C语言深入了解自定义数据类型的使用

一、自定义数据类型（上）

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 New TypeName;

注意：typedef 并没有创建新类型，只是创建了类型别名

深入 typedef 应用

• typedef 可在函数中定义“局部类型名”
• typedef 常用于简化类型名(如: unsigned long long)
• typedef 定义类型名，能够以统一的方式创建变量(Type var; )

下面看一段代码：

#include <stdio.h>
typedef  unsigned char  byte;
void func()
{
  typedef  byte  uint8;
  uint8 var = 200;
  byte  b   = var;   // 本质为相同类型变量之间的初始化
  printf("sizeof(uint8) = %d\n", sizeof(uint8));
  printf("var = %d\n", var);
  printf("b = %d\n", b);
}
int main()
{
  // uint8 var = 1;   // ERROR
  byte b = 128;
  func();
  printf("sizeof(byte) = %d\n", sizeof(byte));
  printf("b = %d\n", b);
  return 0;
}

​​​​​​下面为输出结果：

​​​​需要注意：本代码中的 byte 和 uint8 为同一个自定义类型，所以它们之间可以相互赋值。

再来看一段代码：

#include <stdio.h>
typedef  float(FArr5)[5];        // 定义数组类型名
typedef  int(IFuncII)(int, int); // 定义函数类型名
typedef  FArr5*    PFArr5;
typedef  IFuncII*  PIFuncII;
float g_arr[5] = {0.1, 0.2, 0.3};
int add(int a, int b)
{
  return a + b;
}
int main()
{
  FArr5* pa = &g_arr;  // float(*)[5]
  IFuncII* pf = add;   // int(*)(int,int)
  PFArr5   npa = pa;
  PIFuncII npf = pf;
  int i = 0;
  for(i=0; i<5; i++)
  {
      printf("%f\n", (*pa)[i]);
      printf("%f\n", (*npa)[i]);
  }
  printf("%d\n", pf(2, 3));
  printf("%d\n", npf(2, 3));
  return 0;
}

下面为输出结果：

这里要特别注意函数指针的用法，可以通过 typedef 使得函数指针的定义简化。

C语言中的结构体（ struct )

• struct 是C语言中的自定义类型关键字
• struct能够定义不同数据类型变量的集合类型

语法：

struct TypeName

{

Type1 var1;

Type2var2;

......;

typeN varn;

};

下面看一段代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Student
{
  char name[20];
  int id;
  short major;
};
int main()
{
  struct Student s1 = {"Autumn", 908, 1};
  struct Student s2 = s1;
  printf("s1.name = %s\n", s1.name);
  printf("s1.id = %d\n", s1.id);
  printf("s1.major = %d\n", s1.major);
  strcpy(s2.name, "Hu");
  s2.id = 909;
  s2.major = 2;
  printf("s2.name = %s\n", s2.name);
  printf("s2.id = %d\n", s2.id);
  printf("s2.major = %d\n", s2.major);
  return 0;
}

下面为输出结果：

小结

• C语言中通过 typedef 关键字对数据类型赋予新名字
• typedef 并不会创建一个全新的数据类型
• struct 是C语言中的自定义类型关键字
• struct 用于创建不同数据类型变量的集合类型

二、自定义数据类型（中）​​​​​

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 结构体类型可用 typedef 赋予新类型名
• 可定义struct 结构体类型的指针，并指向对应类型的变量
• struct 结构体类型可先前置声明，再具体定义
• 前置类型声明只能用于指针定义
• 类型完整定义之后才能进行变量定义
• struct 结构体类型可以省略类型名
• 类型名省略时，每次创建变量必须给出完整结构体定义
• struct 结构体类型可以省略类型名（无名结构体类型)
• 类型名省略时，每次创建变量必须给出完整结构体定义
• 无名结构体类型总是互不相同的类型（互不兼容)

先看第1段代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
typedef  struct Student  Stu;
struct Student
{
  char name[20];
  int id;
  short major;
};
int main()
{
  Stu s;
  Stu* ps = &s;
  strcpy(ps->name, "Autumn");
  ps->id = 1;
  ps->major = 908;
  (*ps).major = 910;   // ==> s.major = 910
  printf("s.name = %s\n", s.name);
  printf("s.id = %d\n", s.id);
  printf("s.major = %d\n", s.major);
  return 0;
}

下面为输出结果：

这里注意结构体变量指针通过 -> 操作符访问成员变量。

再看第2段代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Test;
struct Test* g_pt;    // 只要有了类型声明就可以创建对应的指针变量
// 必须先给出类型的完整定义才能创建相应类型的变量
struct Test
{
  int a;
  int b;
};
int main()
{
  struct Test t;
  t.a = 1;
  t.b = 2;
  g_pt = &t;
  printf("g_pt = %p\n", g_pt);
  printf("g_pt->a = %d\n", g_pt->a);
  printf("g_pt->b = %d\n", g_pt->b);
  return 0;
}

下面为输出结果：

这里注意两个问题：

1.只要有了类型声明就可以创建对应的指针变量

2.必须先给出类型的完整定义才能创建相应类型的变量

再看第3段代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
  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;
  return 0;
}

这段代码编译会出错：

这段代码充分说明无名结构体类型总是互不相同的类型（互不兼容)

位域

• 现代程序设计中，内存使用的最小单位为字节（约定俗成)
• 在一些特定场合，可将比特位作为最小单位使用内存
• 结构体类型能够指定成员变量占用内存的比特位宽度（位域)

深入位域 ​​​​​​​

• 位域成员必须是整型，默认情况下成员依次排列
• 位域成员占用的位数不能超过类型宽度（错误示例: char c : 9; )
• 当存储位不足时，自动启用新存储单元
• 可以舍弃当前未使用的位，重新启用存储单元

