?? 作者簡介 ：RO-BERRY 致力于C、C++、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、TCP/IP、數(shù)據(jù)庫等等一系列知識，對純音樂有獨特的喜愛
?? 日后方向 : 偏向于CPP開發(fā)以及大數(shù)據(jù)方向，如果你也感興趣的話歡迎關(guān)注博主，期待更新
1.結(jié)構(gòu)體
1.1 結(jié)構(gòu)體的基礎(chǔ)知識
??結(jié)構(gòu)體是一些值的集合，這些值稱為成員變量。結(jié)構(gòu)的每個成員可以是不同類型的變量。
1.2 結(jié)構(gòu)體的聲明
struct tag 結(jié)構(gòu)體類型（struct） 自定義結(jié)構(gòu)體名稱（tag）
{
member-list; 成員列表（member-list）
}variable-list; 結(jié)構(gòu)體變量列表（variable-list）
??我們可以定義多個結(jié)構(gòu)體，我們可以給一類結(jié)構(gòu)體定義一個自定義的類型名，比如說學(xué)生、教師等
我們就可以這樣定義：
struct Stu 學(xué)生結(jié)構(gòu)體
{
char name[20]; 名字
int age; 年齡
char sex[5]; 性別
char id[20]; 學(xué)號
}; 分號不能丟
struct Teacher 教師結(jié)構(gòu)體
{
char name[20]; 名字
int age; 年齡
char sex[5]; 性別
};
我們想初始化變量就可以利用上面的名稱
例如我們想定義學(xué)生a，學(xué)生b
定義方法1
struct Stu
{
char name[20];
int age;
char sex[5];
char id[20];
};
int main()
{
struct Stu a,b; //定義學(xué)生a，b
}
我們也可以這樣定義：
定義方法2
struct Stu
{
char name[20];
int age;
char sex[5];
char id[20];
}a,b; //定義學(xué)生a，b
這兩種方法定義都是可以的，效果是完全一樣的
想取哪種方式取決于程序員的需求
1.3 特殊的聲明
??在聲明結(jié)構(gòu)的時候，可以不完全的聲明。
這種不完全聲明叫做匿名結(jié)構(gòu)體類型
比如:
struct
{
int a;
char b;
float c;
}x;
struct
{
int a;
char b;
float c;
}*p;
?我們在這種定義的時候，這種結(jié)構(gòu)體是無法在主函數(shù)main里定義結(jié)構(gòu)體變量的，我們只能采用初始化定義方式1在結(jié)構(gòu)體定義的時候在尾部加入變量名，因為我們沒有給這個名稱自定義一個名稱，無法在后面程序中定義
我們在第二個結(jié)構(gòu)體中定義了結(jié)構(gòu)體指針*p，而且第二個結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)成員和第一個結(jié)構(gòu)成員一樣，那我們可不可以使p=&x呢？
我們來試一下
我們發(fā)現(xiàn)程序報錯，并且錯誤如下：
這說明了不可以，因為我們的程序認(rèn)為這兩個是不同類型的結(jié)構(gòu)體，雖然都是匿名結(jié)構(gòu)體，而且成員列表相同，但是類型不同，無法執(zhí)行操作
??我們以后在寫結(jié)構(gòu)體的時候也要注意，匿名結(jié)構(gòu)體我們只能在定義上寫，我們下次想用也用不了（匿名結(jié)構(gòu)體的使用是很少的）
1.4 結(jié)構(gòu)體的自引用
我們先來看在一個結(jié)構(gòu)體里定義以自己命名的結(jié)構(gòu)體會發(fā)生什么
struct Node
{
int data;
struct Node next;
};
我們在程序上走一走
??我們會發(fā)現(xiàn)不可以這樣定義，錯誤報告說我們使用正在定義的Node,也就是我們不能在定義的時候在結(jié)構(gòu)成員里使用自身
其實我們也可以發(fā)現(xiàn)，如果對于計算機來說。我們結(jié)構(gòu)體中定義自身結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體成員里面還有結(jié)構(gòu)體，這樣會不停的定義，其內(nèi)存是無限大，不可能停下來
可是當(dāng)我們將結(jié)構(gòu)體成員變成結(jié)構(gòu)體指針，我們就不會報錯了
比如：
struct Node
{
int data;
struct Node* next;
};
next是結(jié)構(gòu)體指針，存的是下一個Node指針的地址，這樣引用自身的定義方法，就叫做結(jié)構(gòu)體的自引用
在這里我們不得不提到一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，叫做鏈表
1.4.1 鏈表
??定義：
鏈表是一種物理存儲上非連續(xù)，數(shù)據(jù)元素的邏輯順序通過鏈表中的指針鏈接次序，實現(xiàn)的一種線性存儲結(jié)構(gòu)。
??特點：
