C语言——联合和枚举

news2024/9/24 1:22:58

目录

一、联合体

1.1 联合体类型的声明

1.2 联合体的特点

1.3 相同成员的结构体和联合体对比

1.4 联合体大小的计算 

1.5 联合的⼀个练习 

二、枚举类型 

2.1 枚举类型的声明

2.2 枚举类型的优点 

2.3 枚举类型的使用

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。

创建联合和创建结构的方式相同，需要一个联合模板和联合变量。下面是几种定义联合体变量的方法：

方法一：先创建模板，再定义变量

// 创建联合体模板union perdata
union perdata
{
    int Class;
    char Office;
};
// 使用该联合体模板创建两个变量a, b
union perdata a,b;

此处，perdata是联合体名，该名字是由我们任意定的，但是尽量起个有意义的名称。其相当于一个模板，可以使用这个模板去定义变量a、b。定义的时候不要忘了union。

方法二：同时创建模板和变量

// 创建联合体模板union perdata的同时定义两个变量a、b
union perdata
{
    int Class;
    char Office;
}a,b;

这与方法一差不多。

方法三：省略联合体名

union
{
    int Class;
    char Office;
}a,b;

相对于方法一与方法二，此处省略了联合体名。虽然更简洁了，但是因为没有了名字，后面就不能用该联合体定义新的变量。

方法四：使用typedef

// 联合体模板union perdata重新命名为perdata_U
typedef union perdata
{
    int Class;
    char Office;
}perdata_U;
// 使用新名字perdata_U创建两个变量a, b
perdata_U a,b;

此处使用typedef为联合体模板union perdata定义一个别名perdata_U。

初始化联合体

联合体的初始化与结构体不同，联合体只能存储一个值。联合体有三种初始化方法：

perdata_U a;
a.Class = 10;
perdata_U b = a;				/* 1、把一个联合初始化为另一个同类型的联合； */
perdata_U c = {20};				/* 2、初始化联合的第一个成员； */
perdata_U d = {.Office = 30};   /* 3、根据C99标准，使用指定初始化器。 */
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）。

//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：


//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：

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。

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 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。

#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，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

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;
};
1.5 联合的⼀个练习 

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。

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
};

枚举类型需要先定义后使用，这里的定义是类型的定义，不是枚举变量的定义。

既然枚举也是一种数据类型，那么它和基本数据类型一样也可以对变量进行声明。

方法一：枚举类型的定义和变量的声明分开

//先定义类型
enum DAY    //类型名称就是enum DAY
{
      MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
};
 
//后声明变量
enum DAY yesterday;
enum DAY today;
enum DAY tomorrow; //变量tomorrow的类型为枚举型enum DAY
enum DAY good_day, bad_day; //变量good_day和bad_day的类型均为枚举型enum DAY

方法二：类型定义与变量声明同时进行

enum //跟第一个定义不同的是，此处的标号DAY省略，这是允许的。
{
    saturday,
    sunday = 0,
    monday,
    tuesday,
    wednesday,
    thursday,
    friday
} workday; //变量workday的类型为枚举型enum DAY
 
//变量days的类型为枚举型enum week
enum week { Mon=1, Tue, Wed, Thu, Fri Sat, Sun} days; 
 
//定义枚举类型并声明了两个枚举型变量
enum BOOLEAN { false, true } end_flag, match_flag;

第二种方式的变量定义是一次性的，后面要想再定义同类型变量就不行了。

第一种方式更灵活。

方法三：用typedef关键字将枚举类型定义成别名，并利用该别名进行变量声明

typedef enum workday
{
    saturday,
    sunday = 0,
    monday,
    tuesday,
    wednesday,
    thursday,
    friday
} workday; //此处的workday为枚举型enum workday的别名
 
//或者
//enum workday中的workday可以省略
typedef enum
{
    saturday,
    sunday = 0,
    monday,
    tuesday,
    wednesday,
    thursday,
    friday
} workday; //此处的workday为枚举型enum workday的别名
 
 
//定义变量
//变量today和tomorrow的类型为枚举型workday，也即enum workday
workday today, tomorrow;

注意：

同一个程序中不能定义同名的枚举类型，不同的枚举类型中也不能存在同名的命名常量。

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

1、先声明后赋值（常用）

#include<stdio.h>
 
/* 定义枚举类型 */
enum DAY { MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN };
 
void main()
{
    /* 使用基本数据类型声明变量，然后对变量赋值 */
    int x, y, z;
    
    x = 10;
    y = 20;
    z = 30;
    
    /* 使用枚举类型声明变量，再对枚举型变量赋值 */
    enum DAY yesterday, today, tomorrow;
    
    yesterday = MON;
    today     = TUE;
    tomorrow  = WED;
 
    printf("%d %d %d \n", yesterday, today, tomorrow);
}

就像各种类型都有取值范围一样，枚举变量只能接收枚举类型中定义好的符号值（实质是一个int类型的数据）。

2、声明的同时赋值

#include <stdio.h>
 
/* 定义枚举类型 */
enum DAY { MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN };
 
void main()
{
    /* 使用基本数据类型声明变量同时对变量赋初值 */
    int x=10, y=20, z=30;
 
    /* 使用枚举类型声明变量同时对枚举型变量赋初值 */
    enum DAY yesterday = MON, 
             today = TUE,
             tomorrow = WED;
 
    printf("%d %d %d \n", yesterday, today, tomorrow);
}

3、类型定义、变量声明和赋值同时进行（不推荐，会引入全局变量）

#include <stdio.h>
 
/* 定义枚举类型，同时声明该类型的三个变量，并赋初值。它们都为全局变量 */
enum DAY
{
    MON=1, 
    TUE,
    WED,
    THU,
    FRI,
    SAT,
    SUN 
}
yesterday = MON, today = TUE, tomorrow = WED;
 
/* 定义三个具有基本数据类型的变量，并赋初值。它们都为全局变量 */
int x = 10, y = 20, z = 30;
 
void main()
{
    printf("%d %d %d \n", x, y, z); //输出：10 20 30
    printf("%d %d %d \n", yesterday, today, tomorrow); //输出：1 2 3
}

 补充

对枚举型的变量可以直接赋任意整数值，如果赋值浮点数，也会自动去掉小数部分。

赋整数值时，可直接赋值，因为枚举的本质就是整型（int）数据的集合。

#include <stdio.h>
 
int main()
{	
	enum week
	{
		MON, TUE, WEN
	};
	
	enum week oneday = 100;
	
	printf("%d,Hello, World! \n", oneday); //100,Hello, World! 
}

其实，更正规的做法是进行显式的强制类型转换：

#include <stdio.h>
 
int main()
{	
	enum week
	{
		MON, TUE, WEN
	};
	
	enum week oneday = (enum week)100;
	
	printf("%d,Hello, World! \n", oneday); //100,Hello, World! 
}

但是不强制转换也可以，和第一个示例一样，不加的话就是隐式类型转换，不会出错。

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