#11自定义类型#

1.结构体

(1)什么是结构体

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。

(2)结构体的声明

声明一个结构体类型
声明一个学生类型 是想通过学生类型创建学生变量(对象)
描述学生: 属性 姓名 电话 性别

#include
struct Stu//struct结构体关键字  Stu结构体标签
{//成员变量char name[20];//名字char tele[12];//电话char sex[10];//性别int age;//年龄
}s4,s5,s6;//全局结构体变量struct Stu s3;//全局变量
int main()
{//创建的结构体变量 局部变量struct Stu s1;struct Stu s2;return 0;
}

#include
struct//匿名结构体
{int a;char c;
}sa;struct//匿名结构体指针
{int a;char c;
}*psa;int main()
{psa=&sa;//编译器认为两种类型不同return 0;
}

(3)结构体的自引用

错误:

#include
struct Node
{int data;//4//struct Node n;//自己包含自己不行 类似死递归stuct Node* next;//4/8
};int main()
{sizeof(struct Node);return 0;
}

#include
typedef struct
{int data;//4Node* next;//4/8
}Node;//还没有定义就使用int main()
{struct Node n1;Node n2;return 0;
}

正确:

#include
typedef struct Node
{int data;//4struct Node* next;//4/8
}Node;//起名字为Nodeint main()
{struct Node n1;Node n2;return 0;
}

(4)结构体变量的定义和初始化

结构体嵌套和输出

#include
struct T
{double weight;short age;
};struct S
{char c;struct T st;int a;double d;char arr[20];
};int main()
{//struct S s={'c',100,3.14,"hello bit"};struct S s={'c',{55.6,30},100,3.14,"hello bit"};printf("%c %d %lf %s\n",s.c,s.a,s.d,s.arr);printf("%lf\n",s.st.weight);return 0;
}

(5)结构体内存对齐

例子:

猜一猜两个输出值为多少?

struct S1 
{char c1;int a;char c2;
};struct S2 
{char c1;char c2;int a;
};int main() 
{struct S1 s1= {0};printf("%d\n",sizeof(s1));struct S2 s2= {0};printf("%d\n",sizeof(s2));return 0;
}

12和8

为什么就换了个顺序 结果却不一样？

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。

偏移量的解释:

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

第一个框前面的偏移量为0

第二个框前面的偏移量为1

换言之 偏移量的大小就是字节大小

但接下来的访问要从偏移量后面开始

s1:

char

偏移量变为1

int

默认对齐数为8 int为4 取较小值

要对齐到4的整数倍开始访问

所以从偏移量4的位置开始访问

往后走4个字节 也就是4个偏移量

这时偏移量变为8

char

这时偏移量变为9

最后结果是9个字节

但是结构体的整体大小是最大对齐数的整数倍

也就是4的整数倍

所以最后结果是12个字节

s2(与s1同理)

char

偏移量变为1

char

偏移量变为2

int

4和8中取较小值4

所以从偏移量为4处向后访问4个字节

偏移量变为8

所以最后结果是8

结果是4的整数倍

所以最后输出值就为8

练习

#include
struct S3 
{double d;char c;int i;
};
struct S4 
{char c1;struct S3 s3;double d;
};
int main() 
{printf("%d\n", sizeof(struct S3));printf("%d\n", sizeof(struct S4));return 0;
}

16和32

s3:

double

偏移量变为8

char

偏移量变为9

int

4和8中较小值为4

所以应该从偏移量为12处开始访问4个字节

偏移量最后是16

字节数也为16

是4的倍数

所以最后结果就为16

s4:

char

偏移量变为1

struct

如果出现嵌套

对齐到自己最大对齐数的整数倍

最大对齐数是double 8

所以应该在偏移量为8处开始访问16个字节

所以偏移量变为24

double

从24开始访问8个字节

偏移量最后为32

字节数最后也为32 是8的倍数 最大对齐数的整数倍 要包含内部结构体

所以最后结果就为32

为什么会出现内存对齐?

大部分的参考资料都是如是说的：

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。

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。

回看例子

当两个char变量在一起时

字节数为8<12

(6)修改默认对齐数

#include
//设置默认对齐数
#pragma pack(4) 
struct S
{char c1;//1 //7 //3double d;//8//16(8) //12(4) //9(1) 
};
//取消原始的默认对齐数 
#pragma pack()int main()
{struct S s;printf("%d\n",sizeof(s));
}

结构在对齐方式不合适的时候，可以自己更改默认对齐数。

(7)offsetof

offsetof() 得到起始的偏移量 不是偏移之后的

头文件#include

#include
#include
struct S
{char c;int i;double d;
};int main()
{printf("%d\n",offsetof(struct S,c));printf("%d\n",offsetof(struct S,i));printf("%d\n",offsetof(struct S,d));return 0;
}

