C语言详解（联合和枚举）

_小羊_

发布于 2024-10-16 14:55:12

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文章被收录于专栏：C++C++

前言

自定义类型除了结构体，还有联合体（共用体）、枚举等，本篇文章将对联合体、枚举展开详细介绍，讨论其特点，以及相较于结构体而言联合体又有什么相同之处和相异之处

一、联合体、

1、联合体类型的声明

联合体类型的关键字是：union

联合体和结构体是非常相似的，联合体也是由一个或多个成员组成，这些成员也可以是不同的类型。

//结构体
struct S
{
	int n;
	char c;
};
//联合体
union U
{
	int n;
	char c;
};

但是与结构体不同的是编译器只为联合体最大的成员分配足够的内存空间，联合体所有成员共用一块内存，因此联合体还有一个名字——共用体 正是因为联合体所有成员公共一块内存，所以当联合体其中一个成员的值变化时其他成员的值也跟着变化。

2、联合体的特点

#include <stdio.h>

struct S
{
	int n;//4  8  4
	char c;//1  8  1
	//8个字节
};

union U
{
	int n;
	char c;
};

int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(struct S));
	printf("%zd\n", sizeof(union U));
	return 0;
}

当我们计算相同成员的结构体和联合体的大小时，发现联合体确实只为最大成员开辟了足够的空间。联合体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 U
{
	int n;
	char c;
};

int main()
{
	union U u = { 0 };
	printf("%zd\n", sizeof(union U));
	printf("%p\n", &(u));
	printf("%p\n", &(u.n));
	printf("%p\n", &(u.c));
	return 0;
}

联合体类型变量的创建和成员的引用类似于结构体

取出联合变量u的地址和两个成员的地址，可以看到两个成员确实是共用同一块内存空间的。所以联合体叫共用体更为直观一点。既然共用体成员一个变化其他的也跟着变化，这种特点有什么用呢？

这使得共用体成员在同一时间只能使用一个，并不能多个同时出现。也就是说在使用其中一个成员时，其他成员相当于不占用内存。

3、相同成员的结构体和联合体对比

来看相同成员的结构体和联合体内存分布情况

//结构体
struct S
{
	int n;
	char c;
};
//联合体
union U
{
	int n;
	char c;
};

在VS上我们也可以证明这件事

4、联合体大小的计算

联合体的大小是不是就是最大成员的大小呢？其实不然。

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处

所以说联合体也是存在内存对齐的，那它的大小就不能单纯的认为是最大成员的大小了。 练习1

#include <stdio.h>

union U
{
	char arr[5];//1  8  1
	int n;      //4  8  4
	//最大成员5个字节
};

int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(union U));
	return 0;
}

练习2

#include <stdio.h>

union U
{
	short arr[7];//2  8  2
	int n;//4  8  4
	//最大成员14个字节
};

int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(union U));
	return 0;
}

通过上面的内容可以知道，联合体也是存在空间浪费的，但更多的是节省空间。举一个生活中可能出现的实际例子：假如我们现在要搞一个礼品兑换单，其中有三种商品，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、页数
杯子：颜色
衬衫：设计、颜色、尺寸

如果我们直接写一个结构体：

struct gift_list
{
	//公共属性
	int stock_number;//库存量
	double price;//价格
	int item_type;//商品类型

	//特殊属性
	char book_name[20];//书名
	char auther[20];//作者
	int pages;//页数

	char design[20];//设计
	int red;//颜色
	int sizes;//尺寸
};

上面的结构体是完全可以解决问题的。但是，当我们用它来描述图书时，其成员设计、颜色、尺寸是用不上的，但是这几个成员确实占着内存；当我们用它来描述杯子时，书名、作者、页数、设计、尺寸也用不上，但是这几个成员也占着内存。公共属性是一直都用的，但特殊属性并不需要一直都在。

而当我们运用联合体分装图书、杯子、衬衫的特殊属性后，因为联合体成员共用同一块内存空间，不能同一时刻出现，所以描述图书时和图书没有关系的信息并不占内存，这样就减少了内存浪费

struct gift_list
{
	//公共属性
	int stock_number;//库存量
	double price;//价格
	int item_type;//商品类型

	union //因为这些类型只在gift_list中用一次所以并没有写名字
	{
		struct
		{
			char book_name[20];//书名
			char auther[20];//作者
			int pages;//页数
		}book;
		struct
		{
			int red;//颜色
		}cup;
		struct
		{
			char design[20];//设计
			int red;//颜色
			int sizes;//尺寸
		}shirt;
	}item;
};

