一篇搞定自定义类型:结构体、枚举、联合体(共用体)附上简易通讯录项目源码

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联合体(共用体)附上简易通讯录项目源码)

1. 结构体

结构的基础知识
结构是一些值的集合,这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量。


1.1 结构体类型的声明

结构的声明
struct tag
{
member-list;
}variable-list;

例如描述一个学生:

struct Stu
{
    
      
 char name[20];//名字
 int age;//年龄
 char sex[5];//性别
 char id[20];//学号
}//分号不能丢

特殊的声明
在声明结构的时候,可以不完全的声明。
比如:

//匿名结构体类型
struct
{
    
      
 int a;
 char b;
 float c; }x;
struct
{
    
      
 int a;
 char b;
 float c; }a[20], *p;

上面的两个结构在声明的时候省略掉了结构体标签(tag)

那么问题来了?
在上边代码的基础上,下面代码合法吗?
p&x;
警告: 编译器会把上面的两个声明当成完全不同的两个类型。 所以是非法的。


1.2 结构的自引用

在结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员是否可以呢?
来看如下两段代码

//代码1
struct Node
{
    
      
 int data;
 struct Node next;
};
//可行否?

代码1 这种自引用方式是错误的,
如果可以,那sizeof(struct Node)是多少?
这就会形成无限套娃,这个结构体大小就会是无限大

正确的自引用方式应该是代码2这样的,通过指针(指针大小是确定的4/8字节)的方式来自引用

//代码2
struct Node
{
    
      
 int data;//数据域
 struct Node* next;//指针域
};

注意代码3

//代码3
typedef struct
{
    
      
 int data;
 Node* next; }Node;
//这样写代码,可行否?

答案是 不行
因为在使用Node*的时候,Node这个类型还没有产生,所以还不能被使用

//解决方案:
typedef struct Node//在使用Node*之前把类型名Node声明
{
    
      
 int data;
 struct Node* next; }Node;//这个Node是重命名后产生的

1.3 结构体变量的定义和初始化

有了结构体类型,那如何定义变量,其实很简单。

struct Point
{
    
      
 int x;
 int y; }p1; //声明类型的同时定义变量p1
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
struct Point p2; //定义结构体变量p2
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
//初始化:定义变量的同时赋初值。
struct Point p3 = {
    
      x, y};
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
struct Stu        //类型声明
{
    
      
 char name[15];//名字
 int age;      //年龄
};
struct Stu s = {
    
      "zhangsan", 20};//初始化
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
struct Node
{
    
      
 int data;
 struct Point p;
 struct Node* next; 
}n1 = {
    
      10, {
    
      4,5}, NULL}; //结构体嵌套初始化
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
struct Node n2 = {
    
      20, {
    
      5, 6}, NULL};//结构体嵌套初始化

1.4 结构体内存对齐

我们已经掌握了结构体的基本使用了。
现在我们深入讨论一个问题:计算结构体的大小
这也是一个特别热门的考点: 结构体内存对齐

要计算结构体的大小首先得掌握结构体的对齐规则

  1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。

  2. 其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。
    对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值
    ------- VS中默认的值为8
    --------Linux中的默认值为4

  3. 结构体总大小最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍

  4. 如果嵌套了结构体的情况,嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处,结构体的整体大小就是所有最大对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍


练习1

struct S1
{
    
      
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S1));

图解:

在这里插入图片描述


练习2

struct S2
{
    
      
 char c1;
 char c2;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

图解:
在这里插入图片描述


练习3

struct S3
{
    
      
 double d;
 char c;
 int i;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S3));

图解:
在这里插入图片描述


练习4-结构体嵌套问题

struct S4
{
    
      
 char c1;
 struct S3 s3;
 double d;
};
printf("%d\n", sizeof(struct S4));

图解:
在这里插入图片描述


1.5 为什么存在内存对齐

大部分的参考资料都是如是说的:
1. 平台原因(移植原因):
不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。
2. 性能原因:
数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。 原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问。
总体来说:
结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。那在设计结构体的时候,我们既要满足对齐,又要节省空间,如何做到:让占用空间小的成员尽量集中在一起。

例如:
struct S1
{
char c1;
int i;
char c2;
};

struct S2
{
char c1;
char c2;
int i;
};

