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第四章 自定义类型:结构体,枚举,联合
- 结构体
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结构体类型的声明
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结构的自引用
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结构体变量的定义和初始化
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结构体的内存对齐
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结构体实现位段(位段的填充 和 可移植性)
- 枚举
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枚举类型的定义
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枚举的优点
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枚举的使用
- 联合
-
联合类型的定义
-
联合的特点
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联合的大小计算
1.结构体的声明
1.1结构体的基本概念
结构体是存放不同类型变量的元素集合。
1.2 结构的声明
struct tag
{member-list;
}variable-list;
例:描述一本书
struct Book
{char BookName[20];int BookId;int price;
};
1.3 特殊的声明
在声明结构时,可以不完全的声明。
如下:
//匿名结构体类型
//注意:只能使用一次,它的局限性。
struct
{int a;char ch;double b;
}n;struct
{int a;char ch;double b;
}*p;int main()
{p = &n;return 0;
}
以上两个结构体在声明的时候省略掉了标签(tag)。
注意:p = &n;
在编译器的角度里,它是非法的,编译器会把上面两个声明当成不同的类型。
1.4 结构体的自引用
错误方式:
struct Node
{int data;struct Node n;
};
正确方式:
struct Node
{int data;struct Node* n; //[数据域 | 指针域]
};
注意:
typedef struct
{int data;Node* n;
}Node; //这样写其实是不行的。typedef struct Node
{int data;struct Node* n;
}Node; //这样写可行。
1.5 结构体变量的定义和初始化
struct p
{int x;int y;
}p1; //声明类型的同时定义变量p1
struct p p2;//定义结构体变量p2struct p p3 = { 0 ,0 }; //结构体变量初始化
//全局变量
struct Student
{char name[20];int age;int id;char sex[5];
};struct Student s1 = { "小明", 18, 123456, "男" }; //初始化struct Node
{int data;struct p p4;struct Node* n;
}n1 = { 9, {3, 1}, NULL }; //结构体嵌套初始化
int main() //在主函数内定义的结构体变量是局部变量
{struct Student s2 = { "小红", 18, 123457, "女" }; //初始化struct Node* n2 = &n1;//.//->printf("%s %d %d %s\n",s2.name, s2.age, s2.id, s2.sex);printf("%d %d %d %p\n",n2->data, n2->p4.x, n2->p4.y, n2->n);return 0;
}
1.6 结构体内存对齐
结构体的内存对齐规则:
1.第一个成员在与结构体偏移量为0的地址。
2.其他成员变量要对齐到对齐数的整数倍的地址。
对齐数:该成员的大小与编译器默认的对齐数中取较小值。
VS编译器默认对齐数为8。
3.结构体的总大小是最大对齐数(每个成员都有一个对齐数)的整数倍。
4.如果嵌套了结构体,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整体大小是所有最大对齐数(包含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。
1.6.1 内存对齐存在的意义
1.平台原因(移植原因):
不是所有的硬件平台都能够任意访问地址上的任意数据的,某些硬件只能在某些地址取某些特定类型的数据,不然会出现硬件异常的问题。
2.性能原因:
数据结构(特别是栈)应该尽量地在自然边界上对齐。
因为为了访问未对齐的内容,处理器需要做两次内存访问;对齐的内容访问就只需要一次访问就够了。
总结:
结构体的内容对齐是拿空间来换取时间的做法。
在设计结构体时,既要满足对齐,又要节省空间。
应该让占用空间小的成员尽量集中在一块。
例:
struct s1
{char c;int a;char b;
};struct s2
{char c;char b;int a;
};//s1和s2类型的成员是一样的,但是它们所占空间的大小不一样。
1.6.2 练习
#include <stdio.h>//练习1
struct S1
{char c1;int i;char c2;
};//练习2
struct S2
{char c1;char c2;int i;
};//练习3
struct S3
{double d;char c;int i;
};//练习4-结构体嵌套问题
struct S4
{char c1;struct S3 s3;double d;
};int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct S1));//12printf("%d\n", sizeof(struct S2));//8printf("%d\n", sizeof(struct S3));//16printf("%d\n", sizeof(struct S4));//32return 0;
}
1.7 修改默认对齐数
#pragma这个预处理指令,可以改变默认对齐数。
#include <stdio.h>#pragma pack(1) //设置对齐数为1
struct s1
{char a;int b;char c;
};
#pragma pack(0) //取消设置对齐数,还原为默认。#pragma pack(2)
struct s2
{char a;int b;char c;
};
#pragma pack(0)int main()
{printf("%d\n", sizeof(struct s1));printf("%d\n", sizeof(struct s2));return 0;
}
总结:
结构在对齐方式不合适的时,可以自己修改默认对齐数。
笔试题:
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
1.8 结构体传参
#include <stdio.h>struct Node
{int date[100];int num;
};struct Node n = { {1,2,3,4,5,6}, 7 };void print1(struct Node n)
{printf("%d\n", n.num);
}void print2(struct Node* n)
{printf("%d\n", n->num);
}int main()
{print1(n);print2(&n);return 0;
}
以上代码中的print1和print2函数哪个更好呢?
