C语言—自定义类型（详解）_c语言怎么声明一个自定义的类型

前言

设计程序时，最重要的步骤之一是选择表示数据的方法。在许多情况下，简单变量甚至是数组还不够。为此，C语言提供了结构变量 提高你表示数据的能力，它能让你创造新的形式。

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1.结构体

1.1 结构体类型的声明

结构声明描述了一个结构的组织布局，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。

struct book
{
	char title[20];
	char author[20];
	float value;
};

该声明描述了一个由两个字符数组和一个float类型变量组成的结构，该声明并未创建实际的数据对象，只描述了该对象由什么组成。

首先关键字struct，它表明跟在其后的是一个结构，后面是一个可修改的标签（book）

1.1.1 结构体的特殊声明

匿名结构，在声明结构的时候，可以不完全的声明。匿名结构是一个没有名称的结构成员。

 比如：

//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。

注意：编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型

1.2 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？

struct Node
{
 int data;
 struct Node next;
};

如果可以，那sizeof(struct Node)是多少？

正确的自引用方式：

struct Node
{
 int data;
 struct Node* next;
};

1.3 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。

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

1.4 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。

struct s1
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
 
struct s2
{
	char c1;
	char c2;
	int i;
};
 
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct s1));
	printf("%d\n", sizeof(struct s2));
}

为什么会是12 8呢？

首先struct s1 ,char c1放在0偏移处，共一个字节。int i 四个字节，VS默认对齐数是8，成员自身大小和默认对齐数较小值是成员自身大小也就是4，int i 需要对齐到4的整数倍上，观察下图我们可以看到0偏移量处到4偏移量处中间浪费了三个字节，然后i从4偏移处偏移4个字节。char c2一个字节VS默认对齐数是8，成员自身大小和默认对齐数较小值是成员自身大小也就是1，这时所有成员以全部放了进去，共9个字节，int i 4个字节默认对齐数是8，所以较小值也就是4，char c1一个字节，VS默认对齐数是8，所以较小值是1，char c2一个字节，VS默认对齐数是8，所以较小值是1。在4和1中所有成员的对齐数中最大对齐数的整数倍也就是4的整数倍，那9是4的整数倍吗？显然不是，所以又要浪费3个字节的空间，到12个字节的时候就是4的整数倍了。

struct s2 char c1放在0偏移处，共一个字节。char c2一个字节VS默认对齐数是8，成员自身大小和默认对齐数较小值是成员自身大小也就是1，1是1的整数倍所以不用浪费空间，int i 四个字节，VS默认对齐数是8，成员自身大小和默认对齐数较小值是成员自身大小也就是4，int i 需要对齐到4的整数倍上，2不是4的整数倍需要浪费2个字节的空间，从4偏移处开始偏移4个字节，所以成员已全部放进去了，8是4的整数倍吗？显然是的，所以是8个字节。

具体如何计算呢？

首先得掌握结构体的对齐规则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

2. 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。

        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

                Linux中没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小

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。

为什么存在内存对齐?

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，如何做到：

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

之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令，这里我们再次使用，可以改变我们的默认对齐数。

#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()
{  
    //输出的结果是什么？
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0;
}

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。

1.5 结构体传参

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("%d\n", s.num);
}
//结构体地址传参
void print2(struct S* ps)
{
 printf("%d\n", 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。

结构体传参的时候，要传结构体的地址。

1.6 结构体实现位段（位段的填充&可移植性）

什么是位段

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

A就是一个位段类型。 那位段A的大小是多少？

printf("%d\n", sizeof(struct A));

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。

//一个例子
struct S
{
 char _a:2；
 char _b:5;
 char _c:10;
 char _d:30;
};
int main()
{
    struct S sa = { 0 };
    printf("%d\n",sizeod(sa));
}

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。

2.枚举

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：

一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举。

性别有：男、女、保密，也可以一一列举。

月份有12个月，也可以一一列举

这里就可以使用枚举了。

2.1 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，依次递增1，当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值。 例如：

enum Color//颜色
{
 RED=1,
 GREEN=2,
 BLUE=4
};

2.2 枚举的优点

为什么使用枚举呢？

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. 便于调试

4. 使用方便，一次可以定义多个常量

2.3 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。
clr = 5;               //ok??

3.联合

3.1联合类型的定义

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）。

//联合类型的声明
union Un
{
 char c;
 int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算两个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));

3.2 联合的特点

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）。

3.3 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。

比如：

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("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));

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结尾

        联合使用与结构相同的语法。然后，联合的成员共享一个共同的存储空间。联合同一时间内只能存储一个单独的数据项，不像结构那样同事存储多种数据类型。也就是说，结构可以同时存储一个int类型数据、一个double类型数据和一个char类型数据，而相应的联合只能保存一个int类型数据，或者一个double类型数据，或者一个char类型数据。

        枚举可以创建一系列代表整形常量（枚举常量）的符号和定义相关的枚举类型