C語言深入瞭解自定義資料型別的使用

2022-04-21 13:01:22

一、自定義資料型別（上）

型別命名關鍵字 (typedef)

C語言中可以對型別賦予新名字

語法：

typedef Type New TypeName;

注意：typedef 並沒有建立新型別，只是建立了型別別名

深入 typedef 應用

typedef 可在函數中定義“區域性型別名”
typedef 常用於簡化型別名(如: unsigned long long)
typedef 定義型別名，能夠以統一的方式建立變數(Type var; )

下面看一段程式碼：

#include <stdio.h>
typedef  unsigned char  byte;
void func()
{
    typedef  byte  uint8;
    uint8 var = 200;
    byte  b   = var;   // 本質為相同型別變數之間的初始化
    printf("sizeof(uint8) = %dn", sizeof(uint8));
    printf("var = %dn", var);
    printf("b = %dn", b);
}
int main()
{
    // uint8 var = 1;   // ERROR
    byte b = 128;
    func();
    printf("sizeof(byte) = %dn", sizeof(byte));
    printf("b = %dn", b);
    return 0;
}

下面為輸出結果：

需要注意：本程式碼中的 byte 和 uint8 為同一個自定義型別，所以它們之間可以相互賦值。

再來看一段程式碼：

#include <stdio.h>
typedef  float(FArr5)[5];        // 定義陣列型別名
typedef  int(IFuncII)(int, int); // 定義函數型別名
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("%fn", (*pa)[i]);
        printf("%fn", (*npa)[i]);
    }
    printf("%dn", pf(2, 3));
    printf("%dn", npf(2, 3));
    return 0;
}

下面為輸出結果：

這裡要特別注意函數指標的用法，可以通過 typedef 使得函數指標的定義簡化。

C語言中的結構體（ struct )

struct 是C語言中的自定義型別關鍵字
struct能夠定義不同資料型別變數的集合型別

語法：

struct TypeName

{

Type1 var1;

Type2var2;

......;

typeN varn;

};

下面看一段程式碼：

#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 = %sn", s1.name);
    printf("s1.id = %dn", s1.id);
    printf("s1.major = %dn", s1.major);
    strcpy(s2.name, "Hu");
    s2.id = 909;
    s2.major = 2;
    printf("s2.name = %sn", s2.name);
    printf("s2.id = %dn", s2.id);
    printf("s2.major = %dn", s2.major);
    return 0;
}

下面為輸出結果：

小結

C語言中通過 typedef 關鍵字對資料型別賦予新名字
typedef 並不會建立一個全新的資料型別
struct 是C語言中的自定義型別關鍵字
struct 用於建立不同資料型別變數的集合型別

二、自定義資料型別（中）

深入 struct 結構體型別

struct 結構體變數的本質是變數的集合
struct 結構體變數中的成員佔用獨立的記憶體
struct 結構體型別可用 typedef 賦予新型別名
可定義struct 結構體型別的指標，並指向對應型別的變數
struct 結構體型別可先前置宣告，再具體定義
前置型別宣告只能用於指標定義
型別完整定義之後才能進行變數定義
struct 結構體型別可以省略型別名
型別名省略時，每次建立變數必須給出完整結構體定義
struct 結構體型別可以省略型別名（無名結構體型別)
型別名省略時，每次建立變數必須給出完整結構體定義
無名結構體型別總是互不相同的型別（互不相容)

先看第1段程式碼：

#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 = %sn", s.name);
    printf("s.id = %dn", s.id);
    printf("s.major = %dn", s.major);
    return 0;
}

下面為輸出結果：

這裡注意結構體變數指標通過 -> 操作符存取成員變數。

再看第2段程式碼：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Test;
struct Test* g_pt;    // 只要有了型別宣告就可以建立對應的指標變數
// 必須先給出型別的完整定義才能建立相應型別的變數
struct Test
{
    int a;
    int b;
};
int main()
{
    struct Test t;
    t.a = 1;
    t.b = 2;
    g_pt = &t;
    printf("g_pt = %pn", g_pt);
    printf("g_pt->a = %dn", g_pt->a);
    printf("g_pt->b = %dn", g_pt->b);
    return 0;
}

下面為輸出結果：

這裡注意兩個問題：

1.只要有了型別宣告就可以建立對應的指標變數

2.必須先給出型別的完整定義才能建立相應型別的變數

再看第3段程式碼：

#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;
}

這段程式碼編譯會出錯：

這段程式碼充分說明無名結構體型別總是互不相同的型別（互不相容)

位域

現代程式設計中，記憶體使用的最小單位為位元組（約定俗成)
在一些特定場合，可將位元位作為最小單位使用記憶體
結構體型別能夠指定成員變數佔用記憶體的位元位寬度（位域)

