Aexiar/c

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许大仙 117c68aa63 2024年10月15日 15:55

2024-10-15 07:55:08 +00:00

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第一章：共用体

1.1 概述

有的时候，需要一种数据结构，在不同的场合表示不同的数据类型，如：需要一种数据结构表示学生的成绩，有的时候是整数，如：80、90 等；有的时候是字符，如：'A'、'B' 等；有的时候是浮点数，如：80.5、60.5 等。
C 语言提供了共用体（union，联合）结构类型，用来自定义可以灵活变更的数据类型。它内部可以包含各种属性，但是同一时间只能有一个属性，因为所有的属性都保存在同一个内存地址，后面写入的属性将会覆盖前面的属性。

Note

① 之所以，C 语言会提供共用体，就是因为其可以节省内存。

② 在实际开发中，共用体并不会使用很频繁；反而，结构体的使用更加频繁！！！

③ 结构体占用的内存大于等于所有成员占用的内存的总和（成员之间可能会存在缝隙），共用体占用的内存等于最长的成员占用的内存。共用体使用了内存覆盖技术，同一时刻只能保存一个成员的值，如果对新的成员赋值，就会把原来成员的值覆盖掉。

1.2 声明共用体

语法：

union 共用体名 {
    数据类型1 成员名1;   // 分号结尾
    数据类型2 成员名2;
    ……
    数据类型n 成员名n;
}

示例：

#include <stdio.h>

// 声明公用体
union Data {
    int    s;  // 整数，如：80、90
    char   g; // 字符，如：'A'、'B'
    double f; // 浮点数，如：80.5、90.5
};

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    return 0;
}

1.3 定义公用体变量

1.3.1 概述

定义了新的数据类型（公用体类型）以后，就可以定义该类型的变量，这与定义其他类型变量的写法是一样的。

1.3.2 方式一

语法：

union 共用体类型名称 共用体变量名;

Note

① 需要先定义共用体，然后再定义共用体变量。

② union 关键字不能省略；否则， C 语言编译器将会报错。

Caution

在 C 语言中，共用体（union）和共用体变量是两个不同的概念，如下所示：

① 共用体是一种自定义的数据类型，像一种模板，定义了数据的格式，不占用内存空间。

② 共用体变量是根据共用体类型创建的变量，代表了一个具体的对象，用于存储数据，需要内存空间来存储。

示例：

#include <stdio.h>

// 声明公用体
union Data {
    int    s; // 整数，如：80、90
    char   g; // 字符，如：'A'、'B'
    double f; // 浮点数，如：80.5、90.5
};

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);
    
    // 定义共用体变量
    union Data data ;

    return 0;
}

1.3.3 方式二

语法：

union 共用体名 {
    数据类型1 成员名1;   // 分号结尾
    数据类型2 成员名2;
    ……
    数据类型n 成员名n;
} 共用体变量1，共用体变量2,...;

Note

在声明共用体的同时定义共用体变量。

示例：

#include <stdio.h>

// 声明公用体
union Data {
    int    s; // 整数，如：80、90
    char   g; // 字符，如：'A'、'B'
    double f; // 浮点数，如：80.5、90.5
} data1,data2; // 定义共用体变量

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    return 0;
}

1.3.4 方式三

语法：

union {
    数据类型1 成员名1;   // 分号结尾
    数据类型2 成员名2;
    ……
    数据类型n 成员名n;
} 共用体变量1，共用体变量2,...;

Note

① 在声明共用体的同时定义共用体变量，但是不给共用体名，这种方式的结构体也称为匿名共用体。

② 和方式二相比，后面的代码将无法通过该共用体来定义变量，因为没有共用体名称，除非使用 typedef 关键字。

示例：

#include <stdio.h>

// 声明公用体
union {
    int    s;   // 整数，如：80、90
    char   g;   // 字符，如：'A'、'B'
    double f;   // 浮点数，如：80.5、90.5
} data1, data2; // 定义共用体变量

