C语言进阶⑮(自定义类型)(结构体+枚举+联合体)(结构体实现位段)(中)

简介: C语言进阶⑮(自定义类型)(结构体+枚举+联合体)(结构体实现位段)

C语言进阶⑮(自定义类型)(结构体+枚举+联合体)(结构体实现位段)(上):https://developer.aliyun.com/article/1513091

1.8 结构体传参

直接看代码:

 
#include <stdio.h>
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。


所以:结构体传参的时候,尽量传结构体的地址。


2. 位段(bit field)

结构体讲完就得讲讲结构体实现 位段 的能力

2.1 什么是位段

定义:位段,C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度,

这种以位为单位的成员称为“位段”或称“位域”( bit field) 。利用位段能够用较少的位数存储数据。

位段的声明和结构体是类似的,有两个不同:

① 位段的成员只能是: int、unsigned int、signed int

② 位段的成员名后面有一个冒号和一个数字:member_name : number

比如:

 
struct A
{
    int _a:2;
    int _b:5;
    int _c:10;
    int _d:30;
}
// A就是一个位段类型

那么问题来了,位段A的大小是多少?

 
#include <stdio.h>
struct A
{
    int _a:2;  // _a 成员占2个比特位
    int _b:5;  // _b 成员占5个比特位
    int _c:10; // _c 成员占10个比特位
    int _d:30; // _d 成员占30个比特位
};
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct A));//8
    return 0;
}

运行结果居然是8,四个成员占47个比特位,而8个字节是64个比特位,为什么会这样呢?

看看下面的位段的内存分配:

2.2 位段的内存分配

位段的意义:位段在一定程度上帮助我们节省空间。

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。

空间是如何开辟的?

 
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;
}

69d260edf025447faf84f24e0735127a.png

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:

跟结构相比,位段可以达到同样的效果,而且可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。

2.4 位段的应用

在网络底层的引用:(IP分装包的一种格式)

3.枚举(enumerate)

在数学和计算机科学理论中,一个集的枚举是列出某些有穷序列集的所有成员的程序,或者是一种特定类型对象的计数。这两种类型经常(但不总是)重叠。

是一个被命名的整型常数的集合,枚举在日常生活中很常见,例如表示星期的SUNDAY、MONDAY、TUESDAY、WEDNESDAY、THURSDAY、FRIDAY、SATURDAY就是一个枚举。 [ 百度百科 ]

枚举,顾名思义就是壹壹列举,把可能的取值壹壹列举。

一年有12个月,可以把每个月都壹壹列举。

3.1 枚举类型的定义

 
enum Day //星期
{
    // 枚举常量
    Mon,
    Tues,
    Wed,
    Thur,
    Fri,
    Sat,
    Sun
};
 
enum Color //颜色
{
    // 枚举常量
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};

以上定义的 enum Day , 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 。

枚举的内容一般和#define 定义的常量一样,用大写

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。

例如:

 
#include <stdio.h>
enum Color //颜色
{
    RED = 1,
    GREEN = 2,
    BLUE = 4
};
 
int main()
{
    enum Color c = GREEN;
    printf("%d\n", c);//2
    c = 5;
    printf("%d\n", c);//5
    c = BLUE;
    printf("%d\n", c);//4
    return 0;
}

3.2 枚举的优点

为什么使用枚举?

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

3.3 枚举的使用

注意事项:

① 默认从0开始,依次递增1。(可赋初值,上面赋值如果下面不赋,随上一个赋的值 +1 )

② 枚举常量是不能改变的。 (MALE = 3 error!)

 
#include <stdio.h>
enum Color//颜色
{
    // 枚举常量
    RED = 3,// 赋初值为3
    GREEN,// 不赋初值,默认随上一个枚举常量,+1为4
    BLUE// +1为5
};
int main(void)
{
    enum Sex s = RED;
    printf("%d\n", RED);//3
    // RED= 3 error  不可修改
    printf("%d\n", GREEN);//4
    printf("%d\n", BLUE);//5
    return 0;
}

