【自定义类型详解】完结篇——枚举与联合体(共用体)详解

简介: 【自定义类型详解】完结篇——枚举与联合体(共用体)详解

这篇文章我们继续来学习C语言中的另外两种自定义类型——枚举和联合(共用体),一起来学习吧!!!


1. 枚举

枚举也是C语言中的一种自定义类型。


1.1 什么是枚举

枚举顾名思义就是一 一列举。

把可能的取值一 一列举。

比如在我们的日常生活中:


每周的星期一到星期日都是有限的7天,可以一一列举

性别有:男、女,也可以一一列举。

月份有12个月,也可以一一列举


我们想描述这些值,就可以使用枚举。


1.2 枚举类型的定义

那枚举类型应该如果定义呢?


枚举的定义与结构体类似:

enum tag
{
  xx,
};

解释一下

45b710279cda41b4a2997b56ec27d3e0.png

要注意:枚举常量后面跟的是逗号’,'而不是分号,但是最后一个后面可以不加,这一点和结构体是不一样的。

举个例子:

enum Day//星期
{
  Mon,
  Tues,
  Wed,
  Thur,
  Fri,
  Sat,
  Sun
};

0262f4a68c264b49883eba4f94f6cc25.png

这就是一个枚举类型。 {}中的内容就是该枚举类型对应的所有可能取值。

1.3 枚举的使用与注意

那定义好了类型,我们就可以那这些类型来定义变量了:

比如:

enum Color//颜色
{
  RED,
  GREEN,
  BLUE
};
int main()
{
  enum Color col = RED;
}

使用enum Color这个类型定义一个变量,取值为RED。

  1. 这些大括号中的可能取值其实都是有值的,默认第一个为0,后面的依次递增1。

我们可以打印出来看一下:

int main()
{
  //enum Color col = RED;
  printf("%d\n", RED);
  printf("%d\n", GREEN);
  printf("%d\n", BLUE);
}

30cd1cc4ca304f62983f4aac16aee634.png

  1. 这些枚举类型的可能取值也叫做枚举常量,那既然是常量,就意味这不能被修改。

枚举常量不能修改:

5042d7d46db5425789fdd098b090d985.png

虽然不能修改,但是我们可以在定义是给它们赋初值。

enum Color//颜色
{
  RED=5,
  GREEN,
  BLUE
};

这次我们在打印它们的值看看是多少:

a711077be7e34a8a8b398c0dd5e96215.png

如果只给第一个赋初值,就从该初值开始,还是依次增1。

enum Color//颜色
{
  RED,
  GREEN = 7,
  BLUE
};

f871db9a1a114b0eb0528777334060d3.png如果中间某个赋初值,前面的还是默认值,后面的会依次增1。

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

8269689e462b448ebe3288d68835ad2e.png

全部赋初值,则按赋的值。

1.4 枚举的优点

学到现在,我们知道,枚举的取值就是一些常量嘛。

enum Color//颜色
{
  RED,
  GREEN,
  BLUE
};

我们这样给一个枚举,它们的默认值不就是0,1,2嘛。

那我们用#define不是也可以定义常量嘛。

#define RED 0
#define GREEN 1
#define BLUE 2

这样不是也可以嘛?


那我们为什么非要使用枚举呢?

既然我们选择使用它,就说明它是一些优点的。


那接下来,我们就来了解一下,枚举有哪些优点:


增加代码的可读性和可维护性

举个例子:


比如我们现在要写一个顺序表或者链表,我们知道,它们通常需要实现一些增删查改,打印,求长度,头插,尾插等等这些功能。

我们通常会搞一个switch语句,根据case后面不同的取值去调用不同的函数,来实现相应的功能。

最后我们还会做一个菜单,让用户在使用时根据菜单的提示做出相应的选择。

比如像这样的:

972a35994b6e40179a9e5e1bd80f05c7.png

这样我们在看代码的时候,看到switch语句中case后面的值,可能还需要翻到上面看看它对应的是哪个功能。


但是,如果我们的程序已经完全写好之后,我们case语句对应的值,是不是就确定了,就这几个取值了。

那这个时候,我们是不是就可以考虑用一个枚举呢?


枚举的取值都是常量,而case后面的值要求的也必须是整型常量表达式。

那我们就可以这样搞:

62779dbb16614326a3c49dd5fd3dbce9.png

每个枚举常量的默认值正好就是0到6。

现在就可以直接把这些枚举常量放在case后面了。

1eb296b6292f43e982705350effbc68c.png

我们可以按照自己的情况把它们的名字设置成我们容易理解的,然后替换0,1,2,3,4…这些数字。

这样有时候就可以达到增强代码可读性的目的。


除此之外,还有一些其它的优点,我们一起来看一下:


和#define 定义的标识符比较枚举有类型检查,更加严谨。

防止了命名污染(封装)

4. 便于调试

使用方便,一次可以定义多个常

2. 联合体(共用体)

联合体也是一种特殊的自定义类型


2.1 联合类型的定义

那联合体要怎么定义呢?


与结构体一样,联合类型也包含一系列的成员,特征是这些成员公用同一块空间(所以联合也叫共用体)。


举个例子:

union Un
{
  char c;
  int i;
};
int main()
{
  //联合变量的定义
  union Un un;
  //计算联合变量的大小
  printf("%d\n", sizeof(un));
  return 0;
}

2.2联合的特点

那现在大家来思考一个问题,上面的联合体变量un的大小是多少?