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);


    return 0;
}

1.4 共用体变量中成员的获取和赋值

1.4.1 概述

成员是共用体的一个组成部分，一般是基本数据类型、也可以是数组、指针、结构体等。共用体的成员也可以称为属性。
共用体使用点号 . 获取单个成员，可以进行赋值和取值。

1.4.2 共用体成员赋值

语法：

共用体变量名.成员名 = 值; // 值可以是常量或变量

Caution

① 共用体使用了内存覆盖技术，同一时刻只能保存一个成员的值，如果对新的成员赋值，就会把原来成员的值覆盖掉。

② 给共用体变量中的成员赋值的时候，尽量每次只给一个成员赋值，防止产生数据覆盖现象！！！

共用体和结构体是不一样，结构体可能是这样的（不考虑内存对齐），如下所示：

但是，共用体在内存中却是这样的（不考虑内存对齐），如下所示：

示例：

#include <stdio.h>

// 声明公用体
union Data {
    int    s; // 整数，如：80、90
    char   g; // 字符，如：'A'、'B'
    double f; // 浮点数，如：80.5、90.5
};

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    // 定义共用体变量
    union Data data;

    // 赋值
    data.s = 80;
    printf("data.s = %d\n", data.s); // data.s = 80

    // 给其它成员赋值，会产生数据覆盖现象
    data.g = 'A';
    printf("data.s = %d\n", data.s); // data.s = 65

    return 0;
}

1.4.3 使用大括号给共用体中的某个成员赋值

示例：

union 共用体类型 共用体变量 = {.}; // 只给首成员赋值

union 共用体类型 共用体变量 = {.xxx = xxx}; // 给任一成员赋值

示例：

#include <stdio.h>

// 声明公用体
union Data {
    int    s; // 整数，如：80、90
    char   g; // 字符，如：'A'、'B'
    double f; // 浮点数，如：80.5、90.5
};

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    // 定义共用体变量并进行初始化
    union Data data = {80};

    printf("data.s = %d\n", data.s); // data.s = 80

    return 0;
}

示例：

#include <stdio.h>

// 声明公用体
union Data {
    int    s; // 整数，如：80、90
    char   g; // 字符，如：'A'、'B'
    double f; // 浮点数，如：80.5、90.5
};

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    // 定义共用体变量并进行初始化
    union Data data = {.g = 'A'};

    printf("data.g = %c\n", data.g); // data.g = A

    return 0;
}

1.5 错误方式

不要向给结构体变量中成员一样，给超过 2 个以上的成员赋值，因为其底层的内存结构是不一样的。

Caution

① 结构体占用的内存大于等于所有成员占用的内存的总和（成员之间可能会存在缝隙），共用体占用的内存等于最长的成员占用的内存。

② 共用体使用了内存覆盖技术，同一时刻只能保存一个成员的值，如果对新的成员赋值，就会把原来成员的值覆盖掉。

示例：错误演示

#include <stdio.h>

// 声明公用体
union Data {
    int    s; // 整数，如：80、90
    char   g; // 字符，如：'A'、'B'
    double f; // 浮点数，如：80.5、90.5
};

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    // 定义共用体变量并进行初始化
    // 错误方式，因为给超过 2 个以上的成员赋值
    union Data data = {.s = 80, .g = 'A', .f = 80.5}; // [!code error]

    return 0;
}

1.6 应用示例

需求：现有一张关于学生信息和教师信息的表格。

Note

表格信息，如下所示：

姓名编号性别职业分数/ 课程

张三 1001 男(m) 学生(s) 89.5

李四 1101 男(m) 老师(t) math

王五 1002 女(f) 学生(s) English

赵六 1102 男(m) 老师(t) 95.0

姓名	编号	性别	职业	分数/ 课程
张三	1001	男(m)	学生(s)	89.5
李四	1101	男(m)	老师(t)	math
王五	1002	女(f)	学生(s)	English
赵六	1102	男(m)	老师(t)	95.0

