C語言深入探究自定義類型之結構體與枚舉及聯合

Posted on by

1.結構體

1.1結構體類型的聲明

結構是一些值的集合，這些值稱為成員變量。結構的每個成員可以是不同類型的變量

這裡給大傢舉個列子演示一下：

//定義一個學生的結構體
typedef struct Stu
{
	char name[20];//姓名
	int age;//年齡
	char sex[5];//性別
	char id[15];//學號
}Stu;//分號不能丟

在這個結構體裡面我們定義瞭學生的名字，年齡，性別，學號這些變量，這樣的變量就叫做成員變量。

結構的成員可以是標量、數組、指針，甚至是其他結構體。

這裡的typedef是將結構體重命名為Stu。

1.2結構的自引用

上面我們說到瞭成員變量也可以為結構體，我們不妨大膽的猜想一下，結構體內可以包含一個類型為自身結構體的成員嗎？

答案當然是可以的，不過有需要我們註意的地方下面給大傢用代碼的形式演示一下：

//1.錯誤引用
struct Node
{
	int data;
	struct Node next;
};
//2.正確引用
struct Node
{
	int data;//數據
	struct Node* next;//地址
};

對比上面的代碼正確的代碼比錯誤的多一個' * ',代表傳地址我們來分析一下錯誤的地方，穿瞭一個結構體進去，那麼我們這個結構體的大小是多少呢，顯然沒辦法計算，結構題內套一個結構體，然後這個結構體又套一起進去，類似無條件遞歸，編譯器也會報錯。那麼我們來看正確的代碼，

結構體分為兩部分，一部分存放數據，一部分存放地址，當我需要的時候我們根據地址找到內嵌的結構體，這樣就可以講這些結構體串起來瞭，當我們訪問到最後一個時，我們隻需要給它一個NULL就停止瞭，這樣是不是就很完美瞭呢。

1.3結構體變量的定義和初始化

有瞭結構體類型怎麼定義和初始化結構體變量呢，其實很簡單，給大傢演示一下：

struct Point
{
	int x;
	int y;
}p1;             //1.聲明類型的同時定義變量p1
struct Point p2; //2.定義結構體變量p2
//3.初始化：定義變量的同時賦初值
struct Point p3 = { x , y };

1.4結構體內存對齊

我們知道int的大小為4個字節，char的大小為1個字節,每個數據類型都有大小，那麼結構體大小又是多少呢，該怎麼計算呢？

這裡需涉及到一個知識點就是內存對齊：

1. 第一個成員在與結構體變量偏移量為0的地址處。

2. 其他成員變量要對齊到某個數字（對齊數）的整數倍的地址處。 對齊數 = 編譯器默認的一個對齊數 與 該成員大小的較小值。 VS中默認的值為8

3. 結構體總大小為最大對齊數（每個成員變量都有一個對齊數）的整數倍。

4. 如果嵌套瞭結構體的情況，嵌套的結構體對齊到自己的最大對齊數的整數倍處，結構體的整 體大小就是所有最大對齊數（含嵌套結構體的對齊數）的整數倍

文字的形式可能有點抽象，下面用圖來給大傢演示一下：

為什麼存在內存對齊?

大部分的參考資料都是如是說的：

1. 平臺原因(移植原因)： 不是所有的硬件平臺都能訪問任意地址上的任意數據的；某些硬件平臺隻能在某些地址處取某些特定類型的數據，否則拋出硬件異常。

2. 性能原因： 數據結構(尤其是棧)應該盡可能地在自然邊界上對齊。 原因在於，為瞭訪問未對齊的內存，處理器需要作兩次內存訪問；而對齊的內存訪問僅需要一次訪問

總體來說就是拿空間換時間的做法。

那我們在設計結構體的時候想要節省空間就要做到，讓占用空間小的成員盡量集中在一起。

1.5結構體傳參

我們知道在傳參的時候有兩種方式，傳值和傳址。那麼在結構體傳參的時候我們通常采用結構體地址傳參。

函數傳參的時候，參數是需要壓棧，會有時間和空間上的系統開銷。

如果傳遞一個結構體對象的時候，結構體過大，參數壓棧的的系統開銷比較大，所以會導致性能的

下降。

代碼演示如下：

struct S
{
	int data[1000];
	int num;
};
struct S s = { {1,2,3,4},1000 };//初始化賦值
void print1(struct S* pc)用struct S*的指針接收
{
	printf("%d\n", pc->num);
}
int main()
{
	print1(&s);//傳地址
	return 0;
}

1.6結構體實現位段(位段的填充&可移植性)

位段的聲明和結構是類似的，有兩個不同：

1.位段的成員必須是 int、unsigned int 或signed int 。

2.位段的成員名後邊有一個冒號和一個數字

如下圖，A就是一個位段

struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};

位段的內存分配：

1. 位段的成員可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （屬於整形傢族）類型

2. 位段的空間上是按照需要以4個字節（ int ）或者1個字節（ char ）的方式來開辟的。

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

位段的跨平臺問題：

1. int 位段被當成有符號數還是無符號數是不確定的。

2. 位段中最大位的數目不能確定。（16位機器最大16，32位機器最大32，寫成27，在16位機 器會出問題。

3. 位段中的成員在內存中從左向右分配，還是從右向左分配標準尚未定義。

4. 當一個結構包含兩個位段，第二個位段成員比較大，無法容納於第一個位段剩餘的位時，是 舍棄剩餘的位還是利用，這是不確定的。

2.枚舉

枚舉就是列舉，例如一周有七天可以列舉，三原色可以列舉，性別可以列舉

2.1枚舉類型的定義

enum Color//顏色
{
	RED,//0
	GREEN,//1
	BLUE//2
};

這裡定義的 enum Color 就是是枚舉類型。

{}中的內容是枚舉類型的可能取值，也叫 枚舉常量 。

這些可能取值都是有值的，默認從0開始，一次遞增1，當然在定義的時候也可以賦初值，RED=1，GREEN=2，BLUE=100，都是可以的。

2.2枚舉的優點

1. 增加代碼的可讀性和可維護性

2. 和#define定義的標識符比較枚舉有類型檢查，更加嚴謹。

3. 防止瞭命名污染（封裝）

4. 便於調試

5. 使用方便，一次可以定義多個常量

3.聯合

3.1聯合類型的定義

聯合也是一種特殊的自定義類型

這種類型定義的變量也包含一系列的成員，特征是這些成員公用同一塊空間（所以聯合也叫共用體）。 比如：

//聯合類型的聲明
union Un
{
char c;
int i;
};
//聯合變量的定義
union Un un;
//計算連個變量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));//計算出來結果為4

3.2聯合的特點

聯合的成員是共用同一塊內存空間的，這樣一個聯合變量的大小，至少是最大成員的大小（因為聯合至少得有能力保存最大的那個成員）。

上面的例子在聯合體Un中最大的成員為int占4個字節，所以聯合體Un的大小也為4個字節。

3.3聯合大小的計算

聯合的大小至少是最大成員的大小。

當最大成員大小不是最大對齊數的整數倍的時候，就要對齊到最大對齊數的整數倍。

下面兩個例子中的計算方法和上面內存圖解差不多，大傢可以研究一下。

union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
//下面輸出的結果是什麼？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));//8
printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16

到此這篇關於C語言深入探究自定義類型之結構體與枚舉及聯合的文章就介紹到這瞭,更多相關C語言結構體內容請搜索LevelAH以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持LevelAH！

推薦閱讀：