为了便于描述复杂的对象,C语言就支持了自定义类型，其中包括了结构体、枚举和联合体，下面将为大家一一介绍。

自定义类型

  • 1.结构体
    • 1.1结构的基础知识
    • 1.2结构的声明
    • 1.3特殊的声明
    • 1.4结构的自引用
    • 1.5结构体变量的定义和初始化
    • 1.6结构体的内存对齐
    • 1.7修改默认对齐数
    • 1.8结构体传参
  • 2.位段
    • 2.1什么是位段？
    • 2.2位段的内存分配
    • 2.3位段的跨平台问题
  • 3.枚举
    • 3.1枚举类型的定义
    • 3.2枚举的优点
  • 4.联合
    • 4.1联合类型的定义及特点
    • 4.2联合大小的计算

1.结构体

1.1结构的基础知识

结构是一些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

1.2结构的声明

//struct为结构体的关键字，不能省略struct tag //tag由自己设定{member - list;//成员变量}variable-list;

这里我们给出示例来描述一个学生：

struct Student{char name[20];int age;char sex[5];float score;}s1,s2,s3;//s1,s2,s3为三个结构体变量int main(){struct Student s4, s5, s6;//s4,s5,s6为三个结构体变量return 0;}

1.3特殊的声明

struct//匿名结构体类型即省略去tag,只能使用一次。{char name[20];char author[20];float price;}b1;

1.4结构的自引用

结构体里包含该结构体类型的指针为结构自引用的正确方法。

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

1.5结构体变量的定义和初始化

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include struct Point{int x;int y;}p1 = { 1,2 };struct Point p3 = { 4,5 };struct Stu{char name[20];int age;};struct Node{int data;struct Point p;struct Node* next;};int main(){int a = 10;int b = 20;struct Point p2 = { a,b };struct Stu s = { "zhangsan",18 };struct Stu s2 = { .age = 20,.name = "lisi" };printf("%s %d\n", s.name, s.age);printf("%s %d\n", s2.name, s2.age);struct Node n = { 100,{25,26},NULL };printf("%d x=%d y=%d\n", n.data, n.p.x, n.p.y);return 0;}

1.6结构体的内存对齐

✅例如下面的这段代码，两个不同的结构体，他们所占的内存空间是否相同呢？

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include 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;}


通过示例运行，我们发现了他们所占的内存空间的大小并不相同，那么这里就涉及到内存对齐的问题。

结构体对齐的规则：

  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。
  3. 结构体总大喜为最大对齐数的整数倍。
  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，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（函嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

下面就给出结构体s1,s2的字节数是怎么算出来的一个过程：

这里，我们在拿一个题目练练手：

struct s3{double d;char c;int i;};

通过画图，我们可以发现答案是16。

总的来说，结构体的内存对齐是拿空间来换时间的做法。因此，我们在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间时，应该将占用空间小的成员尽量集中在一起。

1.7修改默认对齐数

#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8#pramga pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认

1.8结构体传参

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include struct S{int data[1000];int num;};void print1(struct S t){printf("%d %d %d %d\n", t.data[0], t.data[1], t.data[2], t.num);}void print2(struct S* p){printf("%d %d %d %d\n", p->data[0], p->data[1], p->data[2], p->num);}int main(){struct S s = { {1,2,3},100 };print1(s);//传值调用print2(&s);//传址调用return 0;}


✅函数传参的时候，参数是需要压栈的，会有时间和空间上的系统开销。如果传递一个结构体对象的时候，结构体过大，参数压栈的系统开销比较大，所以会导致性能的下降。

2.位段

位段的出现就是为了节省空间。

2.1什么是位段？

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

  1. 位段的成员必须是int、unsigned int或signed int。
  2. 位段的成员后面有一个冒号和一个数字。
//位段如下所示：位是二进制位struct A{int _a : 2;//_a占用2个bit位的空间int _b : 5;//_b占用5哥bit位的空间int _c : 10;int _d : 30;};

✅通过计算，我们知道该位段占用8个字节，相对于结构体的16个字节节省了大量的空间。

对于位段如何分配空间的问题，大家心中一定还存在一定的疑问。

2.2位段的内存分配

  1. 位段的成员可以是int、unsigned int或者是char（属于整形家族）类型。
  2. 位段的空间上是按照需要以4个字节（int）或1个字节（char）的方式来开辟的。
  3. 位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

2.3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.）
  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。

✅Tips:跟结构相比，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

3.枚举

顾名思义，枚举的意思就是一一列举。

3.1枚举类型的定义

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

✅我们发现以上定义的 enum Day ， enum Sex ， enum Color 都是枚举类型。
{}中的内容是枚举类型的可能取值，也叫枚举常量 。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include enum Sex//性别{MALE,FEMALE,SECRET};int main(){printf("%d\n", MALE);printf("%d\n", FEMALE);printf("%d\n", SECRET);return 0;}


我们发现这些可能取值都是有值的，默认从0开始，一次递增1，当然在定义的时候也可以赋初值。

enum Color//颜色{RED = 1,GREEN = 2,BLUE = 4};

3.2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。

4.联合

联合也是一种特殊的自定义类型，这种类型定义的变量也包含了一系列成员，特征是这些成员公用同一块空间（所以也叫共用体）。

4.1联合类型的定义及特点

#include union Un{char a;int i;};int main(){union Un un;printf("%d\n", sizeof(un));printf("%p\n", &un);printf("%p\n", &(un.a));printf("%p\n", &(un.i));return 0;}


联合的成员是共用同一块内存空间，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。）

4.2联合大小的计算

  • 联合的大小至少是最大成员的大小。
  • 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。
#include 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;}


❗Tips:联合体在某些成员不会在同一时间内使用时使用！

好啦，关于自定义类型的知识到这里就先结束啦，后期会继续更新学习C语言的相关知识，欢迎大家持续关注、点赞和评论！❤️❤️❤️