【C语言】自定义类型（结构体、枚举、联合的详解）下

写在前面

书接上回：【C语言】自定义类型（结构体、枚举、联合的详解）上
在上中，不才独篇撰写了结构体的具体细节，本篇笔记主要是把剩下的自定义类型全部展示。

文章目录

写在前面
二、位段
三、枚举
四、联合（共用体）
- 4.1联合类型的定义
- 4.2、联合大小的计算

二、位段

位段的定义方式和结构体相差无几，但是有几处不同

位段成员可以根据程序猿的需要来自定义位段成员的大小。
位段的成员必须是int、unsigned int 或signed int
位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
位段的成员名后边的数字，代表着这个成员占用多少个比特位。

2.1、位段的定义

举个栗子：

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

位段的类型成员为了与结构体成员等自定义类型成员有所区分，所以在位段成员前面增加下划线来表示此变量为位段成员。
_a成员后面的数组代表着：占用struct A位段空间中的2个比特位。
_b成员后面的数组代表着：占用struct A位段空间中的5个比特位。
_c成员后面的数组代表着：占用struct A位段空间中的10个比特位。
_d成员后面的数组代表着：占用struct A位段空间中的30个比特位。

2.2、位段占用空间的计算

位段的空间占用情况是C语言标准未定义的，所以注重移植性的程序应该谨慎使用位段

本次测试的环境是VS2013 x86环境
我们先使用sizeof操作符计算上面栗子中struct A的大小
在这里插入图片描述
结果为8，即占用了64个比特位，但是我们在struct A中我们只定义了47个比特位，为什么为造成在内存中申请了64个比特位呢，我们需要知道位段的内存分配。

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。根据位段内部定义的类型来开辟。.但是类型空间内部的使用顺序是C语言标志未定义的，在前个字节中，剩下未使用的比特位是否使用也是C语言标准未定义的
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。

注意：每个平台对位段的处理可能都不一样，就连VS2013和VS2022都是不相同的。
vs2022是不忽略前面空出的比特位的。

根据上面内存分配的定义，目前使用VS2013环境

struct A中的成员变量是int类型，所以在内存中首先开辟4个字节，在位段中，我们是先使用地址的字节后使用高地址的字节的。在比特位中，也是先使用低位再使用高位，那_a先占用2个比特位，_b再占用5个比特位。如下图
此时，_a与_b都已在内存中找到合适的位置存储，接下到_c占用空间，在第一个字节中，还剩下一个比特位没有被占用，但是为了更高的效率，我们是不使用那个字节的。
浪费一个字节往高地址的空白字节中占用比特位，在第二个字节中，只有8个比特位，不足存放10个比特位，就继续向后寻找，直到有足够的比特位。如下图

-此时，_a、_b与_c 都已在内存中找到合适的位置存储，接下到_d占用空间但是_d需要30个比特位，卸载只剩下8个可以用比特位，就需要继续开辟四个字节，如下图在这里插入图片描述

在开辟4个字节后，存放_d成员后，得到下图。

在得到了每个成员变量占用对应的位置后，我们就开始赋值操作。在内存中是以二进制进行存储的，所以我们需要把所有的10进制数字先转为二进制数组。如下图在这里插入图片描述

因为_a只能存储2个比特位，所以会发生截断，只能保存最低位的2个比特位。如下图
在这里插入图片描述

随后_b的值存入内存，即12的二进制为：1100。_b可以存放5个字节，即可以全部存入。如下图
在这里插入图片描述

_c的值存入内存，即20的二进制为：0001 0100。_c可以存放20个字节，即可以全部存入。如下图在这里插入图片描述

同理，_d的值存入内存可得下图：在这里插入图片描述

整理上图，我们可以得到struct A内存的具体值：在这里插入图片描述

为了验证我们上面的准确性，我们把得到的值翻译成16进制后，与程序对比来验证准确性。

0110 0010 => 32
0000 0000 => 00
0001 0100 => 14
0000 0000 => 00
0000 1111 => 0F
0110 0011 => 63
1110 0011 => E3
0000 0000 => 00

2.3、位段的跨平台问题

int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
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。
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。
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。

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。

2.4、位段的应用

位段一般使用在网络传输中，在网络传输层中，需要存储大量的表示（如下图），如果每个表示都使用int类型来编写，每个类型都占用4个字节就会导致大量的无用字节占用通道，导致效率下降，我们使用位段就可以完美解决这个问题。
在这里插入图片描述

三、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

3.1、枚举类型的定义

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

枚举标识符enum，Day是枚举标签，与结构体相似
枚举成员称为：枚举常量。每个枚举常量之间需要使用逗号,分隔，不能使用分号
每个枚举创建大括号后都需要加上分号
枚举类型是： 枚举标识符 + 枚举标签。上面例子中的枚举类型为：enum Day。
每个枚举常量都是默认有值的，默认从0开始，依次递增1，也可以在初始化时候赋初值。
枚举常量是常量，不能在程序运行时被赋值和修改本身。只能在初始化时候赋初值（如下），赋初值只能是整形常量表达式。

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

在enum Color枚举中：

RED枚举常量赋了初值为：1
GREEN枚举常量赋了初值为：2
BULE枚举常量赋了初值为：4
yellow没有赋初值，则递增1，即为：5

3.2枚举的使用

enum Color//颜色
{
	RED = 1,
	GREEN = 2,
	BLUE = 4,
	yellow
};
int main() {
	enum Color clr1 = 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。
	enum Color clr2 = yellow;
	printf("GREEN = %d\n", clr1);
	printf("yellow = %d\n", clr2);
	int n1 = (int)GREEN;
	printf("n1 = %d\n", n1);
	return 0;
}

若修改枚举常量则会报错
在这里插入图片描述

enum Color//颜色
{
	RED = 1,
	GREEN = 2,
	BLUE = 4,
	yellow
};
int main() {
	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;
	printf("%d ", clr);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

3.3、枚举的优点

枚举的优点：

增加代码的可读性和可维护性
和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。
防止了命名污染（封装）
便于调试
使用方便，一次可以定义多个常量

四、联合（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：

//联合类型的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};
int main() {
	//联合变量的定义
	union Un un;
	//计算连个变量的大小
	printf("%d\n", sizeof(un));
	return 0;
}

计算出的大小是4个字节，说明在联合类型中我们虽然同时有char类型和int类型，但是这两个类型在空间中只占用最大类型的空间，内存分布图如下图：
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）。

我们打印地址证明内存图正确（上图）

union Un
{
	int i;
	char c;
};
int main() {

	union Un un;
	// 下面输出的结果是一样的吗？
	printf("%d\n", &(un.i));
	printf("%d\n", &(un.c));
	return 0;
}

程序运行结果为：
在这里插入图片描述
说明在内存中联合的存储就为不才画的内存图。

4.2、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。
对齐数的计算方法与结构体相同

union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};
union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};
int main() {
	//下面输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));
	return 0;
}

结果为：
在这里插入图片描述
内存草图为：

此时，我们可以利用联合体的特性，来判断当前程序是大端存储还是小段存储。

union Un
{
	int i;
	char c;
};
int main() {
	union Un un1;
	un1.i = 0x1;
	printf("%c", un1.c);
	if (un1.c == 0x01) {
		printf("小端\n");
	}
	else {
		printf("大端\n");

	}
	return 0;
}

结果为：小端
在这里插入图片描述

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