自定义类型——结构体、枚举、联合

2023-11-17

一、结构体

我们知道,数组是将相同类型的元素放在一起;类似于数组,结构体是将相同或不同的元素放在一起。

eg:

struct example       //example是结构体名,可以省略,但不建议省略
{                          //{}内部的是结构体成员
	int a;
	char c;
	float b[10];
}x,*p,arr[10];          //x是结构体变量,p是结构体指针,arr[10]是结构体数组
结构体变量的定义与初始化:

eg:(定义)

struct A
{
	int a;
	char b;
}x;//声明类型的同时定义变量x
struct A x;//定义结构体变量x
eg:(初始化)
struct A
{
	int a;
	char b;
}x = {0,'a'};//声明类型的同时定义变量x的同时初始化
struct A x = {1,'a'};//定义结构体变量x的同时初始化
注:结构体变量不能整体赋值,但可以整体初始化。
访问方式:

1)点操作符:

x.a = 10;

2)结构体指针:

p->b[1] = 10.3;
(*p).c = 'a';

结构体的自引用:

正确的引用方式是:

struct example
{
	int a;
	char b;
	struct example *next;//结构体内部不能包含其本身,但可以包含其指针
};

若为:

struct example
{
	int a;
	char b;
	struct example next;//无法编译通过
};
则无法编译通过,因为结构体大小不明确,不清楚要给该结构体开辟多大的内存空间;所以可以改为上述正确的引用方式——使用指针,指针占4个字节,明确了开辟内存空间的大小。

结构体的不完整声明:

struct A
{
	int _a;
	struct B* bb;
};
struct B
{
	int _b;
	struct A* aa;
};
以上代码在结构体A中引用结构体B时,还未定义结构体B。所以在引用前应该先声明,如下:

struct B;
struct A
{
	int _a;
	struct B* bb;
};
struct B
{
	int _b;
	struct A* aa;
};
结构体地址:

观察下面代码的运行结果:

struct example
{
	int a;
	char c;
	float b[10];
}x,*p;
int main()
{
	printf("%#p\n", &x);
	printf("%#p\n", &(x.a));
	system("pause");
	return 0;
}

我们可以得出,结构体的地址与第一个元素的地址相同。

在观察下面的代码运行结果:

struct example
{
	char c;
	int a;
	char d;
	float b[10];
}x,*p;
int main()
{
	printf("%#p\n", &(x.c));
	printf("%#p\n", &(x.a));
	printf("%#p\n", &(x.d));
	printf("%#p\n", &(x.b));
	system("pause");
	return 0;
}

可以得出结论,与数组的地址不一样,结构体的成员的地址不一定连续,但是是由低到高的。

结构体的内存对齐:

既然我们观察出结构体与数组不同,在内存中不是连续存放的,那么原因是什么?

答:因为结构体的内存对齐

那么什么是内存对齐?为什么要有内存对齐呢?

内存对齐的原因:为了提升效率(以空间换时间)

1. 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,否则抛出硬件异常。

2. 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。原因在于,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

内存对齐的规则:

1. 第一个成员在与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(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中默认的值为8
Linux中的默认值为4
3. 结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量除了第一个成员都有一个对齐
数)的整数倍。
4. 如果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。

结构体的最大对齐数=其内部成员的最大对齐数

结构体传参:

struct A
{
	int a;
	char b;
}x = { 10, 'a' };
void fun1(struct A s)              //结构体传参
{
	printf("%d\n", s.a);
}
void fun2(struct A* s)             //结构体指针传参
{
	printf("%d\n", (*s).a);
}
int main()
{
	fun1(x);
	fun2(&x);
	system("pause");
	return 0;
}
上述两种传参方式都是正确的,那么应该选用哪种呢?

答:函数传参的时候,不会像数组一样,发生降级现象。而参数是需要压栈的,如果传递一个结构体对象的时候,结构体过大,参数压栈的的系统开销比较大,会导致性能的下降 。所以应尽量使用结构体指针传参。
二、位段

位段的定义与声明与结构体类似,但成员必须是整型家族类型(int,long,short,unsigned int,char等)且成员变量后要有一个冒号和数字,具体如下:

struct A
{
	int a : 3;    //使用一个整形的3个比特位,取名为a
	int b : 6;
	int c : 10;
	int d : 30;
};

位段的内存分配:
位段的空间上是按照需要以 4 个字节( int )或者 1 个字节( char )的方式来开辟的。eg:

注:位段溢出时不会影响其它位;

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1632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

定义:(例如)

enum color
{
	red,
	yellow,
	white,
	black,
	green
};
enum color clr = yellow;//定义一个枚举变量,并赋初值。注:只能枚举常亮给枚举变量赋值,才不会出现类型的差异
{}中的内容是枚举类型的可能取值,也叫 枚举常量 。这些可能取值都是有值的,默认从0开始,依次递增1。(如下所示)

int main()
{
	printf("%d\n", red);
	printf("%d\n", yellow);
	printf("%d\n", white);
	printf("%d\n", black);
	printf("%d\n", green);
	system("pause");
	return 0;
}

当然在定义的时候也可以赋初值 ;
四、联合(共用体)
声明与定义类似于数组:

union Un
{
int a;
char b;
};
union Un x;//定义一个联合体变量
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 
打印上面定义的联合体变量的地址:

int main()
{
	printf("%d\n", &(x.a));
	printf("%d\n", &(x.b));
	system("pause");
	return 0;
}

发现它们的地址是一样的,说明它们共用一块内存空间。



计算联合体的大小:

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。

例如:


应用:(判断当前计算机是大端还是小端)

union Un
{
	int a;
	char b;
};
union Un x;//定义一个联合体变量
int main()
{
	//下面输出的结果是什么?
	x.a = 0x11223344;
	x.b = 0x55;
	printf("%x\n", x.a);      //若x.b放在x.a的地位地址处,及输出结果为0x11223355时,该计算机为小端
	system("pause");
	return 0;
}

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