C语言联合和枚举

news2024/12/25 1:34:45

1. 联合体
- 1.1 联合体类型的声明
- 1.2 联合体变量的创建
- 1.3 联合体的特点
- 1.4 联合体在内存中的存储
- 1.5 联合体使用举例
2. 枚举类型
- 2.1 枚举类型的声明
- 2.2 枚举变量的创建和初始化
- 2.3 枚举类型的大小
- 2.4 枚举类型的优点

正文开始

上次我们通过《C语言结构体详解》学习了结构体的相关知识，今天我们来学习一下结构体的亲戚联合和枚举，它们同结构体一样，都是C语言中的自定义类型，由一个或多个成员构成。因为本文所讲内容与结构体有很多相似之处，所以先学习结构体再食用本文更佳呦~

1. 联合体

1.1 联合体类型的声明

联合体的声明和结构体的声明类似：

union Un_name
{
	member-list;
};

其中：

union用来声明这是一个联合体
Un_name是联合体名
member-list为成员列表

1.2 联合体变量的创建

#include <stdio.h>

//联合体类型的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};

int main()
{
	//联合变量的定义
	union Un un = { 0 };
	un.i = 3;
	un.c = 'a';
	return 0;
}

联合体变量的创建以及初始化等与结构体基本相同，这里不再赘述。

1.3 联合体的特点

联合体的声明与结构体基本相同，那两者有什么区别呢？我们都知道结构体在内存中的存储符合内存对齐规则，这样做的好处就是增强了性能，但是却浪费了空间。而联合体主打一个节省空间，原因如下：

联合体成员共用一块内存（所以联合体又叫共用体）
联合体大小至少为最大成员的大小，这样才能确保能放下所有数据

我们写个代码验证一下：

# include <stdio.h>

union Un
{
	char c;
	int i;
};

int main()
{
	union Un un = { 0 };
	printf("%p\n", &(un.c));
	printf("%p\n", &(un.i));
	printf("%p\n", &un);
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述
由此我们验证了，结构体成员共用一块内存。

1.4 联合体在内存中的存储

联合体成员共用一块内存，那他们究竟是怎么存储的呢？

联合体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
由于联合体成员共用同一块内存，所以一般独立使用各个联合体成员

例如：

#include <stdio.h>

union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};

union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};

int main()
{
	printf("Un1 -> %zd\n", sizeof(union Un1));
	printf("Un2 -> %zd\n", sizeof(union Un2));
	return 0;
}

在内存中的存储情况如下：
在这里插入图片描述

上图可以看出，整个联合体的大小满足两个条件：

至少是最大成员的大小
大小要对齐到最大对齐数的整数倍。例如 Un1 最大的对齐数是4，所以总大小补齐为8；Un2 最大的对齐数是4，所以总大小补齐为16

运行验证一下：
在这里插入图片描述

1.5 联合体使用举例

假如我们需要记录图书、杯子、衬衫三种商品的数据，每一种商品都有：库存量、价格、商品类型和一些其他信息：

图书：书名、作者、页数
杯子：设计
衬衫：设计、颜色、尺寸

如果我们使用结构体书写：

struct Product
{
	//共有属性
	int stock_number;//库存量
	double price;//价格
	int item_type;//商品类型

	//特有属性
	char title[20];//书名
	char author[20];//作者
	int num_page;//页数
	
	char design[30];//设计
	int colors;//颜色
	int sizes;//尺寸
};

这样写似乎没有什么问题，但一个结构中包含了所有商品的各种属性，当我们描述图书的时候，就用不上设计、颜色和设计，这样就使得结构体的大小偏大，比较浪费内存。所以我们可以使用联合体书写：

struct Product
{
	//共有属性
	int stock_number;//库存量
	double price;//价格
	int item_type;//商品类型

	union
	{
		struct
		{
			char title[20];//书名
			char author[20];//作者
			int num_page;//页数
		}book;//图书
		struct
		{
			char design[30];//设计
		}mug;//杯子
		struct
		{
			char design[30];//设计
			int colors;//颜色
			int sizes;//尺寸
		}shirt;//衬衫
	}item;
};

这样就相当于把三种商品的特有属性共存在一块内存中，使用时也相互独立，这样保证了正常使用，也能够节省空间。

2. 枚举类型

枚举，顾名思义就是一个一个列举，比如我们现实生活中：

星期一到定期日可以列举
性别可以列举
月份可以列举

2.1 枚举类型的声明

枚举类型的声明与结构体类似：

enum Enum_name
{
	value1,
	value2,
	value3,
	//...
};

使用关键字enum来声明枚举类型
Enum_name为枚举名
{}中的内容为枚举类型的可能取值，称作枚举常量。
枚举常量之间由,隔开
枚举常量都是有初始值的，默认从0开始，步长为1依次递增。
给定枚举常量的值，就类似于#define定义标识符，只不过#define是在预处理阶段完成的，枚举类型是在编译阶段完成的

例如：

enum Color
{
	RED,//0
	GREEN,//1
	BLUE//2
};

我们也在声明枚举类型时赋值：

enum Color1
{
	RED=3,//3
	GREEN,//4
	BLUE//5
};

enum Color2
{
	RED=3,//3
	GREEN=5,//5
	BLUE=7//7
};

enum Color3
{
	RED,//0
	GREEN=3,//3
	BLUE//4
};

对于枚举类型的理解：
声明一个枚举，就是定义了一种类型，这种类型的可能取值就是枚举常量的值

2.2 枚举变量的创建和初始化

枚举变量的创建和初始化与结构体类似，这里只做演示，详情不再赘述。

enum Color
{
	RED,//0
	GREEN,//1
	BLUE//2
};

int main()
{
	enum Color red = 0;//等同于RED
	//定义了一个类型为 enum Color 的枚举变量red
	//变量 red 的值为0，也就是RED
	return 0;
}

2.3 枚举类型的大小

枚举是一种数据类型，它的可能取值就使枚举常量的值，枚举常量本质都是整型，也就是说，不管是枚举类型，还是枚举变量，亦或是枚举常量，它们的大小都与整型相同，都是4个字节，下面我们验证一下：

#include <stdio.h>

enum Color
{
	RED,
	GREEN,
	BLUE
};

int main()
{
	enum Color red;
	printf("%d\n", sizeof(enum Color));//枚举类型
	printf("%d\n", sizeof(RED));//枚举常量
	printf("%d\n", sizeof(GREEN));//枚举常量
	printf("%d\n", sizeof(BLUE));//枚举常量
	printf("%d\n", sizeof(red));//枚举变量
	return 0;
}