示例：

#include <stdio.h>

struct Person {
    char name[20];
    int  id;
    char gender;     // 性别 m->男 f->女
    char profession; // 职业 s->学生 t->老师
    union {
        float score;
        char  course[20];
    } sc; // sc 是一个共用体变量
};

#define TOTAL 5
int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    // 定义共用体变量并进行初始化
    struct Person persons[TOTAL];

    printf("----------请输入学生和老师的信息-----------\n\n");
    
    // 输入人员信息
    for (int i = 0; i < TOTAL; i++) {
        printf("请输入姓名：");
        scanf("%s", persons[i].name);
        printf("请输入编号：");
        scanf("%d", &(persons[i].id));
        printf("请输入性别：");
        scanf(" %c", &(persons[i].gender));
        printf("请输入职业：");
        scanf(" %c", &(persons[i].profession));
        if (persons[i].profession == 's') { // 如果是学生
            printf("请输入学生成绩：");
            scanf("%f", &persons[i].sc.score);
        } else { // 如果是老师
            printf("请输入老师课程：");
            scanf("%s", persons[i].sc.course);
        }
        printf("\n");
    }

    printf("----------学生和老师的信息，如下所示：-----------\n\n");

    // 输出人员信息
    for (int i = 0; i < TOTAL; i++) {
        printf("姓名：%s ", persons[i].name);
        printf("编号：%d ", persons[i].id);
        printf("性别：%c ", persons[i].gender);
        printf("职业：%c ", persons[i].profession);
        if (persons[i].profession == 's') { // 如果是学生
            printf("成绩：%f ", persons[i].sc.score);
        } else { // 如果是老师
            printf("课程：%s ", persons[i].sc.course);
        }

        printf("\n");
    }

    return 0;
}

第二章：typedef（⭐）

2.1 概述

之前，我们在使用结构体或共用体的时候，经常会这么写，如下所示：

#include <stdio.h>

/**
 * 声明结构体
 */
struct Person {
    char name[20];
    int  id;
};

/**
 * 打印结构体成员中的属性
 * @param person
 */
void toString(struct Person person) {
    printf("编号：%d ，姓名：%s \n", person.id, person.name);
}

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    // 定义结构体变量并进行初始化
    struct Person p1 = {.id = 1001, .name = "张三"};
    struct Person p2 = {.id = 1002, .name = "李四"};
    struct Person p3 = {.id = 1003, .name = "王五"};
    struct Person p4 = {.id = 1004, .name = "赵六"};

    // 输出结构体成员中的属性
    toString(p1);
    toString(p2);
    toString(p3);
    toString(p4);

    return 0;
}

Note

① 在声明结构体类型的时候，使用 struct 关键字很好理解。

② 但是，在使用结构体变量给其成员赋值的时候，还要携带 struct 关键字就显得多余，但是不携带编译器又会报错，因为编译器不识别 Person 到底是什么，只会认为是一个字符串，而不是数据类型。

如果对比 Java 语言，你会发现 Java 语言的强类型系统是多么优秀，如下所示：

class Person {
   int id;
   String name; 
}

class Test {
    public static void main(String[] args){
        // Java 编译器可以直接认为 Person 就是一个数据类型
        // 而不需要我们写 class Person p = new Person();
        Person p = new Person(); // [!code highlight]
        p.id = 1000;
        p.name = "张三";
    }
}

C 语言提供了 typedef 关键字可以让我们给类型起别名（重命名），如下所示：

typedef 旧名 新名（别名）;

Note

① typedef 不创建新类型，只是为现有类型提供了一个别名。

② 主要用途是简化复杂的类型声明，增强代码可读性。

那么，我们就可以将上面的代码简化下，如下所示：

#include <stdio.h>

/**
 * 声明结构体
 */
typedef struct Person { // [!code highlight]
    char name[20];
    int  id;
} Person; // [!code highlight]

