【C语言】自定义类型之联合和枚举

1. 前言

在之前的博客中介绍了自定义类型中的结构体，有想了解的可以点这个链接：link
今天来分享另外两种类型：联合和枚举。

2. 联合体

2.1 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。

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我们举个例子来看一下：

我们发现在联合体中的大小占4个字节，这是为什么呢？

我们来看看它每个成员的地址

我们发现那三个的地址都是一样的。
改到32位平台上发现内存地址还是一样的。

也就是说它们共用一块空间

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给联合体其中⼀个成员赋值，其他成员的值也跟着变化。
在同一个时间点只能使用一个联合体成员。

2.2 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）。

来看个例子

#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;
}

我们来看看在内存中的变换：


代码的输出，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。

2.3 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

结构体的代码：

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

联合体的代码：

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

对于结构体来说就占了8个字节，浪费了3个字节，而联合体占了4个字节。

2.4 联合体大小的计算

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。

举个例子：计算下面两个联合体的大小?

#include <stdio.h>union Un1
{char c[5];//5   1 8 1int i;//4       4 8 4
};union Un2
{short c[7];//14   2   8  2int i;//4         4   8  4
};int main()
{printf("%d\n", sizeof(union Un1));//8printf("%d\n", sizeof(union Un2));//16return 0;
}

对于Un1，char c[5]，占五个字节，char类型占1个字节，对齐数默认是8，对比之后取对齐数取1。 int i，占4个字节，对齐数默认是8，对比之后取对齐数取4。所以等于5时，5不是4的倍数，就得浪费3个字节，取8。

对于Un2 ，short c[7]占14个字节，short占2个，对齐数默认是8，对比之后取对齐数取2； int i，占4个字节，对齐数默认是8，对比之后取对齐数取4。所以等于14时，14不是4的倍数，就得浪费2个字节，取16。

联合体的大小，并不是其中最大成员的大小

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使用联合体是可以节省空间的，
举例：

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、页数
杯子：设计
衬衫：设计、可选颜⾊、可选尺寸

如果我们使用结构体来定义这个活动的礼物时，

代码如下：

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。

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。
用联合体来实现，代码如下：

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;//页数}book;struct{char design[30];//设计}mug;struct{char design[30];//设计int colors;//颜色int sizes;//尺寸}shirt;}item;
};

这里使用了匿名结构体，这里的书、杯子和衬衫是不能同时存在的。就按照最大的结构体内存也就是书所占的大小来开辟空间，这样其它的也能放下。

我们就可以选择礼物及它的成员。

2.4 判断当前机器的大小端

在之间博客中有说明，这里就不过多讲述，有需要的可以查看; link

之前所写的代码是利用指针来判断的：

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

结果显示的是小端。

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这次我们使用联合体来判断

int check_sys()
{union{char c;int i;}u;u.i = 1;return u.c;
}int main()
{if (check_sys() == 1)printf("小端\n");elseprintf("大端\n");return 0;
}

也就是来判断一下u.c存的是0还是1？

结果和上面一样，是小端存储

3. 枚举

3.1 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
{//列出的是枚举类型的可能取值//这些列出的可能取值被称为：枚举常量Mon,Tues,Wed,Thur,Fri,Sat,Sun
};enum Sex
{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。

来看看日期的取值：

也就是：默认从0开始，依次递增1，一直到6。

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
};int main()
{printf("%d %d %d\n", RED, GREEN, BLUE);return 0;
}

3.2 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：

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

举个例子：实现一个简单计算器
我们就能将加减乘除设置成枚举类型，这样在主函数中进行对应的操作时就会知道就行的是哪中计算。
这里只是简单举个例子说明一下枚举的优点，具体的函数大家可以自行修改。

void menu()
{printf("*********************\n");printf("*** 1.add  2.sub  ***\n");printf("*** 3.mul  4.div  ***\n");printf("*** 0.exit        ***\n");printf("*********************\n");
}enum Option
{EXIT,//0ADD,//1SUB,//2MUL,//3DIV//4
};
int Add(int a, int b)
{return a + b;
}int Sub(int a, int b)
{return a - b;
}int Mul(int a, int b)
{return a * b;
}int Div(int a, int b)
{return a / b;
}int main()
{int input = 0;int a = 0;int b = 0;do{menu();printf("请选择:");scanf("%d", &input);scanf("%d %d", &a,&b);switch (input){case ADD:Add(a, b);break;case SUB:Sub(a, b);break;case MUL:Mul(a, b);break;case DIV:Div(a, b);break;default:break;}} while (input);return 0;
}

3.3 枚举类型的使用

enum Color//颜色
{RED = 1,GREEN = 2,BLUE = 4
};int main()
{enum Color clr = GREEN;//使用枚举常量给枚举变量赋值enum Color clr2 = 2;printf("%d\n", sizeof(clr));//4return 0;
}

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C++是不行的，C++的类型检查比较严格。

有错误请指出，大家一起进步！