深入位域

位域成員必須是整型，預設情況下成員依次排列
位域成員佔用的位數不能超過型別寬度（錯誤範例: char c : 9; )
當儲存位不足時，自動啟用新儲存單元
可以捨棄當前未使用的位，重新啟用儲存單元

下面看一段程式碼：

#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 大於 b 能表示的最大值，因此賦值後 b 迴轉到 0
    bw.c = 3;
    printf("sizeof(struct BW) = %dn", sizeof(struct BW));
    printf("bw.a = %dn", bw.a);
    printf("bw.b = %dn", bw.b);
    printf("bw.c = %dn", bw.c);
    return 0;
}

下面為輸出結果：

這裡注意a : 4 ，所以 a 的取值範圍是 0000 ~ 1111 之間，即 0 ~ 15 之間。

再看一段程式碼：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Bits1
{
    int a   : 16;
    short b : 8;
    char c  : 8;
    float f;     // float f : 32;   ==> 浮點型成員不能指點位寬度
};
struct Bits2
{
    unsigned char a : 6;
    unsigned char b : 6;
    unsigned char c : 6;
    // unsigned char d : 9;    ==> 指定的位寬度不能大於宣告型別的位寬度
};
struct Bits3
{
    unsigned char a : 4;
    unsigned char   : 0;  // 重啟一個儲存單元表示新的成員
    unsigned char b : 4;
};
int main()
{
    printf("sizeof(Bits1) = %dn", sizeof(struct Bits1));
    printf("sizeof(Bits2) = %dn", sizeof(struct Bits2));
    printf("sizeof(Bits3) = %dn", sizeof(struct Bits3));
    return 0;
}

下面為輸出結果：

這裡注意三點：

1.浮點型成員不能指點位寬度

2.指定的位寬度不能大於宣告型別的位寬度

3.unsigned char : 0 重啟一個儲存單元表示新的成員

小結

struct 結構體變數中的成員佔用獨立的記憶體
struct 結構體型別可用 typedef 賦予新型別名
結構體型別能夠指定成員變數佔用記憶體的位元位寬度
位域成員必須是整型，佔用的位數不能超過型別寬度
當儲存位不足時，自動啟用新儲存單元

三、自定義資料型別（下）

C語言中的聯合體( union )

union 是C語言中的自定義型別關鍵字
union 是 struct 的兄弟關鍵字，用法上非常相似

語法：

union TypeName

{

Type1 var1;

Type2 var2;

//......

TypeN varn;

};

union 與 struct 的不同

union 型別所有成員共用同一段記憶體(所有成員起始地址相同)
union 型別的大小取決於成員的最大型別
union型別的變數只能以第一個成員型別的有效值進行初始化

下面看一段程式碼：

#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 = %dn", sizeof(union UTest));
    printf("&ut.a = %pn", &ut.a);
    printf("&ut.f = %pn", &ut.f);
    printf("struct STest size = %dn", sizeof(struct STest));
    printf("&st.a = %pn", &st.a);
    printf("&st.f = %pn", &st.f);
    printf("ut.a = %dn", ut.a);
    printf("ut.f = %fn", ut.f);
    ut.f = 987654321.0f;
    printf("ut.a = %dn", ut.a);
    printf("ut.f = %fn", ut.f);
    return 0;
}

下面為輸出結果：

這裡注意整型資料和浮點型別資料在記憶體中的表示方式不一樣，所以在同一段記憶體，同是4個位元組，按照整型的方式解釋這4個位元組的資料時是一種結果，按照浮點數型別解釋這4個位元組時就是另一種結果。

union 型別的應用-判斷系統大小端

小端系統：低位資料儲存在低地址記憶體中
大端系統：低位資料儲存在高地址記憶體中

例如，對於 unsigned ui = 1;

下面看一段判斷大小端的程式碼：

#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: %dn", isLittleEndian());
    return 0;
}

下面為輸出結果：

由程式碼可知，1 存在低位，所以我的電腦為小端系統。

C語言中的列舉型別( enum )

enum 是C語言中的自定義型別關鍵字
enum 能夠定義整型常數的集合型別

語法：

enum TypeName

{

IntConst1,

IntConst2,

//......

IntconstN

};

列舉型別( enum )注意事項

第一個列舉常數的預設值為0
後續常數的值在前一一個常數值的基礎上加1
可以任意對列舉常數指定整型值(只能指定整型值)

例如：

下面看一段程式碼，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 = %dn", d);   // 2
    printf("s = %dn", s);   // -1
    printf("i = %dn", i);   // 7
    printf("j = %dn", j);   // 4
    d = 0;
    s = -2;
    printf("d = %dn", d);
    printf("s = %dn", s);
    printf("sizeof(enum Day) = %dn", sizeof(enum Day));
    printf("sizeof(enum Season) = %dn", sizeof(enum Season));
    printf("CONSTANT = %dn", CONSTANT);
    // CONSTANT = 54321;
    return 0;
}

下面為輸出結果：