这里再举一个例子假设张三和李四一个想做早餐生意一个想做晚餐生意，他们分别租了一个铺子，这就类似结构体做法但他们商量好租一个铺子，早上时张三在这个铺子里做早操生意，晚上时李四在这个铺子里做晚餐生意，两个人只需支付一间铺子的租金就能完成两个人的生意，既节省了金钱又减少了资源浪费，并且他们互不影响，这就类似于联合体

5、联合练习

写一个程序，判断当前机器是大端还是小端

#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 1;
	if (*(char*)&a == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

上面是我们之前的代码

#include <stdio.h>

union U
{
	char a;
	int b;
};

int main()
{
	union U u = { 0 };
	u.b = 1;
	if (u.a == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

上面是我们用联合体的特点来实现的

这里联合体的特点就恰好解决了我们怎么在4个字节中拿出第一个字节的问题

二、枚举类型

1、枚举类型的声明

在现实生活中，有些值是有限的，是可以一一列举出来的，比如：星期只有星期一到星期日，三原色只有红、绿、蓝，性别只有男、女和保密等。这些数据的表示就可以使用枚举。枚举就是一一列举的意思。

枚举类型的关键字是enum

enum Sex//性别
{
	//Sex的三种可能取值
	MALE,
	FEMALE,
	SECRET
};
enum Color//颜色
{
	//三原色的三种可能取值
	RED,
	GREEN,
	BLUE
}；

上面定义的 enum Sex, enum Color 就是枚举类型。{ }中的内容是枚举类型的可能取值，也叫枚举常量。枚举类型的用法：

#include <stdio.h>
enum Sex//性别
{
	//Sex的三种可能取值
	MALE,
	FEMALE,
	SECRET
};
int main()
{
	enum Sex sex1 = MALE;
	enum Sex sex2 = FEMALE;
	return 0;
}

上面用声明的枚举类型创建了两个枚举类型变量，我们可以并且只可以给这两个变量赋Sex的三种可能取值。也就是说我们给枚举类型赋值时赋的是它的可能取值。

这些可能取值有没有什么特点呢？

也就是说，枚举常量的值默认是从0开始的，依次递增。并且其值也就可以修改的。枚举常量的值会根据它前面的值而递增1。

2、枚举类型的优点

因为数字0、1、2并没有实际的意义，枚举类型可以让我们使用MALE的时候就表示数字0，使用FEMALE的时候就表示数字1，这样代码的可读性就增加了。枚举的作用就是给一些常量起一个名字，使它具有实际意义。虽然宏定义也可以定义常量，但枚举类型相较于宏定义有更多的优点。

增加代码的可读性和可维护性
和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨
便于调试，预处理阶段会删除#define定义的符号
使用方便，一次可以定义多个常量
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

3、枚举类型的使用

枚举类型的使用很简单，创建枚举类型，用枚举类型创建变量，再用枚举类型的可能取值给它赋值就行。为了加深对枚举类型优点的理解，这里举一个我们之前写过的计算器的例子。

#include <stdio.h>
//只表示大概逻辑，并未完整
void menu()
{
	printf("################################\n");
	printf("########  1.add   2.sub  #######\n");
	printf("########  3.mul   4.div  #######\n");
	printf("########      0.exit     #######\n");
	printf("################################\n");
}

int main()
{
	int input = 0;
	do
	{
		menu();
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			break;
		case 2:
			break;
		case 3:
			break;
		case 4:
			break;
		case 0:
			printf("退出计算器!\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误，请重新选择！\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

上面代码的逻辑是，选1表示算加法，选2表示算减法，选3表示算乘法，选4表示算除法。但是 case 1、case 2中的数字本身是没有实际意义的，当别人看这个代码时并不知道1234代表什么意思。因此，在今天我们学了枚举后，可以定义枚举类型来解决这件事，提高代码的可读性。

#include <stdio.h>
//只表示大概逻辑，并未完整

enum option
{
	EXIT,//0
	ADD,//1
	SUB,//2
	MUL,//3
	DIV//4
};

void menu()
{
	printf("################################\n");
	printf("########  1.add   2.sub  #######\n");
	printf("########  3.mul   4.div  #######\n");
	printf("########      0.exit     #######\n");
	printf("################################\n");
}

int main()
{
	int input = 0;
	do
	{
		menu();
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case ADD:
			break;
		case SUB:
			break;
		case MUL:
			break;
		case DIV:
			break;
		case EXIT:
			printf("退出计算器!\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误，请重新选择！\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

我们用ADD,SUB,MUL,DIV代替1234就直观多了