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C语言自定义类型联合体与枚举超详解

23 人参与  2024年09月22日 18:41  分类 : 《休闲阅读》  评论

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文章目录

1. 联合体1. 1 联合体类型的声明1. 2 联合体的特点1. 3 相同成员的结构体和联合体对比1. 4 联合体大小的计算1. 5 联合体的练习 2. 枚举2. 1 枚举类型的声明2. 2 枚举类型的优点2. 3 枚举类型的使用2. 4 枚举类型的实际使用


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。

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

输出结果:
输出结果

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)。

来看两个代码领会一下:
代码一

#include <stdio.h>//联合类型的声明union Un{char c;int i;};int main(){//联合变量的定义union Un un = { 0 };// 下⾯输出的结果是⼀样的吗?printf("%p\n", &(un.i));printf("%p\n", &(un.c));printf("%p\n", &un);return 0;}

这三个输出应该是一样的,因为联合体的特点是所有成员共用同一块内存空间,既然是同一块空间,那自然也是同一块地址了。
输出

代码二

#include <stdio.h>//联合类型的声明union Un{char c;int i;};int main(){//联合变量的定义union Un un = { 0 };un.i = 0x11223344;un.c = 0x55;printf("%x\n", un.i);return 0;}

我们知道 int 类型的数据在内存中是以字节为单位逆向存储的(详见:数据在内存中的存储),那么如图所示:
图解
显然,当修改 un.c 时,同时也会修改 un.i 的数据,所以 un.i 此时应该是:0x11223355
运行

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。

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

如图所示:
图解

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

来根据上面的规则计算一下:

#include <stdio.h>union Un1{char c[5];int i;};union Un2{short c[7];int i;};int main(){//下面输出的结果是什么?printf("%zd\n", sizeof(union Un1));printf("%zd\n", sizeof(union Un2));return 0;}

Un1:首先联合体要有能力存下 char c [5] 这个变量,所以联合体大小是5,然后我们再来算对齐数,我们在结构体的时候就说过:

对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员变量大小的最大值的较小值。
VS 中默认的值为 8
Linux中 gcc 没有默认对齐数,对齐数就是成员自身的大小

所以这个联合体的对齐数很好计算,是 4,那么 5 后面的第一个 4 的倍数是 8,因此这个联合体的大小就是 8

Un2short c[7] 是最大的成员,大小是14,联合体的对齐数是4,所以这个联合体的大小是16

使用联合体是可以节省空间的,举例:
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
商品相关的其他信息各不相同:
图书:书名、作者、页数
杯子:设计
衬衫:设计、可选颜色、可选尺寸

那我们可以不假思索地写出这个结构体:

struct gift_list{//公共属性int stock_number;//库存量double price; //定价int item_type;//商品类型//特殊属性char title[20];//书名char author[20];//作者int num_pages;//⻚数char design[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designcolorssizes
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存储,这样就可以减少所需的内存空间,一定程度上节省了内存。

struct gift_list{//公共属性int stock_number;//库存量double price; //定价int item_type;//商品类型//特有属性,使用联合体union {struct{char title[20];//书名char author[20];//作者int num_pages;//页数}book;struct{char design[30];//设计}mug;struct{char design[30];//设计int colors;//颜色int sizes;//尺寸}shirt;}item;};

这个结构体的大小和所需空间最大的一种商品类型所需空间相同,比上面的结构体空间小了不少。

1. 5 联合体的练习

写一个程序,判断当前机器是大端还是小端。

实际上,这道题目我在数据存储这篇博客的2.3 中就已经讲解过,并且也使用了联合体求解,这里便不再赘述了。

int check_sys(){union{int i;char c;}un;un.i = 1;return un.c;//返回1是小端,返回0是大端}

2. 枚举

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,也是可以一一列举

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//颜⾊{RED,GREEN,BLUE};