/**
 * 打印结构体成员中的属性
 * @param person
 */
void toString(Person person) {
    printf("编号：%d ，姓名：%s \n", person.id, person.name);
}

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    // 定义结构体变量并进行初始化
    Person p1 = {.id = 1001, .name = "张三"};
    Person p2 = {.id = 1002, .name = "李四"};
    Person p3 = {.id = 1003, .name = "王五"};
    Person p4 = {.id = 1004, .name = "赵六"};

    // 输出结构体成员中的属性
    toString(p1);
    toString(p2);
    toString(p3);
    toString(p4);

    return 0;
}

2.2 使用方式

2.2.1 概述

使用 typedef 可以给基本数据类型、结构体类型、共用体类型、指针类型起别名。

Important

在实际开发中，使用 typedef 为结构体类型起别名居多！！！

2.2.2 给基本数据类型起别名

语法：

typedef 类型名 别名;

Note

① 在实际开发中，我们经常将 typedef 声明的类型名的第 1 个字母用大写表示，如：Integer。

② 在系统提供的标准类型别名的标识符，通常使用下划线的命名风格，如：size_t 。

示例：

#include <stdio.h>
// 将 Integer 作为 int 的别名
typedef int Integer; // [!code highlight]

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    // 定义变量，并使用类型别名
    Integer a = 20; // [!code highlight]
    int     b = 30;

    printf("%d + %d = %d\n", a, b, a + b);

    return 0;
}

示例：

#include <stdio.h>
// 将 Integer 作为 int 的别名
typedef int Integer; // [!code highlight]

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    // 定义变量，并使用类型别名
    Integer a, b; // [!code highlight]

    a = 20;
    b = 30;

    printf("%d + %d = %d\n", a, b, a + b);

    return 0;
}

示例：

#include <stdio.h>
// 将 Byte 作为 unsigned char 的别名
typedef unsigned char Byte; // [!code highlight]

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    // 定义变量，并使用类型别名
    Byte c = 'a'; // [!code highlight]

    printf("%c\n", c);

    return 0;
}

2.2.3 为结构体类型、共用体类型起别名

语法：

typedef struct 结构体名 {
    ...
} 别名;

typedef union 共用体名 {
    ...
} 别名;

Note

因为 C 语言中，结构体名和共用体名都可以省略，所以 typedef 为结构体类型和共用体类型起别名，又可以这样：
typedef struct { // 匿名结构体
    ...
} 别名;
typedef union { // 匿名共用体
    ...
} 别名;

示例：

#include <stdio.h>

/**
 * 声明结构体
 */
typedef struct {
    char name[20];
    int  id;
} Person; // [!code highlight]

/**
 * 打印结构体成员中的属性
 * @param person
 */
void toString(Person person) { // [!code highlight]
    printf("编号：%d ，姓名：%s \n", person.id, person.name);
}

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    // 定义结构体变量并进行初始化
    Person p1 = {.id = 1001, .name = "张三"}; // [!code highlight]
    Person p2 = {.id = 1002, .name = "李四"}; // [!code highlight]
    Person p3 = {.id = 1003, .name = "王五"}; // [!code highlight]
    Person p4 = {.id = 1004, .name = "赵六"}; // [!code highlight]

    // 输出结构体成员中的属性
    toString(p1);
    toString(p2);
    toString(p3);
    toString(p4);

    return 0;
}

2.2.4 为指针类型起别名

语法：

typedef 指针类型 别名;

示例：

#include <stdio.h>

// 为指针类型起别名
typedef int* P_INT; // [!code highlight]

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 使用指针变量 p 指向数组 arr
    P_INT p = arr; // [!code highlight]

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", *(p + i));
    }

    return 0;
}

示例：

#include <stdio.h>

// 为指针类型起别名
typedef int (*P_INT)(int, int); // [!code highlight]

