【C入门】11、自定义数据类型

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bryson
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    Summary

    1）typedef并不是创建了一个新类型，而是给一个已有类型创建了一个新的名字

    2）typedef主要用来简化类型名和统一定义变量的方式（重命名函数和数组）

    3）struct用于自定义新类型，能够将不同数据类型的变量组成一个集合。struct创建新类型是一条合法的语句，因此要以分号;结束，里面的每个定义变量的语句，也都是以分号;结束。

    4）stuct结构体类型可以先声明再定义（声明只是告诉编译器结构体类型的新名字是什么，所以不定义也可以）。
    如果只是前置类型声明，但是还没有定义，这时候只能定义指针（因为在定义变量的时候需要分配内存，只有类型无法确定变量大小；但可以定义指针，因为指针固定大小4字节或8字节）。

    5）struct结构体类型可以省略类型名，匿名结构体。两个匿名结构体的类型即使看起来一样，但仍然是不同的两个结构体类型。

    6）struct结构体变量的本质是变量的集合，里面的成员占用独立的内存。

    7）union联合体也是C语言中用于自定义类型的一个关键字，用法和struct很像。union与struct的不同之处在于：

    • 不管union XX{}; 中有几个变量，所有的成员都共享一段内存，所有成员的起始地址都是相同的
    • union XX{}; 占用的内存大小取决于成员的最大类型
    • union XX{}; 类型的变量只能以第一个成员类型的有效值进行初始化
    • 当取不同联合体里不同变量的值时，要以相应的类型去解读这一段内存

    8）小端系统：低地址内存存储低位数据；大端系统：低地址处存储高位数据；
    union联合体可以用于判断系统的大小端：

    int isLittleEndian()
{
   union 
   {
       int i;
       char c;
   } test = {0};
   
   test.i = 1;   // 如果是小端系统，低地址就存低位数据，1就会存在低地址处
   
   return (test.c == 1);  // c只占一个字节，从低地址处取一个字节，应该得到1
}

    9）enum是C语言中的自定义类型关键字，能够定义整形常量的集合类型。特点：第一个枚举常量的默认值为0；可以对任意枚举常量指定值（只能指定为整形）；后续常量的值默认在前一个值的基础上+1；
    enum类型的变量的本质仍然是一个整形变量。所以enum类型变量的大小为4。
    C语言中可以用任意一个整形值去初始化枚举变量（在C++中就必须用枚举值进行初始化，强类型）

    10）现代程序设计中，内存使用的最小单元是字节；有一些特定场合，可以将比特位作为最小单元使用内存：位域能够指定成员变量占用内存的比特位宽度

    11）深入位域：位域的本质仍然是一个结构体类型

    • 位域成员必须是整型，默认情况下成员依次排列

      struct Bits1
{
  int a : 16;
  short b : 8;
  char c : 8;
  // float f : 16;  // error, bit-field ‘f’ has invalid type'位域的成员必须是整型！'
  float f;  // 如果不使用 : 指定位域宽度，那么f就是一个合法的结构体成员
};
sizeof(Bits1) = 8; // a:2, b:1, c:1, f:4

    • 位域成员占用的位数不能超过类型宽度

      struct Bits2
{
  char c : 16;  // error: width of ‘c’ exceeds its type
};

    • 当存储位不足时，自动启用新单元

      struct Bits3
{
  char a : 7;
  char b : 6;
};
sizeof(Bits3) = 2; // a占一个字节，b在a的字节里放不下了，只能用新的一个字节

// 如果Bit3中再加一个char c；
char c : 2;  // 此时Bit3大小为2；因为c可以放到b所在的那个字节
char c : 3;  // 此时Bit3大小为3；因为c放到b所在的字节超出了，须启用新单元

    • 可以使用位域宽度0来表示舍弃前面未使用的位，新启用一个字节

      struct Bits4
{
  char a : 7;
  char   : 0;  // 舍弃前面未使用的位
  char b : 1;
};
sizeof(Bits4) = 2; // 中间的'char : 0'表示舍弃了a所在单元中剩下的位，在启用新的一个字节，所以大小为2；

// 如果去除中间的'char : 0'，则大小为1

// 如果Bit3中再加一个char c；
char c : 2;  // 此时Bit3大小为2；因为c可以放到b所在的那个字节
char c : 3;  // 此时Bit3大小为3；因为c放到b所在的字节超出了，须启用新单元

