【手撕C语言基础】联合体与枚举

news2024/11/20 20:43:37

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C语言是一门功能强大且灵活的编程语言，提供了许多特性和工具，使开发人员能够更好地控制和处理数据。在C语言中，联合体和枚举是两个重要的概念，它们提供了一种在程序中存储和操作不同类型数据的方式。本文将深入探讨联合体和枚举的概念、语法和用法，并通过实例分析来说明它们的实际应用。

一、联合体

1.联合体基本概念

联合体的外在形式跟结构体非常类似，但它们有一个本质的区别：结构体中的各个成员是各自独立的，而联合体中的各个成员却共用同一块内存，因此联合体也称为共用体，有一种“堆叠”的效果。

联合体的特点如下：

联合体的大小等于其中最大成员的大小，因为联合体中的成员共享同一块内存空间；
联合体各成员之间形成一种“互斥"的逻辑，在某个时刻只有一个成员有效；
联合体的成员可以是不同的数据类型，可以是基本类型（如整数、浮点数、字符等）或自定义类型（如结构体、枚举等）。
给联合体的某个成员赋值，会覆盖其他的成员，使它们失效。

2.联合体的定义语法

（1）联合体名字：用来区分各个不同的联合体；
（2）成员：是包含在联合体内部的数据，可以是任意的数据类型。

union 联合体名字 {
    成员类型 成员1;
    成员类型 成员2;
     ...
};

3.联合体操作

联合体的操作跟结构体形式上别无二致，但由于联合体特殊的存储特性，不管怎么初始化和赋值，最终都有且仅有一个成员是有效的。

联合体的初始化，成员引用，联合体指针综合实例：

#include <stdio.h>

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

int main() {
    // 初始化联合体
    union Data data1 = { .i = 10 };
    printf("Value of data1.i: %d\n", data1.i);

    // 成员引用
    data1.f = 3.14;
    printf("Value of data1.f: %.2f\n", data1.f);

    // 联合体指针的使用
    union Data *data2 = &data1;
    data2->i = 20;
    printf("Value of data1.i: %d\n", data1.i);

    return 0;
}

在上述示例中，我们定义一个名为 Data 的联合体，它有三个成员：整数 i 、浮点数 f和字符数组 str。然后，使用该联合体进行初始化、成员引用和联合体指针的使用。

二、枚举

1.枚举的概念与特点

枚举类型的本质是提供一种范围受限的整型，比如用0-6表示七种颜色，用0-3表示四种状态等，但枚举在C语言中并未实现其本来应有的效果，直到C++环境下枚举才拥有原本该有的属性。

枚举还是C语言中用于定义一组具有离散取值的常量的数据类型。枚举类型可以提高程序的可读性，并提供一种清晰地表示一组相关常量的方式。枚举的特点如下：

枚举类型是用户自定义的数据类型，由一组命名的常量组成。
枚举常量的取值是离散的，每个常量都具有唯一的整数值。
默认情况下，枚举常量的第一个值为0，后续常量的值依次递增。

2.枚举示例

我们定义一个名为 spectrum 的枚举类型，其中包含了颜色的枚举常量。这些常量分别是red、orange、yellow、green、blue、cyan和purple。我们可以使用这些常量来表示不同的颜色。

在 main 函数中，我们声明了一个枚举变量 color，并将其初始化为 orange，表示颜色为橙色。然后，我们打印出枚举变量 color 的值。

#include <stdio.h>

enum spectrum {
    red,
    orange,
    yellow,
    green,
    blue,
    cyan,
    purple
};

int main() {
    enum spectrum color = orange;
    printf("Color: %d\n", color);

    return 0;
}

枚举数据最重要的作用，是使用有意义的单词，来替代无意义的数字，提高程序的可读性。

三、联合体与枚举的综合应用

下面例程定义了一个结构体Data，其中包含一个枚举类型DataType的成员type和联合体类型DataValue的成员value。通过结合使用联合体和枚举，该例程实现了以下功能设计：

枚举类型DataType用于标识数据的类型，其中包含了三个常量：INTEGER、FLOAT和STRING。这些常量用于表示数据的类型，以便在处理数据时能够正确识别其类型。
联合体类型DataValue用于存储不同类型的数据值，其中包含了三个成员：整数i、浮点数f和字符数组str。这些成员共享同一块内存空间，只能同时存储其中一个成员的值。
结构体Data包含了两个成员：type和value。type成员用于存储数据的类型，通过枚举常量进行标识。value成员使用联合体类型DataValue来存储具体的数据值。
函数printData用于打印数据的值。根据数据的类型，它通过switch语句选择适当的输出格式并打印数据的值。

在main函数中，我们创建了三个Data类型的变量data1、data2和data3，分别表示一个整数、一个浮点数和一个字符串数据。然后，我们调用printData函数来打印这些数据的值，根据数据的类型选择适当的输出格式。

#include <stdio.h>

enum DataType {
    INTEGER,  // 整型
    FLOAT,    // 浮点型
    STRING    // 字符串型
};

union DataValue {
    int i;           // 整数
    float f;         // 浮点数
    char str[20];    // 字符串
};

struct Data {
    enum DataType type;       // 数据类型
    union DataValue value;    // 数据值
};

void printData(struct Data data) {
    switch (data.type) {
        case INTEGER:
            printf("整数: %d\n", data.value.i);
            break;
        case FLOAT:
            printf("浮点数: %.2f\n", data.value.f);
            break;
        case STRING:
            printf("字符串: %s\n", data.value.str);
            break;
        default:
            printf("无效的数据类型。\n");
            break;
    }
}

int main() {
    struct Data data1 = {INTEGER, {.i = 10}};
    struct Data data2 = {FLOAT, {.f = 3.14}};
    struct Data data3 = {STRING, {.str = "Hello"}};

    printData(data1);
    printData(data2);
    printData(data3);

    return 0;
}