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[（三） 联合体大小的计算](#（三） 联合体大小的计算)
[1、场景 1：礼品兑换单设计（节省内存）](#1、场景 1：礼品兑换单设计（节省内存）)
[2、场景 2：判断机器大小端存储](#2、场景 2：判断机器大小端存储)
[1、场景 1：switch-case 分支（计算器菜单优化）](#1、场景 1：switch-case 分支（计算器菜单优化）)
[2、场景 2：函数参数限制（限定输入范围）](#2、场景 2：函数参数限制（限定输入范围）)
[（四）枚举与 #define 的对比（优点）](#define 的对比（优点）)
一、联合体
联合体（union，又称 "共用体"）是一种特殊的自定义类型，所有成员共享同一块内存空间，核心价值是在特定场景下节省内存（避免存储互斥的冗余数据）。
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。
（一）联合体类型的定义
1、语法格式
cpp
// 定义方式
union 联合体类型名 {
成员类型1 成员名1;
成员类型2 成员名2;
...
成员类型n 成员名n;
};
// 声明方式
union 联合体类型名; // 仅声明联合体的存在，不定义其成员（称为"不完全类型"）2、关键字与内存分配原则
**（1）关键字：**union（对比结构体 struct、枚举 enum）。
（2）内存分配原则： 编译器仅为最大成员分配足够的内存空间（所有成员共享此空间）。
3、示例：基础联合体定义与内存验证
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
// 声明联合体：包含 char（1字节）和 int（4字节）
union Un {
char c; // 成员1：1字节
int i; // 成员2：4字节
};
int main() {
union Un un;
// 1. 计算联合体大小：最大成员（int）的大小，结果为 4
printf("联合体大小：%zd\n", sizeof(un));
// 2. 验证成员共享内存：所有成员的起始地址相同
printf("&un = %p\n", &un); // 联合体变量地址
printf("&un.c = %p\n", &un.c); // 成员c的地址
printf("&un.i = %p\n", &un.i); // 成员i的地址
return 0;
}
输出结果：三个地址完全相同，证明成员共享内存。
（二）联合体的核心特点
1、内存共享
所有成员共用同一块空间，修改一个成员会覆盖其他成员的值。
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
union Un {
char c;
int i;
};
int main() {
union Un un;
un.i = 0x11223344; // 给int成员赋值（4字节）
printf("修改前 un.c = 0x%x\n", un.c); // 输出 0x44（小端存储下的首字节）
un.c = 0x55; // 修改char成员（覆盖首字节）
printf("修改后 un.i = 0x%x\n", un.i); // 输出 0x11223355（首字节被改为55）
return 0;
}
2、瞬时独占性
同一时间只能有效使用一个成员（因为修改一个会影响其他），需自行维护 "当前有效成员" 的逻辑。
3、与结构体的本质区别
| 对比维度 | 结构体（struct） | 联合体（union） |
|---|---|---|
| 内存分配方式 | 为每个成员单独分配独立的内存空间 | 所有成员共享同一块内存空间 |
| 成员独立性 | 成员相互独立，修改一个成员不会影响其他成员 | 成员互斥，修改一个成员会覆盖其他成员的值 |
| 内存占用大小 | 所有成员内存大小之和 (需考虑内存对齐) | 等于联合体中最大成员的内存大小（需考虑内存对齐） |
| 适用场景 | 存储关联且需同时存在、同时访问的数据（例如：学生信息包含的姓名、年龄、学号、成绩） | 存储互斥且不同时使用的数据 （例如：商品属性中，"重量" 与 "体积" 仅需保留其一，或 "整数价格" 与 "小数价格" 二选一） |
（三） 联合体大小的计算
1、两个规则
联合体大小需遵循两个规则，本质是平衡内存利用率与 CPU 访问效率（内存对齐）：
（1）基础规则：联合体大小至少是最大成员的大小。（需容纳最大成员）
（2）对齐规则：若最大成员的大小 不是最大对齐数的整数倍 ，需填充内存至最大对齐数的整数倍。（为了让所有成员都能满足自身对齐要求）
（3）关键概念：对齐数
① 每个成员的对齐数 = 编译器默认对齐数（通常为 4 或 8）与成员自身大小的较小值。
② 联合体的最大对齐数 = 所有成员对齐数中的最大值。
2、具体示例
（1）示例 1：含数组与 int 的联合体
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
// 联合体：char arr[5]（5字节，对齐数1）、int i（4字节，对齐数4）
union Un1 {
char arr[5]; // 成员1：5字节，对齐数1
int i; // 成员2：4字节，对齐数4
};
int main() {
// 计算大小：最大成员大小5，最大对齐数4；5不是4的倍数，填充至8（4×2）
