c语言的基础知识之结构体

目录

• 前言
• 结构体
• • 结构的自引用
  • typedef函数
  • 结构体内存对齐
  • 修改默认对齐数
  • 位段
  • • 什么是位段
    • 位段的内存分配
    • 位段的跨平台问题
    • 位段的意义以及应用
    • 枚举
    • • 枚举常量的赋值
      • 枚举的优点
      • 总结

        前言

        

        欢迎来到戴佳伟的小课堂，那今天我们讲啥呢？

        问得好，我们今天要讲一个未来数据结构中各种表中最常用的结构–详细讲解结构体，我们也会学枚举，通过用枚举写出星期表，也会引出一种算法，既然说了这么多，那就跟着我往下，你会收益匪浅。

        //空间是如何开辟的？

        结构体

        结构体在我们学习数据结构与完成一些基础项目中使用的很多

        结构体：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

        而他的一般形式也是：

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

        这也是数据结构基本格式，

        

        如何使用？

        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
        

        我们在main函数里写出

        struct Stu s = { "yangjie", 25, '男',12345 };//对结构体变量的定义和初始化
        

        在struct中强调一一对应的关系。

        结构的自引用

        我们知道链式结构的构成，一个结构连着一个结构，形成链式结构，那我们思考的是，我能在链式表自己引用自己。这也是本文的第一个问题

        

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

        为什么错误呢，这个大家应该可以想象，第三个成员c是个A类型，c的第三个成员也是个A类型，那么会一直有pp.c.c.c.c.c.c.c……，此结构体的大小没有结束，那么肯定是错误的，编译的时候肯定通不过。那么怎么能是引用自身呢，这就要看指针的功能了。

        欸 我们就引出了新的概念 用指针代替直接引用达到读取到下一个结构体的功能。

        正确的写法：

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

        typedef函数

        C语言允许用户使用 typedef 关键字来定义自己习惯的数据类型名称，来替代系统默认的基本类型名称、数组类型名称、指针类型名称与用户自定义的结构型名称、共用型名称、枚举型名称等。一旦用户在程序中定义了自己的数据类型名称，就可以在该程序中用自己的数据类型名称来定义变量的类型、数组的类型、指针变量的类型与函数的类型等。

        那我们就知道不一定一直要使用struct 类型 我们可以使用Node代替struct，代码如下：

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

        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

        为了让你们有更好的理解这个意思，我先出个题，大家思考下：

        

        struct S2
        {
        	char c1;
        	char c2;
        	int i;
        };
        int main()
        {
        	printf("%d", sizeof(struct S2));
        }
        

        大家认为答案是多少，6？ 8？ 12？

        

        这时候大家会提出疑问为啥是这个答案，这时候我要提出规则了

        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
        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

        大家可能看不懂，简单来说第一位正常占进去，后面的要按照对齐数比较后进行排位，很有意思的是内存有脾气，他只放在他的位数倍数上

        

        按照这种讲解我们发现这种题目的规律以及使用规则去练习sizeof(struct)的使用。

        为什么存在内存对齐?

        大部分的参考资料都是如是说的：

        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。
        3. 总体来说： 结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

        总体来说：

        结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。

        我们再写结构体的时候尽量将小的集中，尽量不必要的内存损失。

        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，代码如下：

        #include 
        #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));
        

        

        结论：

        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.

        位段

        什么是位段

        位段(bit-field)是以位为单位来定义结构体(或联合体)中的成员变量所占的空间。含有位段的结构体(联合体)称为位段结构。采用位段结构既能够节省空间，又方便于操作。

        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 node
        {
            unsigned int a:4;     //位段a，占4位
            unsigned int  :0;     //无名位段，占0位
            unsigned int b:4;     //位段b，占4位
            int c:32;             //位段c，占32位
            int  :6;              //无名位段，占6位
        };
        

        我们思考下sizeof(struct node)的大小

        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。

        根据上面的代码我们可以看看大小

        //一个例子
        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;
        //空间是如何开辟的？
        

        

        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。 总结： 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。

        位段的意义以及应用

        

        在网络协议中运用广泛，后面我会在网络继续讲解此知识。

        我尽量在网上查找资料，解答大家问题。

        枚举

        我们在生活总是遇见暴力枚举解题的概念，那我们今天就介绍枚举。

        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

        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 。

        枚举常量的赋值

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

        这是最基础的枚举常量的赋值。

        现在我们在讲下枚举常量的使用

        enum Day//星期
        {
        	Mon=1,
        	Tues,
        	Wed,
        	Thur,
        	
        };
        #include
        int main()
        {
        	printf("%d", Tues);
        }
        

        我们会发现Tues是2，其实我们也发现enum类型为int 类型大小

        所以枚举规则则是：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

        枚举的优点

        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

        总结

        时间过的好快，一瞬间写到了结构体的相关内容，一瞬间又老了一岁，希望看完我的文章有所收获，感谢大家的支持，我还会继续创作的