C語言之自定義型別

前言

一、結構體

1、結構體型別的宣告

當我們想要描述一個復雜變數——學生，可以這樣宣告，

??代碼展示：

struct Stu
{
    char name[20];//名字
    int age;//年齡
    char sex[5];//性別
    char id[20];//學號
}s1；//分號不能丟
int main()
{
    struct Stu s2; 
    return 0；
}

🔖解釋說明：

1. struct是結構體的關鍵字
2. Stu是結構體標簽名
3. struct Stu是結構體的型別
4. 大括號內包圍的是結構體成員變數的串列
5. 變數s1是型別為struct Stu的全域變數，變數s2是該型別的區域變數

在宣告結構時，也有特殊的宣告，比如不完全宣告——匿名結構體型別，省略掉了結構體標簽，

??代碼展示：

struct
{
    int a;
    char b;
    float c;
}x;
struct
{
    int a;
    char b;
    float c;
}a[20], *p;

那么，此時，問題來了！

在上面的代碼基礎上，p = &x,這樣的代碼合理嗎？

而且，像這樣的匿名結構體型別只能使用一次，因為沒有標簽名，

2、結構體的自參考

眾所周知，函式可以自己呼叫自己，叫做函式的遞回，那么結構體是否也有自己參考自己呢？如果有又是如何實作的呢？

??代碼展示：

//代碼一：
struct N
{
    int data;
    struct N next;
};
//代碼二：
struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;
};
//代碼三：
typedef struct
{
    int data;
    Node* next;
}Node;
//代碼四：
typedef struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;
}Node;

🔖解釋說明：

代碼一：

這樣自參考是不正確的，當想要計算struct N型別所占空間大小時，就會出現瘋狂套娃現象，無法計算結果，因此是不可取的

代碼二：

這才是自參考的正確打開方式，data中存放的資料，next中存放著下一個struct Node型別資料的地址

代碼三：

該代碼想要實作匿名結構體的自參考，但這樣做是不可取的，因為需要完整的定義了該結構體才可以重新命名為Node，然而定義的成員串列中又有Node*，先后問題產生了，

代碼四：

可以通過這種重定義方式實作自參考，

3、結構體變數的定義和初始化

既然已經有了結構體型別，那么對其定義和初始化就變得非常的簡單

??代碼展示：

struct Point
{
    int x;
    int y;
}p1; //宣告型別的同時定義變數p1
struct Point p2; //定義結構體變數p2
//初始化：定義變數的同時賦初值，
struct Point p3 = {x, y};
struct Stu     //型別宣告
{
    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}; //結構體嵌套初始化
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};//結構體嵌套初始化

4、結構體記憶體對齊

掌握了結構體的基本使用，還應當重點了解結構體記憶體對齊問題從而計算結構體的大小，這是一個關于結構體的重點考點

結構體的對齊規則：

1. 第一個成員在與結構體變數偏移量為0的地址處，
2. 其他成員變數需要對齊到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，Linux沒有默認對齊數
3. 結構體總大小為最大對齊數的整數倍，
4. 當嵌套結構體時，嵌套的結構體對齊需要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的整數倍（包含嵌套結構體的對齊數），

??代碼展示：

//練習1
struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));
//練習2
struct S2
{
    char c1;
    char c2;
    int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));
//練習3
struct S3
{
    double d;
    char c;
    int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));
//練習4-結構體嵌套問題
struct S4
{
    char c1;
    struct S3 s3;
    double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

👁效果展示：

🔖解釋說明：

結構體型別struct S1和struct S2兩者的成員組成是一樣的，但是定義順序有所差別，后者與前者相比將占用空間小的變數集中在了一起，導致兩者在遵循結構體對齊條件下，所占記憶體大小不一樣，做個對比吧！

結構體型別struct S3和struct S4是另外兩個典型例子，后者嵌套前者，

簡而言之，該做法就是為了拿空間換取時間

如果，，，

另外，，，

結構在對齊方式不合適的時候，我么可以自己更改默認對齊數，

這里我們將使用預處理指令#pragma來改變默認對齊數

??代碼展示：

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)//設定默認對齊數為8
struct S1
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
#pragma pack()//取消設定的默認對齊數，還原為默認
#pragma pack(1)//設定默認對齊數為1
struct S2
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
};
#pragma pack()//取消設定的默認對齊數，還原為默認
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0; 
}

👁效果展示：

🔖解釋說明：

5、結構體傳參

??代碼展示：

struct S
{
    int data[1000];
    int num;
};
struct S s = {{1,2,3,4}, 1000};
//結構體傳參
void print1(struct S s)
{
    printf("%d\n", s.num);
}
//結構體地址傳參
void print2(struct S* ps)
{
    printf("%d\n", ps->data[2]);
}
int main()
{
    print1(s);  //傳結構體
    print2(&s); //傳地址
    return 0;
}

👁效果展示：

🔖解釋說明：

函式傳參的時候，引數是需要壓堆疊，會有時間和空間上的系統開銷，
如果傳遞一個結構體物件的時候，結構體過大，引數壓堆疊的的系統開銷比較大，導致性能的下降，比如在這里，如果直接傳值s的話，由于結構體中創建了一個很大的陣列data，導致結構體過大，傳參時浪費的記憶體空間很大，效率低下，但是如果傳址&s的話，作為一個指標，占四個位元組，極大提高了運行效率，