printf("union Un1 大小：%zd\n", sizeof(union Un1)); // 输出 8
return 0;
}（2）示例 2：含短整型数组与 int 的联合体
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
// 联合体：short arr[7]（14字节，对齐数2）、int i（4字节，对齐数4）
union Un2 {
short arr[7]; // 成员1：7×2=14字节，对齐数2
int i; // 成员2：4字节，对齐数4
};
int main() {
// 计算大小：最大成员大小14，最大对齐数4；14不是4的倍数，填充至16（4×4）
printf("union Un2 大小：%zd\n", sizeof(union Un2)); // 输出 16
return 0;
}（四）联合体的典型应用场景
1、场景 1：礼品兑换单设计（节省内存）
（1）问题
礼品兑换单需描述三种商品（图书、杯子、衬衫），它们有公共属性（库存量、价格、类型），但特殊属性互斥（图书需书名 / 作者，杯子需设计，衬衫需设计 / 颜色 / 尺寸）。若用结构体存储所有属性，会浪费大量内存（如描述图书时，杯子 / 衬衫的特殊属性空间闲置）。
（2）解决方案：
用联合体存储特殊属性（互斥数据共享空间），结构体存储公共属性。
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
// 礼品兑换单结构体：使用 "公共属性+联合体存储特殊属性" 的设计
struct GiftList {
int stock_number; // 公共属性：库存量
float price; // 公共属性：价格
char type; // 公共属性：商品类型（'B'=图书，'M'=杯子，'S'=衬衫）
// 联合体：存储互斥的特殊属性，成员共享内存
union {
struct {
char title[50]; // 特殊属性：书名
char author[30]; // 特殊属性：作者
int pages; // 特殊属性：页数
} book;
struct {
char design[30]; // 特殊属性：设计图案
} mug;
struct {
char design[30]; // 特殊属性：设计图案
char color[20]; // 特殊属性：可选颜色
char size[10]; // 特殊属性：可选尺寸
} shirt;
} info;
};
int main() {
// 1. 初始化图书数据
struct GiftList book_gift = {
.stock_number = 100, // 图书库存
.price = 59.9f, // 图书价格（补充打印）
.type = 'B', // 商品类型（图书）
.info.book = { // 初始化图书特殊属性，符合文件联合体初始化规则
"C语言程序设计", // 书名
"张三", // 作者
300 // 页数（补充打印）
}
};
// 完整打印图书所有属性：公共属性（库存、价格、类型）+ 特殊属性（书名、作者、页数）
printf("==================== 图书信息 ====================\n");
printf("商品类型：%c（'B'=图书）\n", book_gift.type);
printf("书名：《%s》\n", book_gift.info.book.title);
printf("作者：%s\n", book_gift.info.book.author);
printf("页数：%d 页\n", book_gift.info.book.pages);
printf("库存量：%d 本\n", book_gift.stock_number);
printf("单价：%.1f 元\n", book_gift.price); // 浮点型打印保留1位小数，更直观
printf("==================================================\n");
printf("\n");
// 2. 初始化衬衫数据
struct GiftList shirt_gift = {
.stock_number = 50, // 衬衫库存
.price = 99.0f, // 衬衫价格（补充打印）
.type = 'S', // 商品类型（衬衫）
.info.shirt = { // 初始化衬衫特殊属性，符合文件联合体初始化规则
"条纹", // 设计图案
"白色/蓝色", // 可选颜色
"M/L/XL" // 可选尺寸（补充打印）
}
};
// 完整打印衬衫所有属性：公共属性（库存、价格、类型）+ 特殊属性（设计、颜色、尺寸）
printf("==================== 衬衫信息 ====================\n");
printf("商品类型：%c（'S'=衬衫）\n", shirt_gift.type);
printf("设计图案：%s\n", shirt_gift.info.shirt.design);
printf("可选颜色：%s\n", shirt_gift.info.shirt.color);
printf("可选尺寸：%s\n", shirt_gift.info.shirt.size); // 补充尺寸打印
