);
printf("%s %c\n", p->name, p->gender);
return 0;
}7.结构体传参
问题思考：结构体传参的时候，我们是使用值传递好还是址传递好呢？
#include <stdio.h>
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
//值传递
void print1(struct S s)
{
printf("%d\n", s.num);
}
//址传递
void print2(struct S* s)
{
printf("%d\n",s->num);
}
int main()
{
struct S s = { {1,2,3,4,5,6,7},100 };
//传值
print1(s);
//传址
print2(&s);
return 0;
}结论：在函数调用时，传递参数需要将其压入栈中，如果传递的参数是一个结构体对象，而该结构体对象的大小较大，则压栈的系统开销也会相应增加，进而导致系统性能的下降。
8.结构体的内存对齐
1）什么是结构体的内存对齐？
结构体的内存对齐是指：在计算机中存储结构体时，将结构体的成员按照一定的规则进行排列，以使得读取和存储结构体的数据更加高效。这一规则是由编译器根据结构体的组成确定的，称为结构体的内存对齐。
2）结构体的内存对齐规则
1> 第一个成员在结构体变量偏移量为0的地址处
2> 其他成员变量要对齐到某个数字的（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：8】
3> 结构体的总大小为最大对齐数的整数倍
4> 如果结构体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的整数倍
3）为什么会存在内存对齐？
1> 平台原因
——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得某些特定类型的数据，否则会抛出异常
2> 性能原因
——数据结构（栈）应该尽可能的在自然边界上对齐，那是为了访问未对齐的内存，处理器需要做两次内存访问，而对齐的内存访问仅需要一次访问
注：总的来说，结构体内存对齐是使用以时间换空间的做法
9.结构体内存对齐字节数计算
问题1：思考以下代码的输出结果
#include <stdio.h>
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
int main()
{
//所占字节数的大小是多少？
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
return 0;
}问题2：思考以下代码的输出结果
#include <stdio.h>
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S2));//?
return 0;
}问题3：思考以下代码的输出结果
#include <stdio.h>
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct S3));//?
return 0;
}问题4：思考以下代码的输出结果
#include <stdio.h>
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;
}10.修改默认对齐数
VS的默认对齐数是8，如果我们想要修改默认对齐数的话，使用#pragma pack()来修改
#include <stdio.h>
#pragma pack(4)//默认对齐数被修改为4
struct stu
{
char gender;
double d;
int i;
};
#pragma pack()//还原VS的默认对齐数
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct stu));//16
return 0;
}二.位段
1.什么是位段？
位段是一种特殊的存储器结构，它可以将一个字节的数据分割成多个不同的部分，并可以在这些部分之间进行选择性的读取和写入操作
2.位段的结构
struct stu
{
int age: 2;//冒号后面跟的是比特位
int score: 4;
}3.一个小case快速了解位段
#include <stdio.h>
struct A
{
int _a : 2;
int _b : 5;
int _c : 10;
int _d : 30;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct A));//8
return 0;
}4.位段的内存分配
1）位段的成员必须是整型家族中的成员：int、unsigned int、signed int、char的类型
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，位段是不能跨平台的，注重可移植性的程序应该避免使用位段
5.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。
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
1.什么是枚举？
枚举顾名思义：一 一列举
2.枚举的格式
enum 枚举名
{
//设置枚举值
.....
};3.一个小case快速了解枚举
#include <stdio.h>
enum Day//星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur = 10,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex//性别
{
MALE = 2,
FEMALE,
SECRET
};
enum Color//颜色
{
RED,
GREEN,
BLUE = 6
};
int main()
{
enum Day day = Fri;
enum Sex sex = SECRET;
enum Color color = RED;
printf("%d\n", day);//11
printf("%d\n", sex);//4
printf("%d\n", color);//0
return 0;
}4.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：只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异
四.联合体（共用体）
1.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（因为联合至少得有能力保存最大的那个成员）
2.使用联合的特点判断大小端机器
#include <stdio.h>
union Un
{
char ch;
int i;
};
int main()
{
union Un u;
u.i = 1;
if (u.ch == 1)
{
printf("小端\n");
}
else
{
printf("大端\n");
}
return 0;
}3.联合体大小的计算
1）联合的大小至少是最大成员的大小
2）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
4.思考下列问题并给出答案
问题1：
#include <stdio.h>
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
return 0;
}问题2：
#include <stdio.h>
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un2));
return 0;
}