C语言基础：（二十一）自定义类型：联合和枚举

前言

在C语言中，联合（union）和枚举（enum）是两种强大的数据类型，它们为开发者提供了灵活且高效的数据管理方式。联合通过共享内存空间的方式，允许同一块内存区域存储不同类型的数据，从而优化内存使用并提升程序效率。枚举则通过定义一组命名的常量，使代码更具可读性和可维护性，尤其适用于状态机、选项配置等场景。深入理解联合和枚举的特性及其应用场景，能够帮助开发者编写更简洁、高效的代码，同时规避潜在的类型冲突和内存浪费问题。本文将探讨这两种数据类型的核心原理、使用方法以及实际案例，那么接下来就让我们开始吧！

一、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，这些成员可以是不同的类型。

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。所以联合体也被称为：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。

代码演示如下：

#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};
    //计算连联合变量的⼤⼩
    printf("%d\n", sizeof(un));
    return 0;
}

输出结果为：

4

那么为什么是4呢？

1.2 联合体的特点

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）。

下面我们来看两段代码：

代码一：

//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;
}

输出的结果为：

001AF85C
001AF85C
001AF85C

代码二：

//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;
}

输出的结果为：

11223355

我们发现代码一输出的三个地址是一模一样的，代码二的输出，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的内存布局图如下：

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。如下所示：

//结构体
struct S
{
    char c;
    int i;
};
struct S s = {0};

//联合体
union Un
{
    char c;
    int i;
};
union Un un = {0};

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齐数的整数倍的时候，就要对齐到最大对齐数的整数倍。

使用联合体是可以节省空间的，例如：

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

那我们先直接写出一下结构：

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。如下所示：

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;
};

1.5 联合的一个练习

利用联合体写一个程序，判断当前机器是大端还是小端？

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
}

二、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。比如我们的显示生活中：

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，也是可以一 一列举

我们要想表示这些数据就可以使用枚举了。如下所示：

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
};

上面定义的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。

这些可能的取值都是有值的，默认从0开始，一次递增1，当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值。如下所示：

enum Color//颜⾊
{
    RED=2,
    GREEN=4,
    BLUE=8
};

2.2 枚举类型的优点

我们可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？

枚举的优点如下：

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，只能在函数中使用。

2.3 枚举类型的使用

代码示例如下所示：

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

那么我们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++中是不行的，C++的类型检查是比较严格的。

总结

以上就是本期博客的全部内容了，如果大家觉得有帮助的话，请给博主点一个小小的赞哦！谢谢大家的支持！