鏈表由一系列節(jié)點（鏈表中每一個元素稱為節(jié)點）組成，節(jié)點在運行時動態(tài)生成 （malloc），每個節(jié)點包括兩個部分：
一個是存儲數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)域
另一個是存儲下一個節(jié)點地址的指針域
??鏈表的構(gòu)成：
鏈表由一個個節(jié)點構(gòu)成，每個節(jié)點一般采用結(jié)構(gòu)體的形式組織，例如：
typedef struct student
｛
int num； //結(jié)點序號
char name[20]； //數(shù)據(jù)內(nèi)容
struct student *next； //指向下一個結(jié)點的指針
}STU;
鏈表中數(shù)據(jù)域存放數(shù)據(jù)，指針域指向的是下一個結(jié)點，這樣便于我們訪問下一個數(shù)據(jù)，而且這樣存儲方便修改、刪除等
鏈表是一個很顯著應(yīng)用結(jié)構(gòu)體的自引用的例子
接下來我們再看一例子：
typedef struct
{
int data;
Node* next;
}Node;
//這樣寫代碼，可行否？
我們可以看到，我們使用typedef將這個結(jié)構(gòu)體的名字定義為Node,那么這樣可以定義成功嗎？
??答案是否定的，我們不可以在定義的時候使用結(jié)構(gòu)體名，如上例，我們在定義next結(jié)構(gòu)體指針的時候，編譯器會去看定義這個結(jié)構(gòu)體的上方是否有定義結(jié)構(gòu)體Node，一看發(fā)現(xiàn)沒有，所以就會報錯
我們正確的代碼應(yīng)該是這樣：
typedef struct Node
{
int data;
struct Node* next;
}Node;
1.5 結(jié)構(gòu)體變量的定義和初始化
有了結(jié)構(gòu)體類型，那如何定義變量，其實很簡單。
struct Point
{
int x;
int y;
}p1; //聲明類型的同時定義變量p1
struct Point p2; //定義結(jié)構(gòu)體變量p2
struct Point p3 = {x, y}; //初始化：定義變量的同時賦初值。
struct Stu //類型聲明
{
char name[15];//名字
int age; //年齡
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20}; //初始化
struct Node
{
int data;
struct Point p;
struct Node* next;
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; //結(jié)構(gòu)體嵌套初始化
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL}; //結(jié)構(gòu)體嵌套初始化
??針對于不同結(jié)構(gòu)體我們有不同的初始化方式，我們所有對于結(jié)構(gòu)體初始化的知識，在上面代碼里都有展示
1.6 結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊
結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊是結(jié)構(gòu)體知識最難懂的點，讓我們來一起學(xué)習(xí)一下。
我們知道了結(jié)構(gòu)體如何定義，如何初始化，我們來思考一下，結(jié)構(gòu)體里面有那么多元素，其內(nèi)存是什么樣的呢？
??有人可能會說，結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存大小不就是其中的元素有多少，將每個元素的大小算出來相加嗎，數(shù)組里面就是元素的個數(shù)乘元素大小就得到了內(nèi)存大小
答案真的是這樣嗎，如果這樣簡單就不會有人說結(jié)構(gòu)體內(nèi)存很難算了。
回歸正題，讓我們來進(jìn)入結(jié)構(gòu)體世界來看看到底是怎么存儲的。
1.6.1 結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則
??要想算出結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存空間大小
首先得掌握結(jié)構(gòu)體的對齊規(guī)則：
- 第一個成員存儲在與結(jié)構(gòu)體變量偏移量為0的地址處。
- 其他成員變量要對齊到某個數(shù)字（對齊數(shù)）的整數(shù)倍的地址處。
對齊數(shù) = 編譯器默認(rèn)的一個對齊數(shù)與該成員大小的較小值。
- VS中默認(rèn)的值為8
- Linux中沒有默認(rèn)對齊數(shù)，對齊數(shù)就是成員自身的大小
- 結(jié)構(gòu)體總大小為最大對齊數(shù)（每個成員變量都有一個對齊數(shù)）的整數(shù)倍。
- 如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整
體大小就是所有最大對齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍。
為什么存在內(nèi)存對齊?
