| 文档版本 | 更新时间 | 更新内容 |
|---|---|---|
| v1.0 | 2020-09-14 | 初稿完成 |
文章目录
一、typedef关键词
typedef用来给数据类型起别名，用法如下：
typedef <已有数据类型> <新名称>;
比如：
typedef unsingned char uint8_t;
typedef unsingned int uint16_t;
二、结构体（重点）
1. 为什么需要结构体
为了表示一些复杂的事物，普通数据类型无法满足要求。
2. 什么是结构体
把一些基本数据类型组合在一起而形成的一个新的数据类型，叫做结构体。
3. 如何定义结构体
定义结构体有四种方法：
① 只定义数据类型，不定义变量：
struct student_st {
char name[20]; /* 学生名称 */
char sex; /* 学生性别 */
float score; /* 学生成绩 */
};
② 定义数据类型，同时定义一个变量：
struct student_st {
char name[20]; /* 学生名称 */
char sex; /* 学生性别 */
float score; /* 学生成绩 */
} st1;
③ 定义数据类型，同时定义一个变量，但结构体类型匿名：
struct {
char name[20]; /* 学生名称 */
char sex; /* 学生性别 */
float score; /* 学生成绩 */
} st1;
④ 定义数据类型，不定义变量，同时为新的类型起个别名（多用）：
typedef struct student_st {
char name[20]; /* 学生名称 */
char sex; /* 学生性别 */
float score; /* 学生成绩 */
} student_t;
4. 如何使用结构体
4.1. 赋值和初始化
结构体变量只能在定义的同时赋初值：
student_t st1 = {
"mculover666", 'M', 66.6};
一旦定义完成，将无法整体赋值，只能单个赋值。
4.2. 访问每个成员
访问结构体中的成员有两种方法：
- 通过结构体变量访问其中的成员；
- 通过指向结构体变量的指针访问其中的成员；
① 通过结构体变量访问：
printf("name:%s sex:%c score:%.1f\r\n", st1.name, st1.sex, st1.score);
② 通过指向结构体变量的指针访问：
student_t* st_ptr = &st1;
printf("name:%s sex:%c score:%.1f\r\n", st_ptr->name, st_ptr->sex, st_ptr->score);
4.3. 结构体变量的运算
结构体变量之间不能相加、相减、也不能相互乘除，但是结构体变量之间可以相互赋值。
student_t st1 = {
"mculover666", 'M', 66.6};
student_t st2;
st2 = st1;
printf("name:%s sex:%c score:%.1f\r\n", st2.name, st2.sex, st2.score);
4.4. 结构体作为函数传递问题
如果要将结构体作为函数参数传递，两种方法如下：
- 直接传递结构体变量：栈的开销大，而且函数中无法做到对结构体的修改；
- 直接传递结构体指针：只是四个字节（或者8个字节）的指针，并且函数中可以对结构体修改。
5. 结构体内存对齐问题（面试常考）
5.1. 问题描述
执行如下代码：
printf("%d + %d + %d = %d", sizeof(st1.name), sizeof(st1.sex), sizeof(st1.score), sizeof(st1));
运行结果为：
20 + 1 + 4 = 28
很神奇，结构体不应该占用25个字节吗？为什么会是28个字节？
将st1每个成员的地址打印出来便知：
printf("st1: %p\nst1.name: %p\nst1.sex: %p\nst1.score:%p\n", &st1, &st1.name, &st1.sex, &st1.score);
打印结果为：
st1: 000000000061FDF0
st1.name: 000000000061FDF0
st1.sex: 000000000061FE04
st1.score:000000000061FE08
不难发现，sex变量是char类型，本来应该占用 1 个字节，实际却占用了 4 个字节！
5.2. 问题原因
编译器给结构体中的变量分配空间时有内存对齐规则：
① 结构体变量的起始地址能够被其最宽的成员大小整除；
② 结构体每个成员相对于起始地址的偏移，能够被其自身大小整除，如果不能，则在前一个成员后面补充空白字节；
③ 结构体总体大小能够被最宽的成员的大小整除，否则将在后面补充空白字节。
5.3. 问题分析
第2个成员sex是char类型，只占用一个字节，所以当后面的成员score定义时，其自身大小是4，结果发现000000000061FE04+1不能满足对齐规则，所以补充空白字节，使前面有20+4=24个字节才行，地址变为000000000061FE08。
如果我们手动补充上这些空白字节，则整个结构体大小还会是28个字节。
typedef struct student_st {
char name[20]; /* 学生名称 */
char sex; /* 学生性别 */
char reserve_bytes[3]; /* 保留字节 */
float score; /* 学生成绩 */
} student_t;
6. 结构体数组
6.1. 静态数组
student_t st[100];
6.2. 动态数组
#define STUDENT_NUM 100
/* 申请动态内存 */
student_t* st_ptr = (student_t *)malloc(STUDENT_NUM * sizeof(student_t));
/* 使用... */
/* 使用完毕之后释放 */
free(st_ptr);
st_ptr = NULL;
三、枚举体
1. 什么是枚举体
枚举体是将一个类型的变量所有可能的值都罗列出来，并且此类型变量不能赋其它值。
2. 如何定义枚举体
上述结构体中有一个成员是sex（性别），适合使用枚举体。
定义枚举体方法有二。
① 只定义枚举类型：
enum student_sex_en {
MALE = 'M',
FAMALE = 'F',
};
② 定义枚举类型的同时，起个新名字，方便使用：
typedef enum student_sex_en {
MALE = 'M',
FAMALE = 'F',
} student_sex_t;
3. 如何使用枚举体
首先优化之前我们定义的结构体：
typedef struct student_st {
char name[20]; /* 学生名称 */
student_sex_t sex; /* 学生性别 */
char reserve_bytes[3]; /* 保留字节 */
float score; /* 学生成绩 */
} student_t;
接着在给sex变量赋值的时候使用：
student_t st1 = {
"mculover666", MALE, 66.6};
四. 共用体
1. 什么叫做共用体
共用体就是多个变量共用同一段内存空间，共用体的大小是最大变量占用的内存空间。
2. 为什么需要共用体
最典型的一个用法就是：结构体无差异化遍历。
比如现在有一个结构体：
typedef struct num_st {
int a;
int b;
int c;
int d;
} num_t;
使用情况如下：
- 赋值时要求能在一个循环中遍历赋值，忽略成员的名字不同，这就叫做无差异化遍历；
- 使用时要求能按照成员名字访问；
显然，第一个需求适合使用数组，第二个需求适合使用结构体，所以就使用共用体：让数组和结构体共用同一个内存空间。
3. 如何定义共用体
按照上述需求定义共用体，并起个新名字，这个共用体占用的空间为4个int的大小：
typedef union num_un {
num_t num;
int n[4];
} num_u;
4. 如何使用共用体
在赋值时按照数组来用，直接循环遍历，满足第一个需求：
num_u num1;
for (int i = 0; i < 4; i++) {
num1.n[i] = i;
}
在访问数据时按照结构体来用，按照名字取值，满足第二个需求：
printf("a = %d, b = %d, c = %d, d = %d\r\n", num1.num.a, num1.num.b, num1.num.c, num1.num.d);
最终运行结果为：
a = 0, b = 1, c = 2, d = 3