首先选择print2函数。
原因:
函数传参时,参数需要压栈,会有时间和空间上的系统开销。
如果传递一个过大的结构体的对象时,参数压栈的系统开销较大,会导致性能下降。
总结:
结构体传参时,最好传结构体的地址。
2.位段
2.1 位段的定义
位段的声明和定义与结构体是相似的,有以下两点不同:
1.位段的成员必须是int、unsigned int 或者 signed int。
2.位段的成员后边会有一个冒号和一个数字。
struct E
{int _a : 1;int _b : 5;int _c : 10;int _d : 20;
};
这里的E就是一个位段类型。
来看以下位段E的大小:
printf("%d\n", sizeof(struct E)); //8
2.2 位段的内存分配
-
位段的成员可以是int unsigned int signed int 或者 char(整型家族)类型。
-
位段的空间按照需要以4个字节(int)或者是1个字节(char)来开辟的。
-
位段涉及较多不确定因素,位段不跨平台,注重可移植的程序应该避险使用。
#include <stdio.h>struct X
{char a : 3;char b : 5;char c : 2;char d : 4;
};struct X x = { 0 };int main()
{x.a = 12;x.b = 16;x.c = 9;x.d = 8;printf("%d\n", sizeof(struct X)); //2return 0;
}
2.3 位段的跨平台问题
1.int位段是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。(比如16位的机器,写成22,在16位机器会出现问题)
3.位段中的成员在内存中是从左向右开始分配 的,还是从右到左分配标准尚未定义。
4.当一个结构体包含了两个位段,第二个位段成员较大,无法容纳第一个位段剩下的空间时,是舍弃剩下的空间还是继续使用,这也是无法确定的。
总结:
跟结构体相比,位段可以做到同样的效果,可以很好的节省空间,但是存在跨平台的问题。
2.4 位段的应用
作用:能够节省空间。
3. 枚举
3.1 枚举类型的定义
enum Color
{GREEN,RED,YELLOW,BLACK
};enum Day
{Mon,Tues,Wed,Thur,Fri,Sat,Sun
};
以上定义的enum Day, enum Color就是枚举类型。
{}中内容是枚举类型中的可能取值,也称为枚举常量。
它们都是有值的,默认是从0开始,依次递增1,在定义时也可以赋初始值。
enum Color
{GREEN = 2,RED = 3,YELLOW = 4,BLACK = 5
};
3.2 枚举的优点
1.可增加代码的可读性和可维护性。
2.与#define定义的标识符对比,它有类型检查,更加严谨。
3.防止命名污染(封装)。
4.方便调试。
5.使用时方便,一次可以定义多个常量。
3.3 枚举的使用
enum Color
{GREEN = 2,RED = 3,YELLOW = 4,BLACK = 5
};enum Color C = BLACK;
C = 5; //这种写法是错误的,有类型的差异,要用枚举常量给枚举变量赋值。
4.联合(共用体)
4.1 联合类型的定义
该类型定义的变量包含一系列的成员,但这些成员公用同一块空间。
union un //联合体类型的声明
{char c;int i;
};int main()
{union un u; //联合体变量的定义printf("%d\n", sizeof(u)); //4return 0;
}
4.2 联合的特点
联合体的成员公用一块空间,一个联合变量的大小,至少是最大成员的大小。
union un //联合体类型的声明
{char c;int i;
};int main()
{union un un;printf("%d\n", &(un.i)); //18087412printf("%d\n", &(un.c)); //18087412un.i = 0x11223344; //11223347un.c = 0x47; //47printf("%x\n", un.i);printf("%x\n", un.c);return 0;
}
面试题:
判断当前计算机的大小端存储。
#include <stdio.h>int check_sys()
{union un{char c;int i;}u;u.i = 1;return u.c;
}int main()
{int ret = check_sys();if (ret){printf("小端\n");}else{printf("大端\n");}return 0;
}
4.3 联合大小的计算
联合大小至少是最大成员的大小,当最大成员不是最大对齐数的整数倍时,就需要对齐到最大对齐数的整数倍。
#include <stdio.h>union Un1
{char c[5];int i;
};
union Un2
{short c[7];int i;
};int main()
{printf("%d\n", sizeof(union Un1)); //8printf("%d\n", sizeof(union Un2)); //16return;
}
union Un2));
5.练习
通讯录
test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1//通讯录
//1.能存放1000个人的信息
//每个人信息:姓名+年龄+性别+电话+地址
//2.增加人的信息
//3.删除指定的人的信息
//4.修改指定的人的信息
//5.查找指定的人的信息
//6.排序通讯录的信息#include "Contact.h"enum Option
{EXIT,ADD,DEL,MODIFY,SEARCH,SORT,PRINT
};void menu()
{printf("********************************************************\n");printf("********** 1.add 2.del ****************\n");printf("********** 3.modify 4.search****************\n");printf("********** 5.sort 6.print ****************\n");printf("********** 0.exit *************\n");printf("********************************************************\n");
}int main()
