C语言笔记第13篇：自定义类型（联合union和枚举enum）

1、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多个成员构成，这些成员可以是不同的类型。

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一块内存空间，所以联合体也叫：共用体

struct 是结构体类型前缀，union是联合体类型前缀。

和结构体一样，联合体类型的声明也是这样的：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
union U
{
    char c;
    int i;
};
int main()
{
    union U u = {0};
    printf("%d\n",sizeof(u));
    return 0;
}

结果为4个字节；不对啊！一个int类型成员是4字节，还有一个char类型的成员，加起来怎么说也得有5个字节，为什么只有4个字节呢？这就是联合体的特点。

看下面的代码：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
union U
{
    char c;
    int i;
};
int main()
{
    union U u = { 0 };
    printf("%p\n", &u);
    printf("%p\n", &(u.i));
    printf("%p\n", &(u.c));
    return 0;
}

运行结果：

三个地址还是一样，我们可以来分析一下为什么。如果三个地址一样可以说明这个联合体变量只有一块4个字节的空间，所以联合体变量本身的地址就是这块空间的首字节地址，然后就是2个成员，2个成员的地址相同说明什么，说明它们共用一块空间，这就是联合体的特点。

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）

知道了联合体的特点，那来看一下以下代码会打印什么：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
union U
{
    char c;
    int i;
};
int main()
{
    union U u = { 0 };
    u.i = 0x11223344;
    u.c = 0x55;
    printf("%#x\n", u.i);
    return 0;
}

运行结果：

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。

cpp 复制代码

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

cpp 复制代码

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

1.4 联合体大小的计算

联合体的大小至少是最大成员的大小。

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。

联合体的最终大小也是要对齐到最大对齐数的整数倍的，既然知道了联合体大小的计算，那来计算一下这个代码的结果：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
union Un1
{
    char c[5];
    int i;
};
union Un2
{
    short c[7];
    int i;
};
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(union Un1));
    printf("%d\n", sizeof(union Un2));
    return 0;
}

运算结果：

最大对齐数还是4，因为成员i是最大对齐数，千万不要以为数组的整体大小才算对齐数，其实数组的对齐数就是数组每个成员类型的大小。

1.5 联合体的应用场景

知道了联合体是什么，什么特点以及怎么使用，那联合体的应用场景是什么？

先举个例子：比如我想写一个游戏，需要有一个架构来保存角色的不同职业信息。那有人可能会写出这样的代码：

cpp 复制代码

struct Game
{
	//角色基础信息
	char name[20];//名字
	char sex[5];//性别
	enum color c;//角色头发颜色
	
	//剑士
	int l1;//攻击
	struct K k;//剑士技能

	//刺客
	int j1;//机敏
	struct C c;//刺客技能
};

当我选择剑士时，只使用给剑士数据开辟的空间，当我选择刺客时，只使用给刺客数据开辟的空间。虽然只选择一个职业时，只给一个职业的内存存入数据。由于是结构体，另一个未选择的职业也是有开辟空间的。这就导致了开辟了多余的空间但却空着不使用，从而造成了空间浪费。这时候联合体union就派上了用处，如果只想给架构中一部分变量的内存存入数据，并保证另一部分不占用空余的空间就使用联合体。相当于两个不同角色职业的数据可以存储在同一个内存空间，但并不是两个一块存储，而是有一方需要存入数据时保证另一方不占用多余空间，而使用另一方存入数据时保证这一方不会占用多余的空间，这就是联合体的作用

cpp 复制代码

struct Game
{
	//角色基础信息
	char name[20];//名字
	char sex[5];//性别
	enum color;//角色头发颜色

    //职业数据
	union{  //如果在内部创建只使用一次，创建一次内部可以无限调用，所以可以在结构体内部创建匿名联合体或结构体
		//剑士
		struct{
			int l1;//攻击
			struct K Sdm;//剑士技能
		}Swordsman;
		
		//刺客
		struct{
			int j1;//机敏
			struct C Asin;//刺客技能
		}assassin;
	}un;
};

这下应该知道union联合体的作用了吧！

**union联合体的应用场景：**当有两个或多个相同类型的数据需要一个结构来集成在一起，但是每次使用只使用一个类型的空间，我们可以将这多个类型的全部集成一个联合体，每个类型的地址都是一块空间，相当于共用一块，使用一个类型也保证了其他类型不额外占用多余空间。

联合体练习：

我们也可以通过联合体来判断当前场景为大端还是小端：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
union Un
{
	int i;
	char c;
};//因为是共用4个字节，并且两个成员的地址都是首字节低地址处
int main()
{
	union Un un = { 0 };
	un.i = 1;//将里面的i赋值为1，小端会将1的低位字节放在低地址处，大端会将低位字节放在高地址处
	if (un.c == 1)//成员c本身就是这块空间的低地址，只需要判断低地址处的是1还是0
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

2、枚举类型

2.1 枚举类型的声明

没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月，也可以一一列举

三原色，也是可以一一列举

这些数据的表示就可以使用枚举了。

cpp 复制代码

enum Day//星期
{
	Mon,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
enum Sex//性别
{
	MALE,
	FAMALE,
	SECRET
};
enum color//颜色
{
	RED,
	GREEN,
	BLUE
};

这里枚举里的常量都是列出的枚举类型的可能取值

这些列出的可能取值被称为：枚举常量

每个枚举里的常量，从第一个默认都是0，依次向下增长的常量集合。

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
enum Day//星期
{
	Mon,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
int main()
{
	printf("%d %d %d %d %d %d %d\n", Mon, Tues, Wed, Thur, Fri, Sat, Sun);
	return 0;
}

运行结果：

从这里我们可以看出，枚举和（联合、结构体）的格式是不相同的，枚举里的不是成员，而是标识符常量，定义了这些标识符我们就可以直接使用该标识符来打印对应的常量，不用再额外创建该枚举类型变量再访问该标识符。所以简单来说枚举类型就是一堆标识符常量的集合类型。

如果不想默认从0开始打印我们就可以更改第一个标识符赋值一个值，后面的标识符的值则是该值依次增长所得到的值。

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
enum Day//星期
{
	Mon=5,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
int main()
{
	printf("%d %d %d %d %d %d %d\n", Mon, Tues, Wed, Thur, Fri, Sat, Sun);
	return 0;
}

运行结果：

注意：只有在声明枚举常量时里面的标识符可以被赋予一个初始值，但是声明好后在去给枚举里的标识符常量赋值是会报错的，原因是该标识符是常量，不能被更改。

cpp 复制代码

enum Day//星期
{
	Mon=5,
	Tues,
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun
};
int main()
{
	Mon = 10;//error
	return 0;
}

2.2 枚举类型的优点

为什么使用枚举呢？

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

cpp 复制代码

enum Color
{
	RED = 1,
	GREEN = 2,
	BLUE = 3
};
enum Color clr = GREEN;//使用枚举常量给枚举变量赋值

那是否可以拿整数给枚举变量赋值呢？在C语言中是可以的，但是在C++是不行的，C++的类型检查比较严格。

本篇博客到这里也就结束了，再见