C语言进阶-自定义类型:结构体、枚举、联合(2)

简介: C语言进阶-自定义类型:结构体、枚举、联合

2.位段

2.1什么是位段?

位段的声明和结构体是类似的,但是有两个不同:

1.位段的成员必须是int、unsigned int、或signed int。

2.位段的成员名后面有一个冒号和一个数字。

比如:

#include<stdio.h>
struct A
{
  int _a : 2;
  int _b : 5;
  int _c : 10;
  int _d : 30;
};
int main()
{
  printf("%zd\n", sizeof(struct A));
  return 0;
}

其中A就是一个位段类型,那struct A的大小是多少呢?

答案是8。

为什么是8呢?有人说,2+5+10+30=47,一个int型不够用,得用两个int 型,就是8个字节了,这种说法对吗?

下面我们来讲一下,位段的内存分配:

2.2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。

下面我们来看一个例子:

#include<stdio.h>
struct S
{
  char a : 3;
  char b : 4;
  char c : 5;
  char d : 4;
};
int main()
{
  struct S s = { 0 };
  s.a = 10;
  s.b = 12;
  s.c = 3;
  s.d = 4;
  printf("%zd\n", sizeof(s));
  return 0;
}

我们假设位段中的成员a,b,c,d在内存中是从右向左分配的,并且空间不够用就舍弃,重新开辟新的空间,那在内存中应该如下图所示:

只需要3个字节就能将a,b,c,d都存放下,那我们来验证一下运行结果是不是3:

可以看到,确实是3,那在VS中可能就是像上面所说的那样存储的,为什么说可能呢,这个问题放在位段的跨平台问题中讲。

现在我们接着来将10、12、3、4存放在a,b,c,d中,看看是怎样存进去的?

存进去后是01011010 00000011 00000100,化为16进制数应该是:620304,

打开监视窗口可以看到:

那我们就可以确定,当前VS编译器中,位段中的成员的存储就是从左往右分配的,并且当开辟的空间不够用时,剩余的空间会被舍弃,重新开辟一个新的空间。

这只能说明在VS编译器中位段的内存分配方式,不一定适用于其他编译器。

这就牵扯到位段的跨平台问题了。

2.3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。

总结一下:跟结构体相比,位段可以达到同样的效果,可以节省空间,但是位段存在跨平台问题。

2.4位段的应用

以上是一个IP数据包的格式,如果我们要给另外的人发送信息,在计算机中不可能是简单的信息裸奔过去,而是把它打包成数据包的格式,这时我们用位段可以最大程度的节省空间。

3.枚举

枚举就是把可能得取值一一列举。

比如生活中的,一周从星期一到星期日可以一一列举,性别可以一一列举,三原色可以一一列举。

3.1枚举的定义

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
};

注意枚举列举的是可能取值,称为枚举常量,用逗号一一隔开,和结构体不同,结构体里面时成员变量,用分号隔开。

下面我们也可以创建一个枚举类型的变量:

#include<stdio.h>
enum Color
{
  RED,
  GREEN,
  BLUE
};
int main()
{
  enum Color c = GREEN;
  return 0;
}

枚举常量也是有值的,默认从0开始,依次递增。

我们可以打印一下:

当然,我们也可以自己指定值:

3.2枚举的优点

我们可以使用#define定义常量,为什么要使用枚举?

枚举的优点:

1.增加代码的可读性和可维护性

如果我们用#define定义常量的话,RED GREEN BLUE就是一堆数字,根据数字很难联想到颜色。

2.和#define定义的标识符相比,枚举有类型检查,并且更加严格

我们把文件名改为.cpp运行下面代码会发现报错了:

枚举有类型检查,而#define定义的标识符常量是没有类型检查的。

3.便于调试

如果我们用#define RED 0;我们使用时int a=RED;此时我们看到的是RED,但是编译器在预处理阶段早就令a=0了,这样我们看到的和编译器内部的不一致,调试时就会发生一些无法预估的问题。

4.枚举使用方便,一次可以定义多个常量

4.联合(共用体)

4.1联合体的定义

联合是一种特殊的自定义类型。

联合定义的变量也包含一系列成员,特征是这些成员共用同一块空间(所以联合也称共用体)

下面看一段代码:

#include<stdio.h>
union UN
{
  char c;
  int i;
};
int main()
{
  union UN un = { 0 };
  printf("%zd\n", sizeof(un));
  printf("%p\n", &un);
  printf("%p\n", &(un.c));
  printf("%p\n", &(un.i));
  return 0;
}

运行结果:

为什么联合类型变量un的大小是4呢,不应该是5吗?

这个根据我们打印的地址就可以看出来,它们的地址空间是相同的,之前也讲过联合体成员共用同一块空间,所以c和i在内存中应该如下图所示:

所以注意在同一时间内,共用体成员只能用一个,不能同时使用。

上述代码,如果我们要改c的值,那i的值也会改变:

4.2联合体的使用

前面的章节中我们讲过,大小端的定义,也讲过如何判断大小端,这里不再详细说明,想要了解的,可以看之前的文章:

https://blog.csdn.net/syh163/article/details/133034092

今天了解了联合体,我们可以根据联合体来写一个判断当前编译器是大端字节序存储还是小端字节序存储的函数:

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int check_sys()
{
  union UN
  {
    int i;
    char c;
  }un = {.i=1};
  return un.c;
}
int main()
{
  int ret = check_sys();
  if (ret == 1)
    printf("小端\n");
  else
    printf("大端\n");
  return 0;
}

4.3联合体大小的计算

联合体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

下面直接看例子:

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#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));
  printf("%d\n", sizeof(union un2));
  return 0;
}

运行结果:

联合体union un1中,数组c的大小是5个字节,i的大小是4个字节,因为联合体至少是最大成员的大小,所以union un1的大小至少是5,而c的对齐数是1,i的对齐数是4,所以最大对齐数是4,5不是4的倍数,所以要对齐到8。

同理可得union un2的大小是16。

以上就是今天所有的内容了,未完待续。。。

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