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【C语言进阶】—— 结构体总结(位段 、枚举、公用体)⌛一、结构体⚽二、位段⛲三、枚举⌚四、共用体

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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。 数组是一组相同类型的元素的集合。结构体也是一些值的集合,结构体的每个成员可以是不同类型的。
结构体关键字:struct 结构体的标签:tag 结构体的类型:struct tag 结构的成员列表:member_list 结构体变量列表:variable_list

例如描述一个学生:包括学生的姓名、学号、年龄、性别

上面的结构体声明方式属于完全声明,当然也存在不完全声明的情况,比如说省略结构体的标签

举例:

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?

思考:p = &x; 这句代码合法吗?能在编译器中正常运行吗? 编译器会报出警告:编译器会把上面两个声明当成完全不同的两个类型,所以是非法的。
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typedef-- - 类型重定义

思考:能否用typedef来重定义匿名结构体类型呢?

例如:

这种方式在编译器下是跑不过的!

解决方法:

思考:struct node next; 可以用node next; 来替代吗?

答:不可以,typedef对结构体类型重定义,前提是结构体类型先完成创建后,再对其类型名称重定义一个新的类型名称,如果说在创建的结构体内部中就是使用重定义之后的类型名称?是不是还没创建完成就开始用了,这个地方可不能这样时间穿梭!

思考:在结构中包含一个类型为该结构本身的成员是否可以呢 ?

<code>buxing</code>

如果可以,那sizeof(struct node)是多少 ?

理解:假设代码1中的方式可以执行,那么在创建结构体的过程中,struct node next由于结构体struct node类型还没创建完成,所以其类型的大小是未知的,而struct node类型的是否能成功创建又依赖于struct node next类型大小的确定性。所以这两者自相矛盾。因此上述方法不行!

结构体正确的自引用方式:

这种方式为什么又可以成功呢?

理解:这里面的结构体自应用方式并不是直接利用结构体来创建变量,而是创建指向该结构体类型的指针,我们知道,指针的大小跟其所指向的类型无关,仅跟平台环境有关,32位平台指针大小为4个字节,64位平台,指针大小为8个字节。正因为指针大小的确定性,所以再自引用的时候结构体类型的整体大小也是可以确定的。

有了结构体类型,那要怎么样来定义结构体变量和初始化变量呢?

举例1:

举例2:

举例3

关于结构体的基本使用我们已经掌握了,那么我们现在来讨论一个深层次的问题;

任何的数据类型都应该有其对应的内存空间大小,比如char大小为1个字节,int类型为4个字节,double类型是8个字节等等,没有确定的大小,就无法在创建的时候知道该分配给该类型变量的内存空间是多少。所以,结构体的大小是多少?又该如何计算呢?

这涉及到一个<code>热门考点:结构体内存对齐!</code>

<code>结构体内存对齐规则:</code> 1.第一个成员在与结构体变量偏移量为o的地址处。 2.<code>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</code>。 ①<code>对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。</code> ②vs中默认的值为8,linux中的无默认值,以自身大小为对齐数 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<code>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</code>,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。

特别注意:第4点这里,嵌套的结构体对齐到的不是结构体整体大小的整数倍,而是结构体自己的最大对齐数的整数倍。

分析:

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结果展示:

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结构体嵌套问题

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思考:为什么存在内存对齐 ?

大部分的参考资料都是如是说的 : 1.<code>平台原因(移植原因)</code>∶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。 ⒉<code>性能原因</code>∶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。 <code>总体来说︰ 结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。</code>

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—起。

例如: 将练习1中的方式改成练习2中的方式:

s1和s2类型的成员一模一样,但是s1和s2所占用的空间大小是有区别的,前者大小为12个字节,后者为8个字节,显然后者这种方式空间利用的效率更高。
<code>#pragma pack 设置默认对齐数</code>

使用#pragma,可以用来改变我们的默认对齐数。

举例

上面这个代码输出的结果是什么?

分析:s1结构体大小为12,这个在练习1中有详细讲解,关键是s2的大小是多少呢? 按照结构体内存对齐的规则,此时默认对齐数为1,则有:
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结论:结构在对齐方式不合适的时候,我们可以自己更改默认对齐数来满足需求。
这是一个宏,<code>用来计算结构体成员相对于结构体起始位置的偏移量</code>
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百度笔试题 :

内容: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

之后学习到宏知识再去实习这个功能

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结构体传参有两种方式: 一种是传递结构体对象(传值),对应的就是print1函数的方式 一种是传递结构体地址(传址),对应的就是print2函数的方式

思考: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 :<code>结构体传参的时候,要传结构体的地址。</code>

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。 2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

struct a就是一个位段类型,那么a的大小是多少呢?

要想回答上面的这个问题,首先要了解<code>位段的成员名后边有一个冒号和一个数字</code>,这个数字的含义是什么。<code>实际上冒号后面的数字表示的是二进制bit位</code>,具体分析如下:

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扩展: ①实际试验的时候,整型类型均可 ②同一个位段中类型仅出现一种,比如说,int类型和unsigned int类型不同,不能同时在同一个位段中

1.位段的成员可以是int unsigned intsigned 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

这些不确定因素体现在: ①空间是否要被浪费? ②空间是从左向右使用还是从右向左使用? 比如说vs2019:①先开辟1 / 4个字节, ②从右向左使用,空间会被浪费

执行前:

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执行后:

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再看一个位段在内存中存储的分析

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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 : 跟结构体相比,位段可以达到同样的效果,但是可以很好的节省空间(优点),但是位段有跨平台的问题存在(缺点)

网络传输协议包(计算机网络中数据传输协议包会提及)

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中文对照版:

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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:

比如说我们的现实生活中: ①一周的可能取值,从周一到周日,总共7个可能取值 ②性别的取值,男,女,保密,总共3种可能取值(当然你也可以再添加一种取值可能,比如说未知,但是添加之后的可能取值仍然是可以一一列举出来的,总共4种可能了) ③月份的可能取值,从一月到十二月,总共12个可能取值 ④颜色的可能取值,比如说红橙黄绿青蓝紫 …

以上定义的enum day, enum sex,enum color都是枚举类型。

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,这些值叫做枚举常量。

此时该枚举类型的常量值为4,6,8。

为什么使用枚举 ?

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

枚举常量给枚举变量赋值

扩展:枚举类型的常量如果中间某个值被自定义赋值,那么其前面的值仍然从0开始递增,其后面的值按照自定义的值递增。

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枚举是一种类型,可以用来定义变量-- - 枚举变量,但是其成员是常量值-- - 枚举常量

<code>共用体</code>也是一种特殊的自定义类型这种类型<code>定义的变量也包含一系列的成员</code>,<code>特征是这些成员共用同一块空间</code>(有的书籍也会将共用体称为联合体)。

比如∶

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内存分析:

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共用体的成员是共用同一块内存空间的,这样一个共用体变量的大小,<code>至少是最大成员的大小</code>(因为共用体至少得有能力保存最大的那个成员)。
1.共用体的大小至少是最大成员的大小。 2.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。
u1中数组ch有5个元素,大小为5个字节,那么u1大小为5,但是因为5不是最大对齐数4(int)的倍数,对齐到最大对齐数4后大小为8。 u2中数组s有7个元素,大小为7 * 2 = 14个字节,14不是最大对齐数4的倍数,对齐到4的倍数后大小为16。
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利用共用体的特点,我们可以用来判断计算机的大小端字节序

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