{int input = 0;Contact con;Init_Contact(&con);do{menu();printf("请选择:>");scanf("%d", &input);switch (input){case ADD:Add_Contact(&con);break;case DEL:Del_Contact(&con);break;case MODIFY:Modify_Contact(&con);break;case SEARCH:Search_Contact(&con);break;case SORT:break;case PRINT:Print_Contact(&con);break;case EXIT:return;break;default:printf("选择错误,请重新选择:>");break;}} while (input);}
Contact.c
#include "Contact.h"static int Find_ByName(Contact* c,char name[])
{int i = 0;for (i = 0; i < c->sz; i++){if (strcmp(c->data[i].name ,name) == 0){return i;}}return -1;
}void Init_Contact(Contact* c)
{c->sz = 0;memset(c->data, 0, sizeof(c->data));
}void Add_Contact(Contact* c)
{if (c->sz == 1000){printf("通讯录已满,无法增加\n");return;}printf("请输入名字:>");scanf("%s",c->data[c->sz].name );printf("请输如年龄:>");scanf("%d", &(c->data[c->sz].age));printf("请输入性别:>");scanf("%s", c->data[c->sz].sex);printf("请输入电话:>");scanf("%s", c->data[c->sz].tele);printf("请输入地址:>");scanf("%s", c->data[c->sz].addr);c->sz++;printf("增加成功\n");
}void Print_Contact(const Contact* c)
{int i = 0;printf("%-10s\t%-5s\t%-8s\t%-15s\t%-20s\n", "姓名","年龄","性别","电话","地址");for (i = 0; i < c->sz; i++){printf("%-10s\t%-5d\t%-8s\t%-15s\t%-20s\n", c->data[i].name,c->data[i].age, c->data[i].sex, c->data[i].tele, c->data[i].addr);}
}void Del_Contact(Contact* c)
{char name[MAX_NAME] = { 0 };if (c->sz == 0){printf("通讯录为空,无法删除\n");}printf("请输入你要删除的信息:>");scanf("%s", name);int pos = Find_ByName(c, name);if (pos == -1){printf("你要删除的信息不存在\n");}for (int i = 0; i < c->sz - 1; i++){c->data[i] = c->data[i + 1];}c->sz--;printf("删除成功\n");
}void Modify_Contact(Contact* c)
{char name[MAX_NAME] = { 0 };printf("请输入你要修改的信息:>");scanf("%s", name);int pos = Find_ByName(c, name);if (pos == -1){printf("你要修改的信息不存在\n");}else{printf("请输入名字:>");scanf("%s", c->data[pos].name);printf("请输如年龄:>");scanf("%d", &(c->data[pos].age));printf("请输入性别:>");scanf("%s", c->data[pos].sex);printf("请输入电话:>");scanf("%s", c->data[pos].tele);printf("请输入地址:>");scanf("%s", c->data[pos].addr);printf("修改成功\n");}}void Search_Contact(Contact* c)
{char name[MAX_NAME] = { 0 };printf("请输入你要查找的信息:>");scanf("%s", name);int pos = Find_ByName(c, name);if (pos == -1){printf("你要查找的信息不存在\n");}else{printf("%-10s\t%-5s\t%-8s\t%-15s\t%-20s\n", "姓名", "年龄", "性别", "电话", "地址");printf("%-10s\t%-5d\t%-8s\t%-15s\t%-20s\n",c->data[pos].name,c->data[pos].age,c->data[pos].sex,c->data[pos].tele,c->data[pos].addr);}
}
Contact.h
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include <stdio.h>#define MAX_NAME 20
#define MAX_SEX 8
#define MAX_TELE 15
#define MAX_ADDR 30
#define MAX 1000typedef struct PeoInfo
{char name[MAX_NAME];int age;char sex[MAX_SEX];char tele[MAX_TELE];char addr[MAX_ADDR];
}PeoInfo;typedef struct Contact
{PeoInfo data[MAX];int sz;
}Contact;void Init_Contact(Contact* c);
void Add_Contact(Contact* c);
void Print_Contact(const Contact* c);
void Del_Contact(Contact* c);
void Modify_Contact(Contact* c);
void Search_Contact(Contact* c);
上一章:C语言深入学习 — 3.字符函数和字符串函数
配套练习:
C语言练习题110例(一)
C语言练习题110例(二)
C语言练习题110例(三)
C语言练习题110例(四)
C语言练习题110例(五)
C语言练习题110例(六)
C语言练习题110例(七)
C语言练习题110例(八)
C语言练习题110例(九)
C语言练习题110例(十)
C语言练习题110例(十一)