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前言
了解C语言的人都知道，C语言有很多内置类型，例如：char short int long float double…等等一些内置类型。但是，我们发现C语言提供的内置类型仅仅只能描述一个简单对象，对于一些复杂对象C语言的内置类型就不能很好的进行描述，例如：描述一个学生，或者一本书。学生有姓名、年龄、学号…。书有作者、书名、书号…。这时就需要用到C语言的自定义类型。下面让我们来认识一下C语言的自定义类型
一、结构体
C语言为了描述一个复杂对象，给我们提供了一个自定义类型，结构体。
结构体，就是一些值的集合，这些值称为成员变量，结构体的每个成员可以是不同类型的变量
1.结构体的声明
struct tag
{
member-list;
}variable-list;
- struct 结构体关键字
- tag 结构体的名字
- member-list 成员列表，可以有多个成员
- variable-list 变量列表，用该自定义的结构体类型定义的变量
例如：描述一个学生类型
struct student //student就是这个结构体的名字，struct student是该结构体类型名
{
char name[10];//姓名
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
};
//注：这里只是声明了一个结构体类型，并没有使用该结构体类型。
int main()
{
struct student stu={"zhangsan",18,"nan","202112010298"}; //用声明的结构体类型创建一个结构体变量并结构体变量的初始化
return 0;
}
结构体变量也可以在声明结构体的同时创建结构体变量
struct student //student就是这个结构体的名字，struct student是该结构体类型名
{
char name[10];//姓名
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}stu1，stu2;//创建结构体变量
结构体类型声明的时候可以不带名字
struct
{
int a;
int b;
char c;
};
//这种结构体声明方式叫做匿名结构体，顾名思义，就是没有名字。
//所以该结构体类型在创建变量的时候只能在声明该结构体类型的时候创建变量，之后无法再使用该结构体创建变量
结构体类型可以在声明的时候使用typedef进行重命名
typedef struct student //student就是这个结构体的名字，struct student是该结构体类型名
{
char name[10];//姓名
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}student; //对该结构体类型重新起一个名字叫student。
int main()
{
student stu1; //使用重命名的结构体类型名创建一个结构体变量
struct student stu2;//也可使用默认的结构体类型名创建结构体变量
return 0;
}
结构体的自引用
//错误方式
struct node
{
int data;
struct node next;//error
};//这种结构体自引用方式是错误的，当你求该结构体大小的时候，会发现这是一个无限循环的过程。
//正确方式
struct node
{
int data;
struct node* next; //用指针的方式进行结构体的自引用
};
2.结构体内存对齐
当我们简单认识结构体后，就要知道结构体类型的大小如何计算。
//练习1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1)); // 12
//练习2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2)); // 8
//练习3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3)); // 16
//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4)); // 32
如何计算结构体大小？
首先要掌握结构体的内存对齐规则
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. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）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，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。
这是什么意思呢?
这就是结构体的内存对齐。
- 练习四中的结构体嵌套也是同理，s3的大小为16字节，s3所在结构体最大对齐数为8，故将成员s3对齐到8的整数倍就可以。
为什么存在内存对齐?
-
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。 -
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。
总体来说：
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。
那在设计结构体的时候，我们既要满足对齐，又要节省空间，如何做到：
让占用空间小的成员尽量集中在一起。
//例如：
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
//S1和S2类型的成员一模一样，但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。
修改默认对齐数
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
二、位段
结构体讲完就得讲讲结构体实现 位段 的能力。
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.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
例如
struct A
{
int _a:2; //后面的数字表示该成员所占的bit位
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
//A就是一个位段
//那位段A的大小是多少？
printf("%d\n", sizeof(struct A)); //2个字节
2.位段的内存分配
- 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型
- 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。
- 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。
struct S
{
char a:3;
char b:4;
char c:5;
char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
3.位段的跨平台问题
- int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
- 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。
- 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。
- 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。
总结：
跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。
4.位段的应用
在网络中数据包的封装经常用到位段
三、枚举
枚举顾名思义就是一一列举。
把可能的取值一一列举。
比如我们现实生活中：
一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举。
性别有：男、女、保密，也可以一一列举。
月份有12个月，也可以一一列举
这里就可以用到枚举
1.枚举类型的定义
enum Day//星期
{
Mon, //用,逗号隔开
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex//性别
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
}；
enum Color//颜色
{
RED,
GREEN,
BLUE
};
- 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 。
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。
例如：
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
2.枚举的优点
为什么使用枚举？
我们可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？
枚举的优点：
- 增加代码的可读性和可维护性
- 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
- 防止了命名污染（封装）
- 便于调试
- 使用方便，一次可以定义多个常量
3.枚举的使用
enum Color//颜色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
enum Color clr = GREEN;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。
clr = 5; //ok?? 不可以！！！
四、联合(共用体)
1.联合类型的定义
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一系列的成员，特征是这些成员公用同一块空间（所以联合也叫共用体）。
比如：
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));
2.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）。
union Un
{
int i;
char c;
};
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗？
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));
//下面输出的结果是什么？
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
3.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。
例如
union Un1
{
char c[5]; //对齐数为1，大小为5个字节
int i; //对齐数为4，大小为4个字节
};
union Un2
{
short c[7]; //对齐数为2，大小为14个字节
int i; //对齐数为4，大小为4个字节
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1)); //8
printf("%d\n", sizeof(union Un2)); //16
总结
以上就是关于C语言自定义类型的所有内容，希望对大家认识C语言自定义类型有所帮助，谢谢大家。