S1和S2类型的成员一模一样,但是S1和S2所占空间的大小有了一些区别。


1.6 修改默认对齐数

之前我们见过了 #pragma 这个预处理指令,这里我们再次使用
可以改变我们的默认对齐数
请看代码:

#include <stdio.h>

#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
struct S1
{
    
      
 char c1;
 int i;
 char c2;
 };
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
————————————————————————————————————————————————————————————————————
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为8
struct S2
{
    
      
 char c1;
 int i;
 char c2;
};
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数,还原为默认
————————————————————————————————————————————————————————————————————
int main()
{
    
      
    //输出的结果是什么?
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));
    return 0; 
}

运行结果:
在这里插入图片描述

结论:
当你觉得结构体对齐数不合适的时候,可以用#pragma来修改对齐数,从而达到一个节省空间的效果,但是有可能会损失效率,要合理使用


1.7 结构体传参

直接上代码

struct S {
    
      
 int data[1000];
 int num;
};
struct S s = {
    
      {
    
      1,2,3,4}, 1000};

//结构体传参
void print1(struct S s) {
    
      
 printf("%d\n", s.num);
}

//结构体地址传参
void print2(struct S* ps) {
    
      
 printf("%d\n", ps->num);
 }

int main()
{
    
      
 print1(s);  //传结构体
 print2(&s); //传地址
 return 0; }

上面的 print1print2 函数哪个好些?
答案是:首选print2函数。 原因:

函数传参的时候,参数是需要压栈,会有时间和空间上的系统开销。
如果传递一个结构体对象的时候,结构体过大,参数压栈的的系统开销比较大,所以会导致性能的下降

结论:
结构体传参的时候,要传结构体的地址


1.7 结构体实现位段(位段的填充&可移植性)

什么是位段
位段的声明和结构是类似的,有两个不同:

1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字

比如:

struct A {
    
      
 int _a:2;
 int _b:5;
 int _c:10;
 int _d:30;
};
printf("%d\n", sizeof(struct A));

A就是一个位段类型,那位段A的大小是多少?
运行结果如图
在这里插入图片描述
为什么是这样呢?接下来看

位段的内存分配

  • 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char (属于整形家族)类型
  • 位段的空间上是按照需要以4个字节( int )或者1个字节( char )的方式来开辟的。
  • 位段涉及很多不确定因素,位段是不跨平台的,注重可移植的程序应该避免使用位段。

所以上边的位段A就是这样的
在这里插入图片描述
再来举一个例子

//一个例子
struct S {
    
      
 char a:3;
 char b:4;
 char c:5;
 char d:4;
};
struct S s = {
    
      0};
s.a = 10; s.b = 12; s.c = 3; s.d = 4;
//空间是如何开辟的?

大小为3个字节

空间开辟过程请看图解:
在这里插入图片描述

位段的跨平台问题

  1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
  2. 位段中最大位的数目不能确定。(16位机器最大16,32位机器最大32,写成27,在16位机器会出问题。
  3. 位段中的成员在内存中从左向右分配,还是从右向左分配标准尚未定义
  4. 当一个结构包含两个位段,第二个位段成员比较大,无法容纳于第一个位段剩余的位时,是舍弃剩余的位 还是利用,这是不确定的。

总结: 跟结构相比,位段可以达到同样的效果,但是可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。


2. 枚举

枚举顾名思义就是一一列举。
把可能的取值一一列举。
比如我们现实生活中:

  • 一周的星期一到星期日是有限的7天,可以一一列举。
  • 性别有:男、女、保密,也可以一一列举。
  • 月份有12个月,也可以一一列举
  • 颜色也可以一一列举。

这里就可以使用枚举了。


2.1 枚举类型的定义

enum Day//星期
{
    
      
 Mon,
 Tues,
 Wed,
 Thur,
 Fri,
 Sat,
 Sun
};
enum Sex//性别
{
    
      
 MALE,
 FEMALE,
 SECRET
}enum Color//颜色
{
    
      
 RED,
 GREEN,
 BLUE
};

以上定义的 enum Dayenum Sexenum Color 都是枚举类型。
{ }中的内容是枚举类型的可能取值,也叫 枚举常量 。
这些可能取值都是有值的,默认从0开始,一次递增1,当然在定义的时候也可以赋初值。 例如:


2.2 枚举的优点

我们可以使用 #define 定义常量,为什么非要使用枚举? 枚举的优点:

  1. 增加代码的可读性可维护性
  2. 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查更加严谨
  3. 防止了命名污染(封装)
  4. 便于调试
  5. 使用方便,一次可以定义多个常量

2.3 枚举的使用

enum Color//颜色
{
    
       
 RED=1, 
 GREEN=2, 
 BLUE=4 
}; 
enum Color clr = GREEN;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值,才不会出现类型的差异。
clr = 5; //这里需要注意,不能这样赋值,只能用可能值来赋值,这里可以用可能值1,2,4

3. 联合


3.1 联合类型的定义

联合也是一种特殊的自定义类型 这种类型定义的变量也包含一系列的成员,特征是这些成员公用同一块空间(所以联合也叫共用体)。

比如:

//联合类型的声明
union Un 
{
    
       
 char c; 
 int i; 
}; 
//联合变量的定义
union Un un; 
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));

因为共用空间,所以联合体大小至少为最大成员的大小(因为联合至少得有 能力保存最大的那个成员)
在这里插入图片描述


3.2 联合的特点

联合的成员是共用同一块内存空间的,这样一个联合变量的大小,至少是最大成员的大小(因为联合至少得有 能力保存最大的那个成员)。

union Un 
{
    
       
 int i; 
 char c; 
}; 
union Un un; 
// 下面输出的结果是一样的吗?
printf("%d\n", &(un.i)); 
printf("%d\n", &(un.c)); 
//下面输出的结果是什么?
un.i = 0x11223344; 
un.c = 0x55; 
printf("%x\n", un.i);

在这里插入图片描述
图解:
在这里插入图片描述


3.3 联合大小的计算

  • 联合的大小至少是最大成员的大小
  • 当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候,就要对齐到最大对齐数的整数倍

比如:

union Un1 
{
    
       
 char c[5]; 
 int i; 
}; 
union Un2 
{
    
       
 short c[7]; 
 int i; 
}; 
//下面输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(union Un1)); 
printf("%d\n", sizeof(union Un2));

在这里插入图片描述
图解:
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述


4. 利用自定义类型实现简易通讯录程序

通讯录.c

#include "contact.h"

void menu()
{
    
      
	printf("******************************\n");
	printf("****  1. 添加      2. 删除  **\n");
	printf("****  3. 搜索      4. 修改  **\n");
	printf("****  5. 展示全部  6. 排序  **\n");
	printf("****  0. 退出               **\n");
	printf("******************************\n");
}



int main()
{
    
      
	int input = 0;
	//创建一个通讯录
	struct Contact con;
	//初始化通讯录
	InitContact(&con);

	do
	{
    
      
		menu();
		printf("请选择:>");
		scanf_s("%d", &input);
		switch (input)
		{
    
      
		case ADD:
			AddContact(&con);
			break;
		case DEL:
			DeletContact(&con);
			break;
		case SHOW:
			ShowContact(&con);
			break;
		case MODIFY:
			ModifyContact(&con);
			break;
		case SEARCH:
			SearchContact(&con);
		    break;
		case SORT:
			SortContact(&con);
			break;
		case EXIT:
			printf("退出通讯录\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

contact.c

#include "contact.h"

void InitContact(struct Contact* pc)
{
    
      
	pc->sz = 0;//默认没有信息
	//memset(pc->data, 0, MAX*sizeof(struct PeoInfo));
	memset(pc->data, 0, sizeof(pc->data));
}

void AddContact(struct Contact* pc)
{
    
      
	if (pc->sz == MAX)
	{
    
      
		printf("通讯录满了\n");
	}
	else
	{
    
      
		printf("请输入名字:>");
		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].name,30);
		printf("请输入年龄:>");
		scanf_s("%d", &(pc->data[pc->sz].age));
		printf("请输入性别:>");
		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].sex,5);
		printf("请输入电话:>");
		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].tele,12);
		printf("请输入地址:>");
		scanf_s("%s", pc->data[pc->sz].addr,30);

		
		printf("添加成功\n");
		pc->sz++;
		ShowContact(pc);
	}
}
void DeletContact(struct Contact* pc) 
{
    
      
	printf("请输入需要删除的联系人姓名\n");
	char name[30]="0";
	scanf_s("%s", name, 30);
	for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
	{
    