大部分的參考資料都是如是說的：
- 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(shù)據(jù)的；某些硬件平臺只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常。 - 性能原因：
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(尤其是棧)應(yīng)該盡可能地在自然邊界上對齊。
原因在于，為了訪問未對齊的內(nèi)存，處理器需要作兩次內(nèi)存訪問；而對齊的內(nèi)存訪問僅需要一次訪問。
總體來說：
結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對齊是拿空間來換取時間的做法。
1.6.2 內(nèi)存計算實例
??正所謂實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，我們知道了其內(nèi)存對齊的規(guī)則，但是沒有實際操作也是不行的，我們通過下面幾個例子來學(xué)習(xí)
例1
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
我們通過內(nèi)存對齊規(guī)則來一個一個看：
我們來輸出結(jié)果看看最后的內(nèi)存大小是不是12
沒錯就是12，證明我們算的是正確的
第一次總是很艱難，我們再來多實踐幾次
例2
struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};
我們接著通過對齊規(guī)則看：
我們計算出結(jié)果為8
輸出結(jié)果看一看是不是一致的
結(jié)果果然為8
隨著我們的實踐，是不是結(jié)構(gòu)體內(nèi)存空間的計算變的逐漸簡單起來了？
例3
struct S3
{
double d;
char c;
int i;
};
再來看在vs上的輸出結(jié)果
結(jié)果正確
是不是很簡單？
例4
最后我們來看一個結(jié)構(gòu)體嵌套問題，我們應(yīng)該怎么求
struct S4
{
char c1;
struct S3 s3;
double d;
};
我們來看輸出結(jié)果：
答案就是我們的32
1.7 修改默認(rèn)對齊數(shù)
??這里介紹 #pragma 這個預(yù)處理指令，可以改變我們的默認(rèn)對齊數(shù)。
我們在代碼里面介紹這個用法：
#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//設(shè)置默認(rèn)對齊數(shù)為8
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消設(shè)置的默認(rèn)對齊數(shù)，還原為默認(rèn)
#pragma pack(1)//設(shè)置默認(rèn)對齊數(shù)為1
struct S2
{
char c1;
int i;
char c2;
};
#pragma pack()//取消設(shè)置的默認(rèn)對齊數(shù)，還原為默認(rèn)
int main()
{
//輸出的結(jié)果是什么？
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
return 0;
}
我們可以通過上面方法的計算，這里我不再演示
通過對齊數(shù)的改變我們算出S1的大小為12，S2的大小為6
看我們的輸出結(jié)果：
結(jié)果的的確確是我們改變過后算出的答案。
結(jié)論：
結(jié)構(gòu)在對齊方式不合適的時候，我們可以自己更改默認(rèn)對齊數(shù)。
1.8 結(jié)構(gòu)體傳參
直接上代碼：
struct S
{
int data[1000];
int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//結(jié)構(gòu)體傳參
void print1(struct S s)
{
printf("%d\n", s.num);
}
//結(jié)構(gòu)體地址傳參
void print2(struct S* ps)
{
printf("%d\n", ps->num);
}
int main()
{
print1(s); //傳結(jié)構(gòu)體
print2(&s); //傳地址
return 0;
}
上面的 print1 和 print2 函數(shù)哪個好些？
答案是：首選print2函數(shù)。
原因：
函數(shù)傳參的時候，參數(shù)是需要壓棧，會有時間和空間上的系統(tǒng)開銷。
如果傳遞一個結(jié)構(gòu)體對象的時候，結(jié)構(gòu)體過大，參數(shù)壓棧的的系統(tǒng)開銷比較大，所以會導(dǎo)致性能的下降。