    1、typedef

    问题：C语言中并没有提供字节类型，如果我们需要一个字节类型该怎么办？

    类型命名关键字（typedef）

    • C语言中可以对类型赋予新名字

    • 语法：typedef Type NewTypeName;

      • 注意：typedef并没有创建新类型，只是创建了类型别名

        typedef unsigned char byte;

byte b = 128;
char c = 128;

    typedef的应用：

    • typedef常用语简化类型名，如

      typedef unsigned char uint8;
typedef int int32;
typedef unsigned long long uint64;
...

    • typedef常用于定义类型名，能够以统一的方式创建变量（Type var; 如以ArrName arr;的形式来定义数组）

      typedef float(FArr5)[5];         // FArr5是一个数组类型：元素个数为5，元素类型是float
typedef int(IFuncII)(int, int);  // IFuncII是一个函数类型：返回值是int，参数列表是(int, int)

float _gArr[5] = {0};

int add(int a, int b) {return a +b; }

FArr5* pa = &_gArr;   // 定义数组指针
IFuncII* pf = add;    // 定义函数指针

int i = 0;
for(i = 0; i<5; i++)
  printf("%f\n", (*pa)[i]);  // 使用数组指针访问数组
  
printf("%d\n", pf(i, i+1));  // 使用函数指针调用函数

    2、struct

    问题：C语言中是否可以创建不同数据类型变量的有序集合？

    2.1 结构体

    • struct是C语言中自定义类型的关键字

    • struct能够定义不同数据类型变量的集合类型

      • 语法

        struct TypeName
{
   Type1 var1;
   Type2 var2;
   ...
};

    语法示例：

    struct Student
{
    char name[20];
    int id;
    short major;
};

struct Student s1 = {"Zhangsan", 908, 1};   // 结构体变量初始化列表

printf("s1.name = %s\n", s1.name);
printf("s1.id = %d\n", s1.id);
printf("s1.major= %d\n", s1.major);

    深入struct结构体类型

    • struct结构体变量的本质是变量的集合
    • struct结构体变量中的成员占用独立的内存
    • struct结构体类型可以用typedef赋予新类型名
    • 可以定义struct结构体类型的指针，并指向对应类型的变量
    typedef struct Student Stu;   // 1）struct Student还没有定义，就在前面定义新名字合理么？

struct Student
{
    char name[20];
    int id;
    short major;
};

// main
Stu s = {{0}};     // 2)这种初始化方式可以么？
Stu* ps = &s;

strcpy(ps->name, "Lisi");
ps->id = 1;
ps->major = 825;

// 释疑
// 1)typedef struct Student Stu;只时一个声明，仅仅是声明struct Student这个类型可以用Stu来表示，所以不需要struct Student类型已经定义了
// 2)Stu s = {{0}};其实等价于Stu s = {{0}, 0, 0}。第一个成员用{0}初始化，后面没给的都用0初始化，类似于数组的初始化。字符串的本质是一个字符数组，所以可以用数组初始化的方式，用{0}初始化name。

    struct可以定义无名结构体类型：

    struct
{
    char name[20];
    int id;
} noname;

    下面的代码是否正确？

    struct { int a, b; } v1;
struct { int a, b; } v2; 
struct { int a, b; }* pv;

v1.a = 1;  v1.b = 2;

v2 = v1;
pv = &v2;

    这段代码在gcc编译时就会报错！

    v2 = v1;  // error: 'incompatible types' when assigning to type 'struct <anonymous>' from type 'struct <anonymous>'
pv = &v2; // warning: assignment from 'incompatible pointer type'

    编译器的报错指出，v1 v2 *pv都是不同的结构体类型，不能直接进行相互赋值。说明虽然v1和v2这两个匿名结构体看起来类型是一样的，存的变量也都一样，但实际上是不同的类型！