      
		if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0)
		{
    
      
			for (int j = i; j < pc->sz; j++)
			{
    
      
				strcpy_s(pc->data[j].name, 30, pc->data[j + 1].name);
				strcpy_s(pc->data[j].sex, 5, pc->data[j + 1].sex);
				strcpy_s(pc->data[j].tele, 12, pc->data[j + 1].tele);
				strcpy_s(pc->data[j].addr, 30, pc->data[j + 1].addr);
				pc->data[j].age = pc->data[j + 1].age;
			}
			printf("删除成功\n");
			(pc->sz)--;
			ShowContact(pc);
		}
	}
}

void ModifyContact(struct Contact* pc)
{
    
      
	printf("请输入需要修改的联系人姓名\n");
	char name[30]="0";
	scanf_s("%s", name, 30);
	for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
	{
    
      
		if (strcmp(name, pc->data[i].name) == 0)
		{
    
      
			printf("请输入名字:>");
			scanf_s("%s", pc->data[i].name, 30);
			printf("请输入年龄:>");
			scanf_s("%d", &(pc->data[i].age));
			printf("请输入性别:>");
			scanf_s("%s", pc->data[i].sex, 5);
			printf("请输入电话:>");
			scanf_s("%s", pc->data[i].tele, 12);
			printf("请输入地址:>");
			scanf_s("%s", pc->data[i].addr, 30);

			printf("修改成功!\n");
			ShowContact(pc);
		}
	}
}




void ShowContact(struct Contact* pc)
{
    
      
	int i = 0;
	printf("序号\t%10s\t%10s\t%8s\t%15s\t%30s\n", "name", "age", "sex", "tele", "addr");
	for (i = 0; i < pc->sz; i++)
	{
    
      
		//打印每一个数据
		printf("%d\t%10s\t%10d\t%8s\t%15s\t%30s\n",
			i+1,
			pc->data[i].name,
			pc->data[i].age,
			pc->data[i].sex,
			pc->data[i].tele,
			pc->data[i].addr);
	}
}

void SearchContact(struct Contact* pc)
{
    
      
	printf("请输入需要搜索的联系人姓名\n");
	char name[30]="0";
	scanf_s("%s",name,30);
	for (int i = 0; i < pc->sz; i++)
	{
    
      
		if (strcmp(name , pc->data[i].name) == 0)
		{
    
      
			printf("序号\t%10s\t%10s\t%8s\t%15s\t%30s\n", "name", "age", "sex", "tele", "addr");
			printf("%d\t%10s\t%10d\t%8s\t%15s\t%30s\n",
				i + 1,
				pc->data[i].name,
				pc->data[i].age,
				pc->data[i].sex,
				pc->data[i].tele,
				pc->data[i].addr);
			return;
		}
	}
	printf("找不到联系人信息\n");
}

void SortContact(struct Contact* pc)
{
    
      
	struct PeoInfo temp;
	for(int j = 0;j < pc->sz-1;j++)
	for (int i = 0; i < pc->sz-1-j; i++) 
	{
    
      
		if (strcmp(pc->data[i].name, pc->data[i + 1].name) > 0)
		{
    
      
			temp = pc->data[i + 1];
			pc->data[i + 1] = pc->data[i];
			pc->data[i] = temp;
		}
	}
	ShowContact(pc);
}

contact.h

#pragma once


#define NAME_MAX 30
#define SEX_MAX 5
#define TELE_MAX 12
#define ADDR_MAX 30
#define MAX 1000

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
//创建枚举变量
enum Option
{
    
      
	EXIT,
	ADD,
	DEL,
	SEARCH,
	MODIFY,
	SHOW,
	SORT
};

//描述人的信息
struct PeoInfo
{
    
      
	char name[NAME_MAX];
	int age;
	char sex[SEX_MAX];
	char tele[TELE_MAX];
	char addr[ADDR_MAX];
};


//通讯录
struct Contact
{
    
      
	struct PeoInfo data[MAX];//1000个人的数据存放在data数组中
	int sz;//记录当前通讯录有效信息的个数
};



//初始化通讯录
void InitContact(struct Contact* pc);

//增加联系人
void AddContact(struct Contact* pc);

//删除联系人
void DeletContact(struct Contact* pc);

//修改联系人信息
void ModifyContact(struct Contact* pc);

//搜索联系人信息
void SearchContact(struct Contact* pc);

//显示所有的联系人
void ShowContact(struct Contact* pc);

//按姓氏排序联系人信息
void SortContact(struct Contact* pc);

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