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C语言中的⾃定义类型:联合和枚举

前言:

在C语言中,联合体(union)和枚举(enum)是两种特殊的数据类型,它们各有独特的用途和特性。

联合体(union):
联合体是一种特殊的数据类型,允许在相同的内存位置存储不同类型的变量。在联合体中,所有成员共享同一段内存空间,因此,同一时间只能有一个成员的值是有效的。这使得联合体非常适合用来处理需要共享同一内存空间的情况,例如在处理硬件接口时,可能需要将一组位解释为不同的数据类型。联合体的定义和使用如下:

```c
union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
} data;
```
在这个例子中,`data`的`i`,`f`和`str`成员都共享同一段内存空间。如果修改了其中一个成员的值,其它成员的值也会受到影响,因为它们共享同一段内存。

枚举(enum):
枚举是一种用户定义的整型数据类型,它由一组命名的整型常量组成。每个枚举值都有一个整数值,从0开始,默认情况下,每个后续值增加1。枚举可以用来表示一组相关的常量,使得代码更具有可读性和可维护性。枚举的定义和使用如下:

```c
enum Color {Red, Green, Blue} color;
```
在这个例子中,`Red`,`Green`和`Blue`都是枚举值,它们分别对应整数值0,1和2。我们可以通过`color`变量来存储和操作这些枚举值。

联合体和枚举在C语言中都有其独特的作用,合理使用它们可以使程序更加高效和清晰。

正⽂开始

1. 联合体

1.1 联合体类型的声明

像结构体⼀样,联合体也是由⼀个或者多个成员构成,这些成员可以不同的类型。
但是编译器只为最⼤的成员分配⾜够的内存空间。联合体的特点是所有成员共⽤同⼀块内存空间。所以联合体也叫:共⽤体。给联合体其中⼀个成员赋值,其他成员的值也跟着变化。
#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合变量的定义
union Un un = {0};
//计算连个变量的⼤⼩
printf("%d\n", sizeof(un)
return 0;
}
输出的结果:
 4

1.2 联合体的特点(vs2022)

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)。
//代码1
#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合变量的定义
union Un un = {0};
// 下⾯输出的结果是⼀样的吗?
printf("%p\n", &(un.i));
printf("%p\n", &(un.c));
printf("%p\n", &un);
return 0;
}
输出的结果:
001AF85C
001AF85C
001AF85C
//代码2
#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合变量的定义
union Un un = {0};
un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);
return 0;
}

11223355
代码1输出的三个地址⼀模⼀样,代码2的输出,我们发现将i的第4个字节的内容修改为55了。
我们仔细分析就可以画出,un的内存布局图。
283e28b1919a4e409d5e4d5807c6cde2.png

1.3 相同成员的结构体和联合体对⽐

我们再对⽐⼀下相同成员的结构体和联合体的内存布局情况。
struct S
{
char c;
int i;
};
struct S s = {0};
union Un
{
char ;
int i;
};
union Un un = {0};
结构体和联合体的内存对⽐
b6252ab90a87453bb7f1a4f56bd2350e.png

1.4 联合体⼤⼩的计算

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⻬数的整数倍的时候,就要对⻬到最⼤对⻬数的整数倍。
#include <stdio.h>
union Un1
{
char c[5];
int i;
};
union Un2
{
short c[7];
int i;
};
int main()
{
//下⾯输出的结果是什么?
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));
return 0;
}

使⽤联合体是可以节省空间的

1.5联合体应用1:待殊商品信息

⽐如,我们要搞⼀个活动,要上线⼀个礼品兑换单,礼品兑换单中有三种商品:图书、杯⼦、衬衫。每⼀种商品都有:库存量、价格、商品类型和商品类型相关的其他信息。
图书:书名、作者、⻚数
杯⼦:设计
衬衫:设计、可选颜⾊、可选尺⼨
那我们不耐⼼思考,直接写出⼀下结构:
struct gift_list
{
//公共属性
int stock_number;//库存量
double price; //定价
int item_type;//商品类型

//特殊属性
char title[20];//书名
char author[20];//
作者
int num_pages;//⻚数

char design[30];//设计
int colors;//颜⾊
int sizes;//尺⼨
};
上述的结构其实设计的很简单,⽤起来也⽅便,但是结构的设计中包含了所有礼品的各种属性,这样使得结构体的⼤⼩就会偏⼤,⽐较浪费内存。因为对于礼品兑换单中的商品来说,只有部分属性信息是常⽤的。⽐如:
商品是图书,就不需要design、colors、sizes。

所以我们就可以把公共属性单独写出来,剩余属于各种商品本⾝的属性使⽤联合体起来,这样就可以介绍所需的内存空间,⼀定程度上节省了内存。


struct gift_list
{
int stock_number;//库存量
double price; //定价
int item_type;//商品类型

union{
struct
{
char title[20];//书名
char author[20];//作者
int num_pages;//⻚数
}book;
struct
{
char design[30];//设计
}mug;
struct
{
char design[30];//设计
int colors;//颜⾊
int sizes;//尺⼨
}shirt;
}item;
};

1.6联合体应用2:判断当前机器⼤⼩端?

int check_sys()
{
union
{
int i;
char c;
}un;
un.i = 1;
return un.c;//返回1是⼩端,返回0是⼤端
}

2. 枚举类型

2.1 枚举类型的声明

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
三原⾊,也是可以意义列举
这些数据的表⽰就可以使⽤枚举了。
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 Day , enum Sex , enum 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,依次递增1,当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值。
enum Color//颜⾊
{
RED=2,
GREEN=4,
BLUE=8
};

2.2 枚举类型的优点

为什么使⽤枚举?
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. 增加代码的可读性和可维护性
2. 和#define定义的标识符⽐较枚举有类型检查,更加严谨。
3. 便于调试,预处理阶段会删除 #define 定义的符号
4. 使⽤⽅便,⼀次可以定义多个常量
5. 枚举常量是遵循作⽤域规则的,枚举声明在函数内,只能在函数内使⽤

2.3 枚举类型的使⽤

enum Color//颜⾊
{
RED=1,
GREEN=2,
BLUE=4
};
enum Color clr = GREEN;//使⽤枚举常量给枚举变量赋值

那是否可以拿整数给枚举变量赋值呢?在C语⾔中是可以的,但是在C++是不⾏的,C++的类型检查⽐
较严格。

悦读

道可道,非常道;名可名,非常名。 无名,天地之始,有名,万物之母。 故常无欲,以观其妙,常有欲,以观其徼。 此两者,同出而异名,同谓之玄,玄之又玄,众妙之门。

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