    2.2 位域

    在现代程序中，内存使用的最小单位为字节；在一些特定场合，可以将比特位作为最小单位使用内存；结构体能够指定变量占用内存的比特位宽度（位域）

    • 位域示例

      struct BW
{
  unsigned char a : 4;  // a占用一个字节的4位宽度
  unsigned char b : 2;  // b占用一个字节的2位宽度
  unsigned char c : 2;  // c占用一个字节的2位宽度
};

struct BW bw;

bw.a = 15; bw.b = 1; bw.c = 3;

printf("sizeof(struct BW) = %d\n", sizeof(bw));  // 输出1

    深入位域：

    • 位域成员必须是整型，默认情况下成员依次排列

      struct Bits1
{
  int a : 16;
  short b : 8;
  char c : 8;
  // float f : 16;  // error, bit-field ‘f’ has invalid type'位域的成员必须是整型！'
  float f;  // 如果不使用 : 指定位域宽度，那么f就是一个合法的结构体成员
};
sizeof(Bits1) = 8; // a:2, b:1, c:1, f:4

    • 位域成员占用的位数不能超过类型宽度

      struct Bits2
{
  char c : 16;  // error: width of ‘c’ exceeds its type
};

    • 当存储位不足时，自动启用新单元

      struct Bits3
{
  char a : 7;
  char b : 6;
};
sizeof(Bits3) = 2; // a占一个字节，b在a的字节里放不下了，只能用新的一个字节

// 如果Bit3中再加一个char c；
char c : 2;  // 此时Bit3大小为2；因为c可以放到b所在的那个字节
char c : 3;  // 此时Bit3大小为3；因为c放到b所在的字节超出了，须启用新单元

    • 可以使用位域宽度0来表示舍弃前面未使用的位，新启用一个字节

      struct Bits4
{
  char a : 7;
  char   : 0;  // 舍弃前面未使用的位
  char b : 1;
};
sizeof(Bits4) = 2; // 中间的'char : 0'表示舍弃了a所在单元中剩下的位，在启用新的一个字节，所以大小为2；

// 如果去除中间的'char : 0'，则大小为1

// 如果Bit3中再加一个char c；
char c : 2;  // 此时Bit3大小为2；因为c可以放到b所在的那个字节
char c : 3;  // 此时Bit3大小为3；因为c放到b所在的字节超出了，须启用新单元

    3、union

    联合体 union

    • union是C语言中的自定义类型关键字
    • union是struct的兄弟关键字，用法上非常相似

    • 语法：

      union TypeName
{
  Type1 var1;
  Type2 var2;
  ...
};

    union与struct的不同:

    • union类型所有成员共享一段内存（所有成员起始地址相同）
    • union类型的大小取决于成员的最大类型
    • union类型的变量只能以第一个成员类型的有效值进行初始化

    union使用示例：

    union Test
{
    int a;
    float f;
};

union Test t = {10};  // '只能以第一个成员类型的有效值进行初始化'

printf("sizeof(union Test) = %d\n", sizeof(t));  // 4, '大小取决于成员的最大类型'
printf("&t.a = %p\n", &t.a);  // 0xbfb21f78 
printf("&t.f = %p\n", &t.f);  // 0xbfb21f78, '共享一段内存' '所有成员起始地址相同'

printf("t.a = %d\n", t.a);    // 10, 
printf("t.f = %f\n", t.f);    // 0.000000, 以浮点数类型去解读这个内存，自然不是预期的(浮点数在内存中的表示方式和整形不一样，详见C进阶)

t.f = 987654321.0f;
printf("t.a = %d\n", t.a);    // 1315666339，同上，以整形的方式去解读一个表示浮点数的内存，自然不是预期的 
printf("t.f = %f\n", t.f);    // 987654336.000000，'浮点数在内存中的表示本就是不精确的'，所以也不是预期的完全一致的（详见C进阶）

    4、enum

    C语言中的枚举类型 enum

    • enum是C语言中的自定义类型关键字
    • enum能够定义整形常量的集合类型

    • 语法：

      enum TypeName
{
  IntConst1,
  IntConst2,
  ...
};

    enum注意事项：

    • 第一个枚举常量的默认值为0
    • 后续的常量值在前一个常量值的基础上加1

    • 可以对任意枚举常量指定整型值（只能指定整型值）

      enum Day{MON = 1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN};
enum Season{Spring, Summer = 3, Autumn, Winter = -1};

    本文总结自“狄泰软件学院”唐佐林老师《C语言入门课程》。
    如有错漏之处，恳请指正。

    c
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