printf("库存量：%d 件\n", shirt_gift.stock_number);
printf("单价：%.1f 元\n", shirt_gift.price); // 浮点型打印保留1位小数
printf("==================================================\n");
return 0;
}2、场景 2：判断机器大小端存储
（1）大小端定义
**① 大端存储：**数据的高位字节存放在低地址（如 0x11223344 存储为 11 22 33 44）。
**② 小端存储：**数据的低位字节存放在低地址（如 0x11223344 存储为 44 33 22 11）。
（2）核心思路
利用联合体成员共享内存的特性，给 int 成员赋值 1（二进制 0x00000001），通过 char 成员读取首字节值：
若首字节为 1（低地址存低位字节），则为小端。
若首字节为 0（低地址存高位字节），则为大端。
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
// 函数：判断大小端，返回1=小端，0=大端
int check_endian() {
// 定义匿名联合体（仅用一次，无需命名）
union {
int i; // 4字节成员
char c; // 1字节成员（共享首字节）
} un;
un.i = 1; // 给int赋值1，二进制 0x00000001
return un.c; // 读取首字节值：1=小端，0=大端
}
int main() {
if (check_endian() == 1) {
printf("当前机器为小端存储\n");
} else {
printf("当前机器为大端存储\n");
}
return 0;
}优势 ：代码简洁 （无需指针强制类型转换），逻辑直观（利用联合体内存共享特性）。
二、枚举
枚举类型（enum）是 C 语言中一种自定义类型，通过为整型常量赋予语义化名称，解决 "魔法数字" 导致的代码可读性差、维护成本高的问题，核心价值在于提升代码的直观性与可维护性。
（一）枚举的定义与语法
enum 枚举类型名 { 枚举常量1, 枚举常量2, ..., 枚举常量n };
1、枚举常量与枚举变量
（1）枚举常量
① 默认从 0 开始自动递增；
② 也可显式指定值，支持跳跃赋值，后续常量会基于前一个值递增。
cpp
// 计算器功能选项（显式赋值，与菜单数字对应）
enum Option {
EXIT = 0, // 退出（对应菜单0）
ADD = 1, // 加法（对应菜单1）
SUB = 2, // 减法（对应菜单2）
MUL = 3, // 乘法（对应菜单3）
DIV = 4 // 除法（对应菜单4）
};
// 状态机（默认从0递增）
enum State {
RUNNING, // 0：运行中
PAUSED, // 1：暂停
STOPPED // 2：停止
};关键特性：
枚举常量本质是整型，但通过命名体现语义（如 ADD 比 1 更直观）。C 语言中枚举常量可隐式转换为 int，但 C++ 中类型检查严格，需显式转换，如 (int)ADD 。
（2）枚举变量
通过枚举类型创建变量，如enum Week today = MONDAY;，变量仅能赋值为枚举常量。下面通过一个完整的例子来理解枚举变量的赋值规则：
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
// 定义枚举类型enum Week，包含7个枚举常量
enum Week {
ZERO,
MONDAY, // 枚举常量，默认值0
TUESDAY, // 枚举常量，默认值1
WEDNESDAY, // 枚举常量，默认值2
THURSDAY, // 枚举常量，默认值3
FRIDAY, // 枚举常量，默认值4
SATURDAY, // 枚举常量，默认值5
SUNDAY // 枚举常量，默认值6
};
int main() {
// 创建枚举变量today，类型是enum Week
enum Week today;
// 正确赋值：使用enum Week中定义的枚举常量
today = MONDAY; // 合法，将"周一"赋值给today
printf("今天是周几：%d\n", today); // 输出：今天是周几：0
today = FRIDAY; // 合法，将"周五"赋值给today
printf("今天是周几：%d\n", today); // 输出：今天是周几：4
// 错误赋值：使用非枚举常量（C语言可能警告，C++直接报错）
today = 3; // 不推荐：虽然3对应THURSDAY，但失去了枚举的可读性
today = 10; // 错误：10不是enum Week中定义的常量（超出范围）
today = "周一"; // 错误：类型不匹配（字符串不能赋值给枚举变量）
return 0;
}（二）枚举常量的自定义赋值
可显式指定枚举常量的值，未指定的常量会在前一个常量的基础上递增 1；
注意这不是在改动它，而是给它增加一个初始值，枚举里面的值是不能被修改的。
cpp
enum Week {
MON = 1, // 1
TUE, // 2（1+1）
WED = 5, // 5
THU // 6（5+1）
};（三）枚举的应用场景
1、场景 1：switch-case 分支（计算器菜单优化）