簡而言之，結構體傳參時，傳結構體的地址更好

二、位段

1、位段的定義

位段，C語言允許在一個結構體中以位為單位來指定其成員所占記憶體長度，這種以位為單位的成員稱為“位段”或稱“位域” ，利用位段能夠用較少的位數存盤資料，

位段的宣告和結構是類似的，有兩個不同：

1. 位段的成員必須是 int、unsigned int 、signed int、char ，
2. 位段的成員名后邊有一個冒號和一個數字(指該成員占的位元位)，

??代碼展示：

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

2、位段的記憶體分配

位段的記憶體分配規則：

1. 位段的成員可以是 int、unsigned int、signed int或者char （屬于整形家族）型別
2. 位段的空間上是按照需要以==4個位元組（ int ）或者1個位元組（ 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，注重可移植的程式應該避免使用位段，

??代碼展示：

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;

🔖解釋說明：

在VS編譯器中開辟了空間以后，先使用低地址再使用高地址，并且剩余的位元位不夠下一個變數存盤時，那這一片空間將會被浪費，

簡而言之，跟結構相比，位段可以達到同樣的效果，但是可以很好的節省空間，但是有跨平臺的問題存在，

3、位段的應用

🔖解釋說明：

上圖是網路上IP資料包的格式，當你想要在網路上發一條訊息給你的好友，資訊是需要進行分裝的，訊息作為資料只是傳輸的一部分，還有一部分傳輸的是分裝中的其他資訊，比如4位版本號，4位首部長度，這些資訊只需要4個bit，如若不使用位段，直接每個部分一個整形的給空間，就會造成空間的大量浪費，

三、列舉

1、列舉型別的定義

在數學和計算機科學理論中，一個集的列舉是列出某些有窮序列集的所有成員的程式，或者是一種特定型別物件的計數，這兩種型別經常（但不總是）重疊，列舉在日常生活中很常見，例如表示星期的SUNDAY、MONDAY、TUESDAY、WEDNESDAY、THURSDAY、FRIDAY、SATURDAY就是一個列舉，

2、列舉的優點

列舉的優點：

1. 代碼的可讀性變高和可維護性變強
2. 和#define定義的識別符號相比較列舉更加嚴謹，因為有型別檢查，
3. 防止命名污染的現象
4. 方便除錯，且使用方便，可以一下子定義很多常量

3、列舉的使用

列舉的說明與結構和聯合相似, 其形式為：

enum 列舉名
{
    識別符號[=整型常數]，
    識別符號[=整型常數]，
    ...
    識別符號[=整型常數]
} 列舉變數；

如果列舉沒有初始化，即省掉"=整型常數"時， 則從第一個識別符號開始，順次賦給識別符號0, 1, 2, …但當列舉中的某個成員賦值后，其后的成員按依次加1的規則確定其值，

??代碼展示：

//代碼1
enum Num1
{
    x1,
    x2,
    x3,
    x4
}x;
//代碼2
enum Num2
{
    y1,
    y2 = 0,
    y3 = 50,
    y4
};
int main()
{
    printf("%d %d %d %d\n", x1, x2, x3, x4);
    printf("%d %d %d %d\n", y1, y2, y3, y4);
    return 0;
}

👁效果展示：

注意：

1. 列舉中每個成員(識別符號)結束符是==","== 不是";", 最后一個成員可省略","，

2. 初始化時可以賦負數, 以后的識別符號仍依次加1，

3. 列舉變數只能取列舉說明結構中的某個識別符號常量，

4. 列舉值是常量，不是變數，不能在程式中用賦值陳述句再對它賦值(比如上面的代碼出現y3 = 3; ?)，

5. 只能把列舉值賦予列舉變數，不能把元素的數值直接賦予列舉變數，除非進行了強制型別轉換(比如上面的代碼出現x = x2?? x = 1?x = (enum Num1)1??)

四、聯合體（共用體）

1、聯合體的定義

需要使幾種不同型別的變數存放到同一段記憶體單元中，也就是使用覆寫技術，幾個變數互相覆寫，這種幾個不同的變數共同占用一段記憶體的結構，在C語言中，被稱作“共用體”型別結構，簡稱共用體，也叫聯合體，

2、聯合體的特點

聯合的成員是共用同一塊記憶體空間的，一個聯合變數的大小，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）

??代碼展示：

//聯合型別的宣告
union Un
{
    char c;
    int i;
};
//聯合變數的定義
union Un un;
int main()
{
    //例①
    printf("%p\n", &(un.i));
    printf("%p\n", &(un.c));
    //例②
    un.i = 0x11223344;
    un.c = 0x55;
    printf("%x\n", un.i);
    return 0;
}

👁效果展示：

🔖解釋說明：

通過例①的結果，我們可以直觀發現成員變數c和成員變數i共用地址

例②更加證實這一點，由于大小端存盤，變數i是以44 33 22 11這樣的順序存盤的，因為變數c與其公用地址，因此55將44覆寫，在記憶體中變數i為55 33 22 11，列印出來為11 22 33 55

聯合體的相關應用：

在之前我們已經學會了判斷計算機大小端的方法，這里可以通過共用體的特點來實作

#include <stdio.h>
union Un
{
    char c;
    int i;
}num;
int main()
{
    num.i = 1;
    if(num.c == 1)
    {
        printf("小端存盤")
    }
    else
    {
        printf("大端存盤")
    }
    return 0;
}

向成員變數i中存放一個1，查看成員變數c的值，由于該變數是char型別，因此只訪問了第一個位元組，

3、聯合體的大小計算

聯合體大小計算規則：

1. 聯合的大小至少是最大成員的大小，
2. 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，

??代碼展示：

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;
}

👁效果展示：

完！