/**
 * 求和函数
 */
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    P_INT p = add; // [!code highlight]
    printf("%d\n", (*p)(1, 2));

    return 0;
}

2.3 typedef 和 #define 的区别

#define 是在预处理阶段处理的，它只能作简单的字符串替换。
typedef 是在编译阶段处理的，且并非简单的字符串替换。

2.4 为什么要给类型定义别名？

2.4.1 概述

其实，无非就是以下三个优点：
- ① 提升代码的可读性：原类型名往往是一个通用的称呼，而别名是此场景下的一个精准描述。
- ② 提升代码的扩展性：这一点在数据结构中会体现的很明显。
- ③ 提升代码的跨平台性移植性：类型别名的语法最重要的用途就是增强代码的跨平台移植性。

2.4.2 类型别名如何提升跨平台性移植性？

我们都知道，C 语言由于编译器、平台之间的差异，经常会出现同一个类型，但存储方式不同的情况，比如：
- int 类型在绝大多数现代桌面平台下，占用 4 个字节 32 位内存空间。大多数应用级 C 程序员接触的 int 类型，也是 4 个字节的 int 类型。
- 但是在某些小型机器或者嵌入式平台下，int 类型可能就会变成占用 2 个字节 16 位内存空间的整数类型。（因为要节省内存空间）
于是代码在跨平台移植时，就会出现以下问题：

int num = 100000;

Note

① 上述的代码在 int 类型是 4 个字节的内存空间下是没有什么问题的。

② 但是，如果 int 类型是 2 个字节的内存空间，就会出现数据溢出现象，将会出现数据精度丢失甚至数据错误的！！！

那么，如何避免这种情况？

Note

① 直接将 num 的类型变更为更大的数据类型，如：long 等，在进行程序移植的时候，就避免了数据溢出现象。

② 为每个平台选择合适的类型：原平台继续使用 int ，而新的平台使用更大的类型 long 。

如果选择上述的方案 ① ，将会造成内存浪费，因为在 32 位的机器上，使用 int 完全可以装得下，却去使用 long 来进行存储。那么，就只剩下方案 ② 了。

Note

① 我们在原平台，将 int 类型定义为别名 BigInteger ，如：typedef int BigInteger。

② 我们在新的平台，将 long 类型定义为别名 BigInteger，如：typedef long BitInteger。

③ 这样，我们在所有的平台都使用 BitInteger 来存储整数，就可以解决跨平台程序移植的问题。

④ 其实，C 语言规范的实现者，也为我们想到了这种问题的解决方案，其提供了精确宽度类型就是为了解决 C 程序中整数类型跨平台移植的问题，如下所示：

类型名称含义

int8_t 8 位有符号整数

int16_t 16 位有符号整数

int32_t 32 位有符号整数

int64_t 64 位有符号整数

uint8_t 8 位无符号整数

uint16_t 16 位无符号整数

uint32_t 32 位无符号整数

uint64_t 64 位无符号整数

20 KiB Raw Blame History Unescape Escape

第一章：共用体

1.1 概述

1.2 声明共用体

1.3 定义公用体变量

1.3.1 概述

1.3.2 方式一

1.3.3 方式二

1.3.4 方式三

1.4 共用体变量中成员的获取和赋值

1.4.1 概述

1.4.2 共用体成员赋值

1.4.3 使用大括号给共用体中的某个成员赋值

1.5 错误方式

1.6 应用示例

第二章：typedef（⭐）

2.1 概述

2.2 使用方式

2.2.1 概述

2.2.2 给基本数据类型起别名

2.2.3 为结构体类型、共用体类型起别名

2.2.4 为指针类型起别名

2.3 typedef 和 #define 的区别

2.4 为什么要给类型定义别名？

2.4.1 概述

2.4.2 类型别名如何提升跨平台性移植性？

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