**（1）问题：**原始代码用数字 1/2/3/4 对应加减乘除，需记忆数字与功能的映射，可读性差。
（2）优化方案：用枚举常量替代数字，逻辑直观且无需记忆映射关系。
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
// 定义枚举类型
enum Option {
EXIT = 0,
ADD = 1,
SUB = 2,
MUL = 3,
DIV = 4
};
int main() {
int input = 0;
do {
// 打印菜单
printf("1. 加法\n2. 减法\n3. 乘法\n4. 除法\n0. 退出\n请选择：");
scanf("%d", &input);
// 用枚举常量判断分支
switch (input) {
case ADD: // 直观：直接对应"加法"
printf("执行加法\n");
break;
case SUB: // 直观：直接对应"减法"
printf("执行减法\n");
break;
case MUL:
printf("执行乘法\n");
break;
case DIV:
printf("执行除法\n");
break;
case EXIT:
printf("退出程序\n");
break;
default:
printf("选择错误，请重新输入\n");
}
} while (input != EXIT);
return 0;
}
2、场景 2：函数参数限制（限定输入范围）
通过枚举类型作为函数参数，强制调用者只能传入预定义的合法值，减少非法输入。在C语言中，为枚举类型的函数参数赋值，最好使用枚举常量；虽然在C语言中可以传入非枚举常量，但是在C++中是不允许的。
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h> // 包含printf函数所需头文件
// 1. 定义枚举类型Color，显式指定常量值（参考文件枚举声明语法）
enum Color {
RED = 1, // 红色，值为1
GREEN = 2, // 绿色，值为2
BLUE = 4 // 蓝色，值为4
};
// 2. 定义设置文本颜色的函数，参数为枚举类型Color（参考文件枚举函数参数用法）
void setColor(enum Color clr) {
// 通过switch-case匹配枚举常量，实现语义化分支（参考文件计算器案例逻辑）
switch (clr) {
case RED:
printf("设置为红色\n");
break; // 跳出分支，避免穿透
case GREEN:
printf("设置为绿色\n");
break;
case BLUE:
printf("设置为蓝色\n");
break;
default: // 处理非法枚举值（C中可能传入非枚举常量，增加健壮性）
printf("无效的颜色选项，请传入RED、GREEN或BLUE\n");
}
}
// 3. 主函数：调用setColor函数，验证枚举类型使用
int main() {
printf("=== 测试枚举类型设置文本颜色 ===\n");
// 正确调用：传入枚举常量（参考文件枚举变量赋值规则）
setColor(RED); // 输出"设置为红色"
setColor(GREEN); // 输出"设置为绿色"
setColor(BLUE); // 输出"设置为蓝色"
// 错误示例（C中允许，C++中报错）：传入非枚举常量（参考文件枚举类型安全说明）
// setColor(5); // 编译运行后输出"无效的颜色选项，请传入RED、GREEN或BLUE"
return 0;
}（四）枚举与 #define 的对比（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，只能在函数内使使用。
| 对比维度 | 枚举 | #define |
|---|---|---|
| 类型检查 | 有类型检查（C++ 中严格禁止整型与枚举类型隐式转换） | 无类型检查，仅文本替换 |
| 调试支持 | 保留符号信息，调试时可看到常量名（如 MALE） | 预处理阶段删除符号，调试时仅显示数值（如 0） |
| 批量定义 | 单次声明可定义多个关联常量，语法简洁 | 需逐一定义，繁琐且易出错 |
| 作用域 | 遵循块作用域（函数内声明的枚举仅限函数内使用） | 全局作用域，可能引发命名冲突 |
枚举的优势总结：
**① 消除魔法数字：**用 ADD 替代 1，无需记忆数值与功能的映射。
**② 增强可维护性：**若菜单功能调整（如新增 "取余"），仅需修改枚举定义，无需全局替换数字。
**③ 提升可读性：**代码逻辑直观，新手可快速理解 case ADD 对应 "加法" 操作。
三、联合体与枚举总结
| 类型 | 核心特性 | 关键优势 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| 联合 | 所有成员共享内存空间 | 节省内存（存储互斥数据） | 协议解析、变体记录、大小端判断 |
| 枚举 | 为整型常量赋予语义化名称 | 提升可读性、降低维护成本 | 菜单选项、状态机、配置参数 |
枚举与联合体均为 "轻量级" 自定义类型，合理使用可显著提升代码质量。
枚举 解决 "语义模糊" 问题，联合体****解决 "内存浪费" 问题，二者常结合结构体在实际项目中（如嵌入式协议、数据解析、资源管理）发挥重要作用。
以上即为 自定义类型：联合体与枚举 的全部内容，麻烦三连支持一下呗~
