第14章 结构体、共用体、枚举和typedef

14.4.3 字节对齐
• 出于效率的考虑，C语言引入了字节对齐机制，一 般来说，不同的编译器字节对齐机制有所不同， 但还是有以下3条通用准则： • （1）结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型 成员的大小所整除； • （2）结构体每个成员相对于结构体首地址的偏移 量（offset）都是成员大小的整数倍，如有需要 编译器会在成员之间加上填充字节（internal adding）； • （3）结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员 大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一个成 员之后加上填充字节（trailing padding）。
14.1 什么是结构体
• 仍以人为例来介绍，要管理姓名、单位、Email地 址、联系电话等信息，现实生活中，很多人采用 名片的形式，将这些信息印在一张卡片上。收集 的一张张名片大大方便了数据的管理，将这种理 念借鉴到C语言程序设计中，是否有类似于名片的 那么一种变量呢？ • 有，答案就是“结构体变量”，是一种复合变量， 在进一步说明结构体变量前，先来看“结构体” 的概念，结构体和结构体变量的关系类似与类型 与普通变量的关系，结构体中说明了结构体变量 的信息格式，而结构体变量是结构体的实例。
14.4 结构体和共用体的内存差异
• 结构体变量和共用体变量是两种复合类型的变量， 对C语言内置的基本数据类型，我们都明确知道其 占用的内存空间大小，但结构体变量和共用体变 量占据多大的内存空间呢？两种变量在内存中的 表示形式有何差别？这是本节讨论的问题。
14.4.1 结构体变量和共用体变量内存形式的不同
14.4.4 最宽基本类型
• 字节对齐第3条准则提及最宽基本类型的概念，所谓基本类型是指像char、short、 int、float、double这样的内置数据类型。“数据宽度”就是指其sizeof的大小。诸 如结构体、共用体和数组等都不是基本数据类型，来看一段示例：
14.4.5 共用体的大小
14.2 特殊结构体
• 上一节中讨论的person结构相对简单，只包含了3 个数据成员：name、age和email，如果面对的是 更为复杂的结构，将所有的数据成员并排似乎不 是个高效的方法，那能否使用结构体嵌套，一层 层管理数据呢？
14.2.1 结构体嵌套
• • • • • 顾名思义，结构体嵌套就是“结构体套结构体”，某个结构的数据成员也是一个结构 体变量，这样，可以按层次结构合理组织数据，举例来说： struct student { char name[20]; struct scorestruct /*结构体scorestruct的定义 */ { int math; int English; }score; /*声明结构体变量 score*/ struct infostruct /*结构体 infostruct的定义*/ { float height; float weight; }info; /*声明结构体变量 info*/ };
14.3.4 共用体变量的初始化
• 在声明一个共用体比昂两的同时，可以完成其初始化，与 结构变量的初始化不同的是，只能对共用体变量列表中的 一个变量进行初始化，对前面定义的共用体computerInfo 来说，下列语句是合法的： • computerInfo com1={"Asus X80"}; • computerInfo com1={6000}; • 与结构类似，可以把共用体定义、共用体变量声明及其初 始化放在一起，如： • union computerInfo /*定义一个 共用体computerInfo*/ • { • char typeid[20]; • float price; • }comp1={" Asus X80"};
14.3.3 声明共用体变量
• 和结构体的使用方式一样，定义了共用体后，共 用体名可以看成是一种类型，用其可声明共用体 变量，基本格式为： • union 共用体名 共用体变量; • 在定义共用体的同时也可以完成一个或多个共用 体变量的声明，举例来说： • union computerInfo /* 定义一个共用体computerInfo*/ • { • char typeid[20]; • float price; • }comp1, comp2;
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14.2.2 匿名结构体
• C语言允许定义匿名结构，所谓匿名结构，就是不指定结构 体的名称，但一定要在结构体定义的同时声明至少一个结 构体变量，否则，这种用法没有意义，如： • struct • { • char name[20]; • int age; • }wangwu, lisi; • 这样便声明创建了两个结构体变量wangwu和lisi，可以通 过诸如“”等形式来访问其成员，但这种类型 没有名称，因此无法在以后的程序中声明这种类型的变量。