0 4 8

(8)结构体传参

print1 和 print2 函数哪个好些？

#include
struct S 
{int data[1000];int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//结构体传参
void print1(struct S s) 
{printf("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps) 
{printf("%d\n", ps->num);
}
int main() 
{print1(s);  //传结构体print2(&s); //传地址return 0;
}

print2

原因：

函数传参的时候，参数是需要压栈，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，参数压栈的的系统开销比较大，所以会导致性能的 下降。

结论：

结构体传参的时候，要传结构体的地址。

2.位段

(1)什么是段位

位段的声明和结位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

1.位段的成员int short char 尽量保持类型一致

2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

(2)定义和大小计算

//位段-二进制位 节省空间 原本16个字节 现在只要8个字节 
struct S
{int a:2;//2个bit位 int b:5;//5个bit位 int c:10;//10个bit位 int d:30;//30个bit位 //如果大于32会有问题 
};
//47bit-6个字节*8-48bit 
int main()
{struct S s;printf("%d",sizeof(s));return 0;
}

8

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。

首先开辟4个字节

32bit位

存a b c没有问题 剩下的不够存d 直接不要

再开辟4个字节

存d

所以最后大小为8个字节

(3)位段的内存分配

1. 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

2. 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。

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。

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;

先将十进制转换成对应的二进制

按位段中相应的bit位存进地址里

存储方式和大小计算一样

存的下就存 存不下丢弃 再开辟新空间

不确定从左向右还是从右向左存

最后写成十六进制

(4)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，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。

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。

(5)位段的应用

3.枚举

(1)什么是枚举

把可能的取值一一列举。

(2)定义使用和大小计算

enum Color
{
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};

#include 
enum Sex
{//枚举的可能取值MALE=2,FEMALE,SECRET=8//MALE,//FEMALE=9,//SECRET,//0 9 10 //可以赋值 常量赋值	
};enum Color
{RED,GREEN,BLUE
};int main()
{enum Sex s=MALE;enum Color c=BLUE; printf("%d %d %d\n",RED,GREEN,BLUE);//0 1 2printf("%d %d %d\n",MALE,FEMALE,SECRET);//2 3 8 //默认从0开始 依次递增 return 0;	 
}

如果这样

enum Color c=2;

编译器c没有报错 c++报错
左边枚举 右边int 

#include
enum Sex
{MALE,FEMALE,SECRET	
};int main()
{enum Sex s=MALE;printf("%d\n",sizeof(s));//整型return 0;
}

4

(3)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：

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(共用体)

(1)什么是联合

联合-联合体-共用体-共用同一块空间 

(2)定义使用和大小计算

#include
union Un
{char c;int i;
};//都从起始空间往后放 
int main()
{union Un u;printf("%d\n",sizeof(u));printf("%p\n",&u);printf("%p\n",&(u.c));printf("%p\n",&(u.i)); return 0;
}

4 三个地址结果一样

4:

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）。

char和int

保证int存下

三个地址结果一样:

共用同一块空间 

(3)使用和练习

#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;
}

8和16

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。

Un1:

5和4

默认最大对齐数是8

对齐到8

Un2:

14和4

默认最大对齐数是8

对齐到16

#include
union Un 
{int i;char c;
};
union Un un;int main() 
{un.i = 0x11223344;un.c = 0x55;printf("%x\n", un.i);return 0;
}

11223355

十六进制倒着存

44 33 22 11

55 00 00 00

同一块空间

55覆盖了44

打印后正过来

判断当前计算机的大小端存储

1:

指针强制转换实现

#include
int check_sys()
{int a=1;return *(char*)&a;//返回1 表示大端//返回0 表示小端 
}int main()
{int a=1;int ret=check_sys();if(1==ret){printf("小端\n");}else{printf("大端\n");}//int a=0x11223344;//低地址----------------高地址 //[] [] [11] [22] [33] [44] [] [] [] []   大端字节序存储模式 //[] [] [44] [33] [22] [11] [] [] [] []   小端字节序存储模式 //讨论一个数据 放在内存中的存放的字节顺序//大小端字节序问题
}

2:

共用体实现

#include
int check_sys()
{union Un//省略Un和u 匿名结构体 只用一次也可以 {char c;int i;}u;u.i=1;return u.c;//共用地址 //返回1 表示大端//返回0 表示小端 
}int main()
{int a=1;int ret=check_sys();if(1==ret){printf("小端\n");}else{printf("大端\n");}
}

i=1

大端:00 00 00 01

小端:01 00 00 00

c和i共用空间

利用u.c只返回1个字节

00(0)就是大端 

01(1)就是小端

#11自定义类型#完

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