以上定义的 enum Dayenum Color ,enum Sex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
比如在enum Color中,如果不赋初值,默认是这样的:

enum Color//颜⾊{RED = 0,GREEN = 1,BLUE = 2};

但是也可以进行赋初值:

enum Color//颜色{RED = 2,GREEN = 4,BLUE = 8};

除此之外,还可以对其中几项单独赋初值,比如:

enum Color//颜色{RED,GREEN = 4,BLUE};

那么这个时候这三个枚举常量分别是多少呢?
实际上,如果是这样对某些常量赋初值的话,枚举类型的第一个常量仍然从0开始,依次递增1,直到遇见赋初值的常量,然后从这个赋了初始值的常量的值开始,再次依次递增1
上面的枚举常量的值分别是:

enum Color//颜色{RED = 0,GREEN = 4,BLUE = 5};

2. 2 枚举类型的优点

为什么使用枚举?

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:

增加代码的可读性和可维护性和#define定义的标识符相比枚举有类型检查,更加严谨。便于调试,预处理阶段会删除 #define 定义的符号使用方便,一次可以定义多个常量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

总而言之,枚举相较于 #define 定义的常量使用起来更加严谨,方便,因此一般情况下更推荐使用枚举。

2. 3 枚举类型的使用

枚举常量再其定义域内是可以和 #define 定义的常量一样直接使用的,除此之外,枚举还有枚举变量,可以和其他类型的变量一样进行赋值等操作:

#include<stdio.h>enum Color//颜色{RED = 1,GREEN = 2,BLUE = 4};int main(){enum Color clr = GREEN;//使用枚举常量给枚举变量赋值enum Color clr2 = 2;//这样在C语言中是可以的,但在C++中,由于更严格的检查,这样是不行的enum Color clr3 = 3;//使用 int 类型给枚举类型赋值可能会出现这样的情况,//3并不是某个枚举常量的值,但并不会报错printf("%d ", clr3);return 0;}

输出
甚至还能将3打印出来,这显然不是我们使用枚举预期的结果,因此要避免这样赋值

2. 4 枚举类型的实际使用

说了这么多,我们来试一下枚举类型实际上该怎么使用吧,在之前的博客中,我们写过很多次计算器,这是我们在指针中使用回调函数优化的计算器:

回调函数
但是你有没有想过一个问题:在 main 函数的 switch 中,为什么 case1 就是加法,而case2 就是减法?当然这是和菜单一一对应的,但这显然并不利于代码的可阅读性,如果这是一个非常复杂的项目,这样的代码是很难理解的,那么我们可以使用枚举来优化这个代码的可阅读性:

//使用回到函数改造后,再使用枚举提高代码可阅读性#include <stdio.h>int add(int a, int b){return a + b;}int sub(int a, int b){return a - b;}int mul(int a, int b){return a * b;}int div(int a, int b){return a / b;}enum calc_num//这里设置一个枚举类型,注意顺序,或者可以赋初值,要和菜单中的数字保持一致{END,ADD,SUB,MUL,DIV};void calc(int(*pf)(int, int))//看一看这个函数,它的参数是一个函数指针,而且这个函数指针的{ //类型恰好和上面的4个计算用的函数类型相同int ret = 0;int x, y;printf("输入操作数:");scanf("%d %d", &x, &y);ret = pf(x, y);//调用 calc 函数,会调用传参过来的函数,这就是回调函数printf("ret = %d\n", ret);}int main(){int input = 1;do{printf("*************************\n");printf("1:add 2:sub \n");printf("3:mul 4:div \n");printf("*************************\n");printf("请选择:");scanf("%d", &input);switch (input){case ADD://将case后的值都替换成枚举常量calc(add);//这里调用 calc 函数实际上是是在通过 calc 函数调用其他的函数break;case SUB:calc(sub);break;case MUL:calc(mul);break;case DIV:calc(div);break;case END: printf("退出程序\n");break;default:printf("选择错误\n");break;}} while (input);return 0;}

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