③ 枚举常量虽然是不能改变的,但是通过枚举常量创造出来的变量是可以改变的

 
#include <stdio.h>
enum Color
{
    // 枚举常量
    RED,
    YEELOW,
    BULE
};
int main(void)
{
    enum Color c = BULE; // 我们创建一个变量c,并将BULE赋给它
    printf("%d\n", c);//2
    printf("%d\n", BULE);//2
    c = YEELOW; // 这时将YEELOW赋给它,完全没有问题
    //BULE = 6; // error!枚举常量是不能改变的
    printf("%d\n", c);//1
    return 0;
}

3.4实际运用演示(计算器)

之前在实现计算器的时候是这么写代码的:(仅演示部分代码)

 
#include <stdio.h>
void menu()
{
    printf("*****************************\n");
    printf("**    1. add     2. sub    **\n");
    printf("**    3. mul     4. div    **\n");
    printf("**         0. exit         **\n");
    printf("*****************************\n");
}
int main()
{
    int input = 0;
    do
    {
        menu();
        printf("请选择:> ");
        scanf("%d", &input);
        switch(input)
        {
        case 1: // 替换后就好多了,代码的可读性大大增加
            printf("+\n");
            break;
        case 2:
            printf("-\n");
            break;
        case 3:
            printf("*\n");
            break;
        case 4:
            printf("/\n");
            break;
        case 0:
            printf("退出程序\n");
            break;
        default:
            printf("选择错误,重新选择\n");
            break;
        }
    } while (input);
    return 0;
}

阅读代码的时候如果不看上面的 menu,是很难知道 case 中的 12340 分别是什么的。1 为什么是加?2 为什么是减?看到数字的时候联想不到它的到底是干什么的。

为了提高代码的可读性,我们可以使用枚举来解决:

 
#include <stdio.h>
void menu()
{
    printf("*****************************\n");
    printf("**    1. add     2. sub    **\n");
    printf("**    3. mul     4. div    **\n");
    printf("**         0. exit         **\n");
    printf("*****************************\n");
}
enum Option
{
    EXIT, // 0
    ADD,  // 1
    SUB,  // 2
    MUL,  // 3
    DIV,  // 4
};
int main()
{
    int input = 0;
    do
    {
        menu();
        printf("请选择:> ");
        scanf("%d", &input);
        switch(input)
        {
        case ADD: // 替换后就好多了,代码的可读性大大增加
            printf("+\n");
            break;
        case SUB:
            printf("-\n");
            break;
        case MUL:
            printf("*\n");
            break;
        case DIV:
            printf("/\n");
            break;
        case EXIT:
            printf("退出程序\n");
            break;
        default:
            printf("选择错误,重新选择\n");
            break;
        }
    } while (input);
    return 0;
}

4. 联合体(union)(共用体)

4.1 联合类型的定义

联合也是一种特殊的自定义类型

可以在相同的内存位置存储不同的数据类型。

可以定义一个带有多成员的联合体,但是任何时候只能有一个成员带有值。

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)。

比如

 
#include <stdio.h>
union Un
{
    char c; // 1
    int i; // 4
};
int main()
{
    union Un u; // 创建一个联合体变量
    printf("%d\n", sizeof(u)); // 计算联合体变量的大小 打印出了4
    return 0;
}

为什么是4个字节呢?来试着观察下它的内存:

 
#include <stdio.h>
union Un
{
    char c; // 1
    int i; // 4
};
int main()
{
    union Un u;
    printf("%p\n", &u);
    printf("%p\n", &(u.c));
    printf("%p\n", &(u.i));   //发现三个输出的地址都是一样的
    return 0;
}

运行结果如下:

//发现三个输出的地址都是一样的


结论:联合体的成员是共用同一块内存空间的。因为联合至少要有保存最大的那个成员的能力,

所以一个联合变量的大小至少是最大成员的大小。

4.2联合体的初始化

 
#include <stdio.h>
union Un
{
    char c; // 1
    int i; // 4
};
int main()
{
    union Un u = {10};
    return 0;
}

调试:打开监视后,我们可以看到 i 和 c 是是共用一个10的:

如果想在每个成员里放上独立的值呢?

 
#include <stdio.h>
union Un
{
    char c; // 1
    int i; // 4
};
int main()
{
    union Un u = {10}; 
    u.i = 1000;   
    u.c = 100;
    return 0;
}

观察调试过程:

结论:在同一时间内你只可以使用联合体中的一个成员。

C语言进阶⑮(自定义类型)(结构体+枚举+联合体)(结构体实现位段)(下):https://developer.aliyun.com/article/1513102

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