14.3.2 共用体的定义
• • • • • • • • • • • • • 共用体可采用如下形式定义： union 共用体名称（或称标识） { 存储数据列表（或称成员变量列表） }； 注意，结束花括号后的分号（};）不要遗漏，这种定义形式是一个完整的 C++语句。 举例来说： union computerInfo /*定义一个共用 体computerInfo*/ { char typeid[20]; float price; }; 某个部门要登记所有的电脑，如果是品牌机，就登记型号（typeid），如 果是组装机，就登记价格（price），因此，型号和价格只取其一，这时 使用共用体最为合适。
• 前面以及提到，编译器会为结构体变量中的每个数据成员 分配不同的地址空间，也就是说，结构体变量中的数据程 序是并列关系，而编译器为共用体变量中的数据成员分配 的是同一块内存，每个时刻只有一个数据成员有意义，从 地址的角度来看两者的差异，形象地表明了这一点。
14.4.2 结构体变量的内存大小
• 直观上理解，结构体变量占据的内存单元的个数应当是其内部所 有数据成员占据内存单元数的和，但实际情况却并非如此，来看 一段：
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14.1.3 初始化结构变量
• 在声明结构变量的同时，可以进行变量的初始化，对结构 体中每个数据初始化，用逗号隔开，并用花括号包裹起来， 举例来看： • struct person zangsan={“Zang San”, 24, “zs@”}; • 还可以将结构体定义，结构体变量声明和初始化放在一起 来完成，如： • struct person • { • char name[20]; • int age; • char email[50]; • }zangsan={“Zang San”, 24, “zs@”}， *pzs=&zangsan;
•
14.1.5 结构体定义的位置
• 读者可以做个有趣的尝试：将中结构体定义的部分转移到 main函数的后面，重新编译运行，会发生什么？ • 编译器会报一大堆的错误，正如“使用变量前必须先对其 声明”一样，在使用结构体类型声明结构体变量之前，必 须要先进行结构体的定义，编译器据此才知道如何为结构 体中的数据成员分配内存空间，才能声明结构体变量。 • 除了如的定义方式外，结构体还可以定义在函数（包括 main函数）中，两种定义方式的区别在于结构体可见域不 同，如果定义在函数外，从定义处到本文件结束，结构体 都可见，可用结构体声明结构体变量，但如果定义在特定 函数中，只有定义处到该函数结束，结构体可见，如果在 函数外使用结构体声明结构体变量，可能会引发错误。 • 一种推荐的写法是将结构体定义在头文件中，只要某文件A 包含了此头文件，便可在A中自由声明结构体变量。
14.3 共用体
• 共用体也是一种特殊的数据组织方式，C语言使用 关键字union来定义一个共用体结构，所以，在某 些书籍中也将共用体称为“联合”。和结构体类 似，共用体的使用也分为“共用体的定义”、 “共用体变量的声明、初始化和使用”两大部分。
14.3.1 什么是共用体
• 和结构一样，共用体也是由数据成员组成的，但 在结构中，编译器为每个数据成员都分配内存地 址空间，但对共用体来说，所有的数据成员共用 一块内存，这个“共用”似乎有些费解，理解方 式应当是“在某个确定的时刻，共用体只能表示 一种成员类型体在定义时成员列表中有多少项，在某个确定时刻，共用体变量
只能存储一个成员，来看一个示例：
14.3.6 共用体赋值
• 从本质上理解，共用体实际上是为不同的成员分 配一块共用内存，编译器并不会约束存入这块内 存的值，关键在于程序员如何解析这块内存，如 何使用存入的内容。 • C语言允许共用体变量间的赋值，且无论是结构体 变量的赋值还是共用体变量的赋值，实际上都是 内存单元的照搬复制。
第14章
结构体、共用体、枚举和typedef
• 程序设计中，如何合理组织数据是门大学问，前 面介绍过的数组是种组织数据的方式，但数组只 适用于同类型的数据，如果类型不同又当如何？ 而且，现实中，很多东西都具有不同的属性，以 人为例，像姓名、性别、身高等等都是其属性， 如何合理存储并方便地访问这些信息，是本章介 绍的内容。
14.1.1 结构体的定义
• • • • • • • • • • • • • • 只有定义了一个结构体，才能声明并使用结构体变量，正如，只有确定了 名片上要印什么内容，才能开始印刷名片。结构体的定义就是说明结构体 变量要存储什么信息的过程。 C语言提供了关键字struct来定义一个结构，一般形式的结构定义为： struct 结构名称（或称标识） { 存储数据列表；（或称成员变量列表） }； 注意：在定义结构时，一定不要忘记花括号后的分号，因为结构的定义可 以看成一条完整的C++语句，否则编译器会报错。 举例来说， struct person { char name[20]; int age; char email[50]; };
14.1.2 声明结构体变量