下面看一段代码：

#include <stdio.h>
struct BW
{
  unsigned char a : 4;
  unsigned char b : 2;
  unsigned char c : 2;
};
int main()
{
  struct BW bw = {0};
  bw.a = 10;
  bw.b = 4;   // 4 大于 b 能表示的最大值，因此赋值后 b 回转到 0
  bw.c = 3;
  printf("sizeof(struct BW) = %d\n", sizeof(struct BW));
  printf("bw.a = %d\n", bw.a);
  printf("bw.b = %d\n", bw.b);
  printf("bw.c = %d\n", bw.c);
  return 0;
}

下面为输出结果：

这里注意a : 4 ，所以 a 的取值范围是 0000 ~ 1111 之间，即 0 ~ 15 之间。

再看一段代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Bits1
{
  int a   : 16;
  short b : 8;
  char c  : 8;
  float f;     // float f : 32;   ==> 浮点型成员不能指点位宽度
};
struct Bits2
{
  unsigned char a : 6;
  unsigned char b : 6;
  unsigned char c : 6;
  // unsigned char d : 9;    ==> 指定的位宽度不能大于声明类型的位宽度
};
struct Bits3
{
  unsigned char a : 4;
  unsigned char   : 0;  // 重启一个存储单元表示新的成员
  unsigned char b : 4;
};
int main()
{
  printf("sizeof(Bits1) = %d\n", sizeof(struct Bits1));
  printf("sizeof(Bits2) = %d\n", sizeof(struct Bits2));
  printf("sizeof(Bits3) = %d\n", sizeof(struct Bits3));
  return 0;
}

下面为输出结果：

这里注意三点：

1.浮点型成员不能指点位宽度

2.指定的位宽度不能大于声明类型的位宽度

3.unsigned char : 0 重启一个存储单元表示新的成员

小结 ​​​​​​​

• struct 结构体变量中的成员占用独立的内存
• struct 结构体类型可用 typedef 赋予新类型名
• 结构体类型能够指定成员变量占用内存的比特位宽度
• 位域成员必须是整型，占用的位数不能超过类型宽度
• 当存储位不足时，自动启用新存储单元

三、自定义数据类型（下）​​​​​

C语言中的联合体( 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;

//......

TypeN varn;

};

union 与 struct 的不同

• union 类型所有成员共享同一段内存(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

下面看一段代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
union UTest
{
  int a;
  float f;
};
struct STest
{
  int a;
  float f;
};
int main()
{
  union UTest ut = {987654321};
  struct STest st = {987654321, 0.1f};
  printf("union UTest size = %d\n", sizeof(union UTest));
  printf("&ut.a = %p\n", &ut.a);
  printf("&ut.f = %p\n", &ut.f);
  printf("struct STest size = %d\n", sizeof(struct STest));
  printf("&st.a = %p\n", &st.a);
  printf("&st.f = %p\n", &st.f);
  printf("ut.a = %d\n", ut.a);
  printf("ut.f = %f\n", ut.f);
  ut.f = 987654321.0f;
  printf("ut.a = %d\n", ut.a);
  printf("ut.f = %f\n", ut.f);
  return 0;
}

下面为输出结果：

这里注意整型数据和浮点类型数据在内存中的表示方式不一样，所以在同一段内存，同是4个字节，按照整型的方式解释这4个字节的数据时是一种结果，按照浮点数类型解释这4个字节时就是另一种结果。

union 类型的应用-判断系统大小端 ​​​​​​​

• 小端系统：低位数据存储在低地址内存中
• 大端系统：低位数据存储在高地址内存中

例如，对于 unsigned ui = 1;

下面看一段判断大小端的代码：

#include <stdio.h>
int isLittleEndian()
{
  union
  {
      int i;
      char a[4];
  } test = {0};
  test.i = 1;
  return (test.a[0] == 1);
}
int main()
{
  printf("System Endian: %d\n", isLittleEndian());
  return 0;
}

下面为输出结果：

由代码可知，1 存在低位，所以我的电脑为小端系统。

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 能够定义整型常量的集合类型

​​​​​​​语法：

enum TypeName

{

IntConst1,

IntConst2,

//......

IntconstN

};

枚举类型( enum )注意事项

• 第一个枚举常量的默认值为0
• 后续常量的值在前一一个常量值的基础上加1
• 可以任意对枚举常量指定整型值(只能指定整型值)

例如：

下面看一段代码，感受一下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
enum Day { MON = 1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN };
enum Season { Spring, Summer = 3, Autumn, Winter = -1 };
enum { CONSTANT = 12345 };
int main()
{
  enum Day d = TUE;
  enum Season s = Winter;
  int i = SUN;
  int j = Autumn;
  printf("d = %d\n", d);   // 2
  printf("s = %d\n", s);   // -1
  printf("i = %d\n", i);   // 7
  printf("j = %d\n", j);   // 4
  d = 0;
  s = -2;
  printf("d = %d\n", d);
  printf("s = %d\n", s);
  printf("sizeof(enum Day) = %d\n", sizeof(enum Day));
  printf("sizeof(enum Season) = %d\n", sizeof(enum Season));
  printf("CONSTANT = %d\n", CONSTANT);
  // CONSTANT = 54321;
  return 0;
}

下面为输出结果：

这段代码也说明了 enum 枚举类型的本质就是整型。

小结

• union 是 struct 的兄弟关键字，用法上非常相似
• union 类型所有成员共享同一段内存
• enum能够定义整型常量的集合类型
• enum 的本质是 int 类型，常用于整型常量定义

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