结构体
结构体类型的声明
结构的自引用
结构体变量的定义和初始化
结构体内存对齐
结构体传参
结构体实现位段(位段的填充&可移植性)
枚举
枚举类型的定义
枚举的优点
枚举的使用
联合
联合类型的定义
联合的特点
联合大小的计算
一、结构体
结构体是一些值的集合,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。
为什么要有结构体?
因为在实际问题中,一组数据往往有很多种不同的数据类型。例如,登记学生的信息,可能需要用到 char型的姓名,int型或
char型的学号,int型的年龄,char型的性别,float型的成绩。又例如,对于记录一本书,需要
char型的书名,char型的作者名,float型的价格。在这些情况下,使用简单的基本数据类型甚至是数组都是很困难的。而结构体(类似Pascal中的“记录”),则可以有效的解决这个问题。
结构体本质上还是一种数据类型,但它可以包括若干个“成员”,每个成员的类型可以相同也可以不同,也可以是基本数据类型或者又是一个构造类型。
结构体的优点:结构体不仅可以记录不同类型的数据,而且使得数据结构是“高内聚,低耦合”的,更利于程序的阅读理解和移植,而且结构体的存储方式可以提高CPU对内存的访问速度。
1.1、 结构体的声明
struct Stu {char name[20];int age;int price;}s1,s2; // 注意--这里的分号不能丢//此时s1和s2都是全局变量struct Stu s3; //s2 -- 也是全局变量int main(){struct Stu s4; //s4就是局部变量return 0;}
1.2、特殊的声明 – 匿名结构体
struct {char name[20];int age;int price;}s1, s2;
struct{int a;char b;float c;}x;struct{int a;char b;float c;}*p;int main(){p = &x;return 0;}
上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签(tag)。
那么问题来了?
在上面的代码合法吗?
不合法!!!
1.3、结构体变量的定义和初始化
struct Point{int x;int y;}p1 = {1, 2},p4;struct Point p2 = {2, 3 };struct s{double d;struct Point p5;};int main(){struct Point p3 = {4, 5};struct s s1 = {1.2, {1, 8} };return 0;}
1.5、结构体成员的访问
结构体变量访问成员
结构变量的成员是通过点操作符(.)访问的。点操作符接受两个操作数
1.5、结构体内存对齐 – 计算结构体的大小
计算s1和s2的大小??
struct S1{char c1;int a;char c2;};struct S2{char c1;char c2;int a;};int main(){struct S1 s1 = {0 };struct S2 s2 = {0 };printf("%d\n",sizeof(s1));printf("%d\n", sizeof(s2));return 0;}
为什么结果是12和8呢???
s2
1.5.1、结构体内存对齐规则
1、结构体变量 第一个结构体成员 总是放在 结构体 起始位置 偏移量为0 的位置
2、结构体成员从第二个开始,总放在 偏移量 为对齐数 的整数倍处
对齐数:编译器默认对齐数和结构体成员自身大小的较小值linux环境 --- 没有默认对齐数vs ------ 默认对齐数为8
3、结构体总大小 是 结构体成员 最大的对齐数 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。
1.5.2、结构体内存对齐练习
练习1
struct S3{double d;char c;int i;};int main(){printf("%d\n", sizeof(struct S3));return 0;}
练习2
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;}
1.6、为什么存在内存对齐??
大部分的参考资料都是如是说的:
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
1.7、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。
struct S1{char c1;int a;char c2;};struct S2{char c1;char c2;int a;};int main(){struct S1 s1 = {0 };struct S2 s2 = {0 };printf("%d\n",sizeof(s1));printf("%d\n", sizeof(s2));return 0;}
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???
1.8、修改默认对齐数
#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8struct S1{char c1;int i;char c2;};#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1struct S2{char c1;int i;char c2;};#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认int main(){printf("%d\n", sizeof(struct S1));printf("%d\n", sizeof(struct S2));return 0;}
结构体在对齐方式不合适的时候,我么可以自己更改默认对齐数
1.9、百度笔试题 – 写一个宏,计算结构体中某变量相对于首地址的偏移,并给出说明
考察: offsetof 宏的实现
#include<stddef.h>//size_t offsetof( structName, memberName );struct S1{char c1;int i;char c2;};int main(){printf("%d\n", offsetof(struct S1, c1));printf("%d\n", offsetof(struct S1, i));printf("%d\n", offsetof(struct S1, c2));return 0;}
注:这里还没学习宏,可以放在宏讲解完后再实现。
二、位段(不具备跨平台)
结构体讲完就得讲讲结构体实现 位段 的能力。
2.1、什么是位段???
位段 —》 位,指的是比特位,生活总的有些值是不需要太多的内存空间来表示,比如说:性别,无非就是男,女,保密,这三种,如果用char类型表示,那不就是浪费了很多空间吗,那段位不就能根号的节省空间了,用2个 比特位就可以表示完了,00 表示男 , 01 表示女, 10 表示保密
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 ,。char。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
struct A{int _a : 2;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 20;};int main(){printf("%d\n", sizeof(struct A));return 0;}
此时A就是一个位段,
上面的结果是什么???
一个位段有多大???
按照结构体计算的话,那应该是16个字节,4个int类型;
int _a : 2;// _a ----- 表示2个比特位来存储
int _b : 5;// _b ----- 表示5个比特位来存储
int _c : 10;// _c ----- 表示10个比特位来存储
int _d : 20;// _d ----- 表示20个比特位来存储
那总公的空间不就是47个比特位吗??那6个字节不就能放完吗,那为什么要8个字节呢???
此时就说明位段能够一定程度上节省空间
2.2、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。所以在开辟空间的时候,int开辟4byte,char开辟1byte
2.3 、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
2.4、位段的应用
比如现在我们在网络上聊天,发了一句“呵呵”,并不是把 “呵呵”这两个字直接丢在网络上,而是通过一定的方法,将这发的数据打包
通过上面的方式打包,图中我们可以看见4位版本号,4位首部长度… 这些都是通过比特位来实现的,如果把这里换成int类型,那这份数据报是很大的,而用bit就能节省空间了
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
这里就可以使用枚举了。
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};
以上定义的 enum Day , enum Sex , enum Color 都是枚举类型。
里面的表达式为整型常量表达式
{ }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
3.2 、枚举的优点
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
四、联合(共用体)
4.1、 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)。
//联合类型的声明union Un{char c;int i;};int main(){//联合变量的定义union Un un;//计算连个变量的大小printf("%d\n", sizeof(un));return 0;}
联合体在使用的时候,同时只能使用一个成员变量,不能同时使用两个,因为是一块内存空间,如果改变i的时候,就会将c改变
4.2、 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);
4.3、面试题 – 判断当前环境是大端存储还是小端存储
大端存储:低地址处存放高位数据,高地址处存放低位数据
小端存储:低地址处存放低位数据,高地址处存放高位数据
union u {char c;int i;};int main(){union u s;s.i = 1;if (s.c == 0){printf("大端\n");}if (s.c == 1){printf("小端\n");}return 0;}
4.4、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。
计算下面联合体的大小
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;}