自定义类型

• 写在前面
• 自定义类型
• • 结构体
  • • • 结构的声明：
      • 结构体自引用
      • 结构体变量的定义和初始化。
      • 内存对齐规则
      • 结构体传参
    • 位段
    • • 位段的声明
      • 位段的注意事项
      • 位段在内存中的储存方式
      • 位段的跨平台问题
  • 枚举
  • • 枚举类型的定义
    • 枚举的优点
    • 枚举的使用
  • 联合（共用体）
  • • 联合类型的定义
    • 特点
    • 在内存中存储的大小

写在前面

自定义类型小节，主要涉及到结构体，共用体，联合体中的

• 计算内存对齐方式
• 结构体，共用体，枚举的区别
• 位段的概念和已知概念的区别

本节内容比较简单，最重要的就是计算内存对齐。

自定义类型

结构体

结构是一些值的集合，这些值叫做成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。

结构的声明：

struct st{member-list;
}variable-list;//e.g.
struct student{char name[20];int age;char sex[5];char id[20];
}NAMEOFASTU;

特殊声明，不完全声明：

可以在定义结构体的时候省略掉结构体的标签。但是如果这样，相同的定义方法定义两个匿名结构体，编译器默认是不同的类型。不同类型的结构体不能进行 x = y等操作。

struct{int a;int b;char c;
}x;

结构体自引用

结构体可以设定一个类型就是该结构体本身的成员变量 (指针)。

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

简写：每次都写struct Node非常麻烦，可以用如下方法：

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

本身定义了struct Node类型，而且还typedef了 struct Node 为 Node类型。之后在使用中就可以写成Node 了。

结构体变量的定义和初始化。

定义变量有两种方法：

• 在声明类型的同时就定义变量，如下面例子X所示

• 单独定义结构体变量Y

  //方法1
  struct A{int a; int b;
  }X;
  //方法2
  struct A Y;
  

初始化变量：定义变量的同时赋值

struct A a = {10, 20};

同样的可以在声明结构体的时候进行初始化变量：

struct A{int a;int b;
}X = {10, 20};

可以嵌套初始化结构体：

struct A{int a;int b;
};
struct Node{int data;struct A a;struct Node* next;
}n1 = {10, {1, 2}, NULL};
//结构体嵌套初始化和声明

内存对齐规则

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。（无偏移）

2. 其他成员变量要对齐到对齐数的整数倍的地址处。

3. 对齐数 = 编译器默认的对齐数 与 该成员大小的较小值。

   VScode中默认的值为4/8.

4. 结构体总大小为最大对齐数的整数倍（每个成员变量都有自己的对齐数）

5. 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，结构体的整体大小就是所有最大对齐数的整数倍（含嵌套结构体的对齐数）。

为什么存在内存对齐？

平台原因

性能原因：拿空间换取时间

如何设计结构体可以做到满足对齐的同时节省空间？

struct s1{char c1;int i;char c2;
};
struct s2{char c1;char c2;int i;
};

计算一下s1结构体的大小为： 4 + 4 + 4 = 12;

s2 : 4 + 4 = 8，因为c1和c2加起来不够4，后面2 + sizeof(int) > 4，所以两个char先对齐得4，加int的4，总共为8.

所以在声明结构体的时候，尽量让占空间小的放在一起，尽量节省空间。

修改默认对齐数:

#pragma pack();//恢复默认的对齐数
#pragma pack(8);//修改对齐数为8

所以在对齐方式不适合的时候，我们可以自己修改默认对齐数。

结构体传参

结构体传参，最好传递指针（地址），用指针去找到其中的成员变量，远比传递结构体本身方便得多。

位段

位段的声明

与结构体类似，但是不同点在于：

1. 位段的成员必须是int (unsigned int，或signed int), char类型（属于整型的类型）。(int型能不能表示负数视编译器而定，比如VC中int就默认是signed int，能够表示负数)。

2. 位段的成员名后面有一个冒号和数字。

3. 位段的定义格式为: type [var]:digits

   位段名称var是可选参数，即可以省略。digits表示该位段所占的二进制位数。

如下：

struct A
{int a : 2; // 位段a，占2bit位int b : 5; // 位段b，占5bit位int c : 7; // 位段c，占7bit位
};

总共占据14bit位，开辟一个int是4个字节，32bit位。14 < 32，所以开辟一个int大小的空间就可以。

上述代码用sizeof查看，发现占用4个字节大小。

位段的注意事项

1. 位段的成员都属于整型家族。
2. 位段的空间是按照4个字节(int)，或者1个字节(char)的方式来开辟的。
3. 位段占的二进制位数不能超过该基本类型所能表示的最大位数，比如在VS中int是占4个字节，那么最多只能是32位；
4. 无名位段不能被访问，但是会占据空间；
5. 不能对位段进行取地址操作；
6. 若位段占的二进制位数为0，则这个位段必须是无名位段，下一个位段从下一个位段存储单元 (这里的位段存储单元经测试在VS环境下 是4个字节)开始存放；
7. 若位段出现在表达式中，则会自动进行整型升级，自动转换为int型或者unsigned int。
8. 对位段赋值时，最好不要超过位段所能表示的最大范围，否则可能会造成意想不到的结果。
9. 位段不能出现数组的形式。

位段在内存中的储存方式

对于位段结构，编译器会自动进行存储空间的优化，主要有这几条原则:

1. 如果一个位段存储单元能够存储得下位段结构中的所有成员，那么位段结构中的所有成员只能放在一个位段存储单元中，不能放在两个位段存储单元中；如果一个位段存储单元不能容纳下位段结构中的所有成员，那么从剩余的位段从下一个位段存储单元开始存放。(在VS中位段存储单元的大小是4字节).

2. 如果一个位段结构中只有一个占有0位的无名位段，则只占1或0字节的空间(C语言中是占0字节，而C++中占1字节)；否则其他任何情况下，一个位段结构所占的空间至少是一个位段存储单元的大小；

位段的跨平台问题

1. int位段被当成unsigned 或者是 signed 是不确定的，依平台而定。
2. 位段的最大位数目不确定，(16位、32位机器不同)
3. 位段中的成员在内存中从左向右、从右向左分配标准未定义。

枚举

枚举类型的定义

enum Day{Mon,Tues,Wed,Thur,Fri,Sat,Sun
};

Enum 之后的是枚举类型，{ }中的内容是枚举常量，就是枚举类型的可能取值。这些枚举常量默认从0开始，依次递增。在定义的时候也可以赋初值。如下

enum Color{RED = 1,GREEN = 2,BLUE = 3
};

枚举的优点

1. 增加代码的可读性和可维护性
2. 相比于#define定义的标识符，枚举有类型检查，更加严谨
3. 防止命名污染。
4. 便于调试
5. 使用方便，一次可以定义多个常量

枚举的使用

enum Color{RED = 1,GREEN = 2,BLUE = 3
};enum Color clr = GREEN; //只可以拿枚举常量给枚举变量赋值，不要用 enum Color clr = 5;

联合（共用体）

联合类型的定义

联合式特殊的自定义类型，包含一系列的成员，一大特征是这些成员共用同一块空间。所以联合体也叫共用体。

//声明
union Un{char c;int i;
};
//定义
union Un un;

特点

成员共用一块内存空间，所以一个联合体变量的大小，至少是最大成员的大小，因为联合体至少有能力保存最大的成员。

在内存中存储的大小

1. 联合体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。

自定义类型小节完。