在这里要注意上面的一句话:这些成员公用同一块空间(所以联合也叫共用体)

联合体的成员共用一块空间。

那我们来看一下它的大小到底是多大?

2a7995907a144839803697117e4daba8.png

为什么是4个字节呢?


联合体un只有两个成员,char c; int i;c 大小1个字节,i是最大的成员4个字节。

那么因为它们共用同一块空间,所以四个字节就够了。

4个字节既可以放得下c ,也能放得下i。


所以:


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)。


那怎么证明它们是共用同一块空间的呢?

union Un
{
  int i;
  char c;
};
int main()
{
  union Un un;
  // 下面输出的结果是一样的吗?
  printf("%p\n", &(un.i));
  printf("%p\n", &(un.c));
  return 0;
}

我们是不是可以看一下它们的地址,如果共用一块空间,那地址肯定是一样的,对吧。

我们来看一下:

91648e6deb2d439ea36ac6558a5de785.png

我们打印出来成员i和c的地址,是一样的!!!

注:我们看到联合体访问成员和结构体的方式是一样的。(un.i)

那他们共用一块内存空间意味着什么呢?

是不是意味着它们不能同时存在啊,或者说它们不能同时使用。

就拿上面的哪个union Un来说:

ffb919957a1a4b05b9db5672285139ee.png

当我们使用成员 i 时,对于c来说,此时c的那一个字节里面是不是存的是 i 的内容,就相当于此时c是不存在的。

来看一段代码:

  un.i = 0x11223344;
  un.c = 0x55;
  printf("%x\n", un.i);

因为它们共用一块空间,上述代码中先给un.i赋值。

那此时un的四个字节的空间里放的应该是这样的内容:

假设左边低地址,右边高地址

a8e34f69c5b3448eac2802749a9c6202.png那我们在去给un.c赋值,是不是就会改变1个字节的内容(因为un.c是1个字节)。

应该就变成这样了:


20bc6a8310b44de1b9d2287f46c07b15.png

那我们再以printf("%x\n", un.i);(%x是以16进制形式打印)打印出来是不是就是11223355了。

来验证一下:

5c68b3f04e344daba3bb1982ee106e80.png

这样更好的验证了联合体的成员共用一块空间,不能同时存在。

2.3使用联合体解求机器字节序的问题

那接下来我们就使用联合体来解决一道题:

在之前的一篇文章——深度剖析整形数据在内存中的存储

中讲解过一道题:

94257e902ccc498894ff4bdbc1db6589.png

大家如果忘了字节序相关的知识可以去复习一下。

当时我们是这样解的:

#include <stdio.h>
int main()
{
  int a = 1;
  if ((*(char*)&a) == 1)
    printf("小端");
  else
    printf("大端");
  return 0;
}

94f5657aef5c4c70834a67f309ef80d0.png

现在还是同样的思路,我们换一种方法,借助联合体解这道题:

int check_sys()
{
  union un
  {
    int i;
    char c;
  }u;
  u.i = 1;
  return u.c;
}
int main()
{
  int ret = check_sys();
  if (ret == 1)
    printf("小端");
  else
    printf("大端");
  return 0;
}

解释一下:

首先我们知道 i, c肯定占用的是同一块空间:

f152694d22d94cfc8cfcbb5b7f6c140d.png

u.i = 1;执行之后,联合体u的4个字节里放的应该是

a36cea6c7b2548b39c5aa7421c2216d7.png

然后我们并没有给u.c赋值,而是直接返回u.c的值,那u.c只占1个字节,但是还是上面那四个字节的空间,所以返回的就是1,结果就应该是小端。

我们看一下结果:

1da393fa2b8d40bda7fd61c29c206b5e.png

2.4 联合体大小的计算

在联合体的特点里我们已经知道:


一个联合体的大小,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)

我们在上面举的例子中的联合体大小就是它的最大成员的大小,但是不是所有的联合体大小都是这样呢?

不是的,联合体大小的计算其实也要考虑对齐的。


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:

#include <stdio.h>
union Un1
{
  char c[5];
  int i;
};
int main()
{
  printf("%d", sizeof(union Un1));
  return 0;
}

参照上面的规则,大家思考union Un1的大小是多少?

是最大成员的大小,5个字节吗?

cb98fd427ae0461daa5471a6e4dfcd77.png

是8个字节哎!为什么呢?


我们一起来算一下:


首先最大成员的大小是几?

是不是5啊,最大的成员应该是char c[5];,大小5个字节,那按照上面第二条规则,我们是不是要判断一下5是不是最大对齐数的整数倍啊。

首先char c[5];,这里要注意,它是一个数组,计算它的的对齐数的时候比的是数组一个元素的大小和默认对齐数,去它们之中的较小值。

那char c[5];的类型是char,每个元素1个字节,小于8,所以对齐数是1;

另外一个成员int i;对齐数是4,5不是4的整数倍,所以要对齐到4的整数倍,因此union Un1的大小是8个字节。


好了,讲到这里,C语言中的自定义类型就全部学习完了。总共写了3篇文章,欢迎大家指正!!!

我们一起进步!!!

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