C语言中的“三体”大佬们知道是什么吗? —— 结构体、枚举、联合体

目录

前言

结构体

基本概念

结构体类型的声明

结构的声明

特殊的声明

结构的自引用

结构体变量的定义和初始化

结构体的对齐规则:

为什么要内存对齐

修改默认对齐数

修改默认对齐数的预处理命令

实际例子

结构体传参

结构体实现位段(位段的填充)

位段

什么是位段

位段的内存分配

位段的跨平台问题

枚举

枚举的概念

枚举类型的定义

枚举的优点

枚举的使用

联合体(共用体)

联合体类型的定义

联合体的特点

联合大小的计算

利用联合体判断当前计算机的大小端存储


前言

        🥰经过一段的C语言学习我们知道了数据的储存方式,前面我们也介绍了C语言中的各种操作符,以及一些排序的方法,有了前面的一些知识的积累了以后,我们今天来介绍一下选择题中非常具有迷惑性的“三体”——结构体、枚举、联合体。这三个结构在选择题中有很高的出现频率,而且对它们分不清楚了很容易受迷惑,然后影响你的正确率。🥝

        ✅接下来我们将从最基本的概念为各位佬揭开他们神秘的面纱,坐稳扶好喽!我们要出发了😍

结构体

基本概念

        🍁在C语言中,结构体(struct)指的是一种数据结构,是C语言中聚合数据类型(aggregate data type)的一类。结构体可以被声明为变量、指针或数组等,用以实现较复杂的数据结构。结构体同时也是一些元素的集合,这些元素称为结构体的成员(member),且这些成员可以为不同的类型,成员一般用名字访问。


结构体类型的声明

结构的声明

struct tag
{
member-list;
}variable-list;

🍪变量解释:

⭕tag — 结构体的变量名

⭕member list — 结构体成员列表

⭕variable - list — 全局变量名称 

🍟假如我们需要描述一个学生的一些基本信息就用下面这个例子

struct Stu
{
char name[20];//名字
int age;//年龄
char sex[5];//性别
char id[20];//学号
}; //分号不能丢

        🚨注: 最后的那个分号千万不能丢了!!!

特殊的声明

        🍔上面我们介绍了结构体的常规声明,当然肯定会有一些特殊的声明—在声明结构的时候,可以不完全的声明(匿名结构体类型

//匿名结构体类型
struct
{
    int a;
    char b;
    float c;
}x;

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

        🍁上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签(tag)那么有的小伙伴就会有问题了:在上面代码的基础上,下面的代码合法吗?

p = &x;

        🥰编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型,所以是非法的。


结构的自引用

        🍪在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢?答案当然是可以的,只不过要在其中用指针连接,这就是后面的链表要用到的结构。下面我们用代码演示一下正确的自引用方式:

方案一:
struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;
};

方案二:
typedef struct Node
{
    int data;
    struct Node* next;
}Node;


结构体变量的定义和初始化

        ✅有了结构体类型,那如何定义变量,其实很简单,按照其内容类型逐个赋值就可以了

struct Point
{
    int x;
    int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct Point p2; //定义结构体变量p2

//初始化:定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {x, y};
struct Stu //类型声明
{
    char name[15];//名字
    int age; //年龄
};
struct Stu s = {"zhangsan", 20};//初始化
struct Node
{
    int data;
    struct Point p;
    struct Node* next;
}n1 = {10, {4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化
struct Node n2 = {20, {5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化

结构体内存对齐

        ✅我们已经掌握了结构体的基本使用了。现在我们深入讨论一个问题:计算结构体的大小。这也是一个特别热门的考点: 结构体内存对齐

结构体的对齐规则:

🚩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)

🔴第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
🔴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。
🔴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。
🔴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。

为什么要内存对齐

⭕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,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

修改默认对齐数的预处理命令

#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认

 实际例子

#include <stdio.h>
#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
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct 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("%dn", sizeof(struct S1));//12
	printf("%dn", sizeof(struct S2));//6
}

        ✅总的来说:结构在对齐方式不合适的时候,我么可以自己更改默认对齐数。
 

结构体传参

        🥰这个部分我们直接上代码:

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("%dn", s.num);
}

//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
    printf("%dn", ps->num);
}

int main()
{
    print1(s); //传结构体
    print2(&s); //传地址
    return 0;
}

🍔上面的 print1 和 print2 函数哪个好些?答案是:首选print2函数。
        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

结构体实现位段(位段的填充&可移植性)

位段

        ✅结构体我们了解完就得来看一下结构体实现 “位段” 的能力。

什么是位段

位段的声明和结构是类似的,有两个不同:

⭕位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
⭕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;
    int _b:5;
    int _c:10;
    int _d:30;
};

        A就是一个位段类型🥰

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。

🍁举个例子:

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;

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。

        🥰总的来说: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(位段虽好,可不要贪杯呦!)


枚举

枚举的概念

        🍁在数学和计算机科学理论中,一个集的枚举是列出某些有穷序列集的所有成员的程序,或者是一种特定类型对象的计数。这两种类型经常(但不总是)重叠。是一个被命名的整型常数的集合,枚举在日常生活中很常见,例如:表示星期的SUNDAY、MONDAY、TUESDAY、WEDNESDAY、THURSDAY、FRIDAY、SATURDAY就是一个枚举。


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。
        🍟{}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
};


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

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。


联合体(共用体)


联合体类型的定义

        🍪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("%dn", sizeof(un));


联合体的特点

        🍟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("%dn", &(un.i));
printf("%dn", &(un.c));

//下面输出的结果是什么?
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%xn", un.i);


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];
    int i;
};

union Un2
{
    short c[7];
    int i;
};

//下面输出的结果是什么?
printf("%dn", sizeof(union Un1)); // 输出12
printf("%dn", sizeof(union Un2)); // 输出16

利用联合体判断当前计算机的大小端存储

union Un
{
    char c;
    int i;
}

int main()
{
    union Un u;
    u.i = 1;
    if(u.c == 1)
    {
        printf("小端n");
    }
    else
    {
        printf("大端n");
    }
    return 0;
}


 

        

本图文内容来源于网友网络收集整理提供,作为学习参考使用,版权属于原作者。
THE END
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