??結(jié)論：
結(jié)構(gòu)體傳參的時候，要傳結(jié)構(gòu)體的地址。
2. 位段
??結(jié)構(gòu)體講完就得講講結(jié)構(gòu)體實現(xiàn) 位段 的能力。
結(jié)構(gòu)體里面我們可以發(fā)現(xiàn)，我們之前算過的很多結(jié)構(gòu)體都是有很多的內(nèi)存浪費的，因為在結(jié)構(gòu)體里面我們需要考慮每個結(jié)構(gòu)體成員的對齊數(shù)，在考慮了對齊數(shù)之后我們才可以進(jìn)行存儲，那我們?nèi)绾蜗朕k法節(jié)省空間呢？
這就是位段解決的問題
??位段就是用來給結(jié)構(gòu)體的成員給予固定的內(nèi)存大小給其存儲
2.1 什么是位段
位段的聲明和結(jié)構(gòu)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.位段的成員名后邊有一個冒號和一個數(shù)字。
比如：文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-602793.html
struct A
{ //二進(jìn)制
int _a:2; //2比特位
int _b:5; //5比特位
int _c:10; //10比特位
int _d:30; //30比特位
};
A就是一個位段類型。
那位段A的大小是多少？
我們輸出一下A的大小
輸出結(jié)果為8個字節(jié)
我們口頭計算一下所有成員的大小之和，2+5+10+30=47比特位
一個字節(jié)為8個比特位，那么我們需要應(yīng)該需要8*6=48,6個字節(jié)才對，為什么是8個字節(jié)呢？
??接下來我們來看看位段是如何存儲數(shù)據(jù)的：
2.2 位段的內(nèi)存分配
- 位段的成員可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （屬于整形家族）類型
- 位段的空間上是按照需要以4個字節(jié)（ int ）或者1個字節(jié)（ char ）的方式來開辟的。
- 位段涉及很多不確定因素，位段是不跨平臺的，注重可移植的程序應(yīng)該避免使用位段。
//一個例子
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;
//空間是如何開辟的？
對比一下我們的答案：
我們的計算是對的
2.3 位段的跨平臺問題
- int 位段被當(dāng)成有符號數(shù)還是無符號數(shù)是不確定的。
- 位段中最大位的數(shù)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。
- 位段中的成員在內(nèi)存中從左向右分配，還是從右向左分配標(biāo)準(zhǔn)尚未定義。
- 當(dāng)一個結(jié)構(gòu)包含兩個位段，第二個位段成員比較大，無法容納于第一個位段剩余的位時是舍棄剩余的位還是利用，這是不確定的。
??總結(jié)：
跟結(jié)構(gòu)相比，位段可以達(dá)到同樣的效果，并且可以很好的節(jié)省空間，但是有跨平臺的問題存在。
2.4 位段的應(yīng)用
我們?nèi)绻麑W(xué)習(xí)過計算機網(wǎng)絡(luò)，里面講述過IP數(shù)據(jù)報的格式
里面的幾位幾位都是用比特來做單位的，就是使用位段，才能將其中的每個部分都精確到比特位存儲。
這樣操作不僅僅節(jié)省空間，也節(jié)省了很多時間
3. 枚舉
??枚舉顧名思義就是一一列舉。
把可能的取值一一列舉。
比如我們現(xiàn)實生活中：
一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列舉。
性別有：男、女、保密，也可以一一列舉。
月份有12個月，也可以一一列舉
這里就可以使用枚舉了。
3.1 枚舉類型的定義
enum Day//星期
{
Mon,
Tues,
Wed,
Thur,
Fri,
Sat,
Sun
};
enum Sex//性別
{
MALE,
FEMALE,
SECRET
}；
enum Color//顏色
{
RED,
GREEN,
BLUE
};
以上定義的 enum Day ， enum Sex ， enum Color 都是枚舉類型。
{}中的內(nèi)容是枚舉類型的可能取值，也叫 枚舉常量 。
注意
-
- 每個成員變量中間需要以逗號（,）隔開
-
- 如果我們沒有給其中的變量賦初值的話，枚舉是會從首元素開始從0開始枚舉。從上往下依次遞加賦值，比如：在枚舉變量Day里，我們并沒有給其中任何一個變量賦初值，那么Mon的值就為0，Tues的值為1，以此類推
當(dāng)然在聲明枚舉類型的時候也可以賦初值。
例如：
enum Day//星期
{
Mon=1,
