【C语言基础】:自定义类型(二) -->联合和枚举

简介: 【C语言基础】:自定义类型(二) -->联合和枚举

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。


// 联合体的声明
union Un
{
  char c1;
  int i;
};
#include<stdio.h>
int main()
{
  union Un u = { 0 };  // 联合变量的定义
  printf("%zd\n", sizeof(u));  // 计算联合变量的大小
  return 0;
}

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从运行结果来看:这个联合体中有两个成员变量,一个整形和一个字符型,按理说应该是5个字节的大小,但这个联合体的大小却只有4个字节,这也就是联合体的特点了。


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(因为联合体至少得有能力保存最大的那个成员)。


【代码1】:


#include<stdio.h>
union Un
{
  char c1;
  int i;
};

int main()
{
  union Un u = { 0 };
  printf("%zd\n", sizeof(u));
   printf("%p\n", &u);
   printf("%p\n", &(u.c1));
   printf("%p\n", &(u.i));
  return 0;
}

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【代码2】:


#include<stdio.h>
union Un
{
  char c;
  int i;
};

int main()
{
  union Un u = { 0 };
  u.i = 0x11223344;
  u.c = 0x55;
  printf("%x\n", u.i);
  return 0;
}

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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。

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【结论】:联合体的成员是共用同一块内存空间的,修改一个其他的也会被修改。


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。


【结构体】:


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

【联合体】:

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

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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 Un
{
  char c[5];
  int i;
};

int main()
{
  union Un u = { 0 };
  printf("%zd\n", sizeof(u));
  return 0;
}

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以这题为例,这个联合体中最大的成员是char c[5],但这个联合体的大小却并不是5个字节的大小,而是8个字节,这说明联合体的大小不全是最大成员的大小。当最大成员的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。这里char c[5] 就相当于5个char 类型,也就是1个字节,VS的默认值是8,所以对齐数是1,int占4个字节,所以对齐数就是4,所以这个联合体的最大对齐数就是4,但5并不是4的倍数,即要浪费3个字节变为8个字节。


【结论】:联合体的大小也要是最大对齐数的倍数。


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


这题可以直接用结构体写:

struct gift_list
{
  // 公共属性
  int stock_number;  // 库存量
  double price;  // 价格
  int item_type;  // 商品类型
  // 特殊属性
  char title[20];  // 书名
  char author[20];  // 作者
  int num_pages;  // 页数

  char desgin[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;  // 价格
  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 desgin[30];  // 设计
    }mug;
    struct
    {
      char desgin[30];  // 设计
      int colors;  // 颜色
      int sizes;  // 尺寸
    }shirt;
  }item;
};

1.5 联合体练习

写⼀个程序,判断当前机器是大端?还是小端?


#include<stdio.h>
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\n");
  else
    printf("大端\n");
  return 0;
}

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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 // 三原色
{
  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 // 三原色
{
  RED,
  GREEN,
  BLUE
};

int main()
{
  enum Color color = RED;
  return 0;
}

枚举常量也是有值的。


#include<stdio.h>
enum Color // 三原色
{
  RED,
  GREEN,
  BLUE
};

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

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默认值从0开始,往后依次加一,也可以在声明枚举类型的时候也可以赋初值。


enum Color // 三原色
{
  RED = 5,
  GREEN,
  BLUE
};

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enum Color // 三原色
{
  RED,
  GREEN = 5,
  BLUE
};


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2.2 枚举的优点

为什么使用枚举?


学到这里,我们会发现枚举常量和 #define 有点类似,那为什么不直接用 #define 呢?


enum Color // 三原色
{
  RED,// 0
  GREEN,// 1
  BLUE// 2
};

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

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

【示例】:计算器


enum Option
{
  EXIT,
  ADD,
  SUB,
  MUL,
  DIV
};

int mian()
{
  int input = 0;
  printf("请选择:>");
  scanf("%d", &input);
  switch (input)
  {
  case ADD:  // 加法
    break;
  case SUB:  // 减法
    break;
  case MUL:  // 乘法
    break;
  case DIV:  // 除法
    break;
  case EXIT:  // 退出
    break;
  default:
    break;
  }
  return 0;
}

这样跟有利于我们代码的可读性。

注意:C语言中可以利用整数给枚举变量赋值,但是C++不可以,这是因为C++的类型检查比较严格。


enum Color // 三原色
{
  RED,// 0
  GREEN,// 1
  BLUE// 2
};

int main()
{
  // enum Color color = RED; // TRUE 
  enum Color color = 0;
  return 0;
}

enum Color color = 0; 这一句虽然在C语言中不会报错,但是在C++中会显示类型不同,无法赋值,就是因为C++的类型检查比较严格。

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