Tues,
Wed,
Thur=10,
Fri,
Sat,
Sun
};
我們來依次打印每個值：
??我們可以發(fā)現(xiàn)，在前面的變量賦值之后，后面的變量會在其基礎(chǔ)上進(jìn)行枚舉，這也是枚舉的特點
3.2 枚舉的優(yōu)點
為什么使用枚舉？
我們可以使用 #define 定義常量，為什么非要使用枚舉？
??枚舉的優(yōu)點：
- 增加代碼的可讀性和可維護(hù)性
- 和#define定義的標(biāo)識符比較枚舉有類型檢查，更加嚴(yán)謹(jǐn)。
- 便于調(diào)試
- 使用方便，一次可以定義多個常量
3.3 枚舉的使用
enum Color//顏色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
int main()
{
enum Color cl=RED; //枚舉變量的定義，我們想給cl為RED，就定義RED，想給GREEN也可以
{
我們給cl賦值為5，這樣賦值可以嗎？
我們試試：
enum Color//顏色
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
int main()
{
enum Color cl=5;
{
編譯器出現(xiàn)了報錯
我們是不可以這樣進(jìn)行賦值的，只能使用枚舉里的變量值
4. 聯(lián)合（共用體）
4.1 聯(lián)合類型的定義
聯(lián)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(lián)合也叫共用體）。
比如：
//聯(lián)合類型的聲明
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//聯(lián)合變量的定義
union Un un;
//計算這個變量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));
return 0;
}
如果是結(jié)構(gòu)體變量，un的大小根據(jù)內(nèi)存對齊計算為8
我們來看聯(lián)合體un的大小是多少
我們發(fā)現(xiàn)是4，一個char一個int加起來都有5個字節(jié)了，它的大小竟然是4??
我們來看其中變量存儲的地址為多少：
我們可以看到，聯(lián)合體中兩個變量使用的是同一塊地址
這正是聯(lián)合體的特點：
內(nèi)部成員共用一塊地址，彼此的改變會互相影響
4.2 聯(lián)合的特點
聯(lián)合的成員是共用同一塊內(nèi)存空間的，這樣一個聯(lián)合變量的大小，至少是最大成員的大小（因為聯(lián)合至少得有能力保存最大的那個成員）。
union Un
{
int i;
char c;
};
int main()
{
union Un un;
// 下面輸出的結(jié)果是一樣的嗎？
printf("%d\n", &(un.i));
printf("%d\n", &(un.c));
//下面輸出的結(jié)果是什么？
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
return 0;
}
前面的地址一模一樣我們不足為奇
可是i的十六進(jìn)制我們賦值為0x11223344
輸出的結(jié)果為11223355
我們的i為int類型，占4個字節(jié)，我們的c為char占一個字節(jié)，我們改變了c的值，改變了一個字節(jié)的內(nèi)容，我們的i中4個字節(jié)里也有個字節(jié)的內(nèi)容也被改變了，
所以輸出為11223355
4.3 聯(lián)合大小的計算
??聯(lián)合的大小至少是最大成員的大小。
當(dāng)最大成員大小不是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍的時候，就要對齊到最大對齊數(shù)的整數(shù)倍。
- 聯(lián)合的大小至少是最大成員的大小。
- 當(dāng)最大成員大小不是最大對齊數(shù)的整數(shù)倍的時候，就要對齊到最大對齊數(shù)的整數(shù)倍。
比如：
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
//下面輸出的結(jié)果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));
輸出結(jié)果為8和16文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-602793.html
到了這里，關(guān)于詳解C語言自定義類型(結(jié)構(gòu)體，枚舉，聯(lián)合)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
