[C]基础18.自定义类型：联合和枚举

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0、总结

1、联合体（共用体）

1.1 联合体类型的声明

联合体（union）是一种特殊的数据类型，允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。与结构体类似，联合体也是由一个或多个成员组成，但这些成员共享同一块内存空间。

union Un {char c;int i;
};

1.2 联合体的特点

• 内存共享：所有成员共用同一块内存空间
• 大小确定：联合体的大小至少是其最大成员的大小
• 值覆盖：给一个成员赋值会影响其他成员的值

示例代码1：

 union Un un = { 0 };printf("%p\n", &(un.i));  // 输出地址printf("%p\n", &(un.c));  // 输出相同地址printf("%p\n", &un);      // 输出相同地址

运行：
0000005805BBFA24
0000005805BBFA24
0000005805BBFA24

示例代码2（展示值覆盖）：

un.i = 0x11223344;
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);  // 输出修改后的值

运行：
11223355

1.3 联合体大小的计算

• 联合体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时，需要对齐到最大对齐数的整数倍

示例：

union Un1 {char c[5];  // 大小5，对齐数1int i;      // 大小4，对齐数4
};  // 最终大小为8（对齐到4的倍数）union Un2 {short c[7]; // 大小14，对齐数2int i;      // 大小4，对齐数4
};  // 最终大小为16（对齐到4的倍数）

1.4 联合体的应用场景

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

问题描述：如果直接将所有属性都放在一个结构体中，会导致结构体大小偏大，浪费内存。因为对于每种商品来说，只有部分属性是常用的。例如，图书不需要设计、颜色、尺码等属性。

解决方案：将公共属性单独提取出来，将每种商品独特的属性放入联合体中。这样可以减少结构体的大小，节省内存空间。

礼品兑换单示例：

struct gift_list {int stock_number;  // 库存量double price;      // 定价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 design[30]; // 设计} mug;struct {char design[30]; // 设计int colors;      // 颜色int sizes;        // 尺寸} shirt;} item;
};

1.5 联合体练习：判断机器字节序

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、枚举类型

2.1 枚举类型的声明

枚举类型用于定义一组命名的整数常量，使代码更易读。

enum Day { Mon, Tues, Wed, Thur, Fri, Sat, Sun };
enum Sex { MALE, FEMALE, SECRET };
enum Color { RED, GREEN, BLUE };

2.2 枚举常量的值

• 默认从0开始，依次递增1
• 可以手动指定初始值

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

2.3 枚举类型的优点

• 可读性和可维护性：使用有意义的名称代替数字

• 类型检查：比#define定义的常量更安全

• 调试友好：枚举常量在调试时可见，而#define宏在预处理阶段已被替换

• 作用域规则：遵循常规的作用域规则

• 批量定义：可以一次定义多个相关常量

2.4 枚举类型的使用

enum Color clr = GREEN;  // 正确使用
// clr = 2;  // 在C中可能允许，但在C++中不允许

3、其他

3.1 深入理解：联合体的内存布局

联合体的所有成员共享同一块内存空间，这意味着：

• 内存覆盖：修改一个成员会覆盖其他成员的值

• 类型解释：同一内存块可以用不同数据类型解释

例如，在判断字节序的例子中，我们利用联合体的这一特性，通过int和char两种类型访问同一内存位置，从而判断系统是小端序（低位字节在前）还是大端序（高位字节在前）。

3.2 枚举与#define的比较

虽然#define也可以定义常量，但枚举有以下优势：

1. 类型安全：枚举常量有明确的类型，编译器可以进行类型检查
2. 调试信息：枚举常量在调试器中可见，而宏定义已被预处理替换
3. 作用域控制：枚举可以定义在函数内部，限制作用域
4. 自动赋值：枚举可以自动递增赋值，减少手动赋值的工作量

3.3 实际应用建议

联合体：

• 用于需要节省内存的场景
• 处理不同类型数据的互斥访问
• 实现类似C++中variant的类型安全联合

枚举：

• 替代魔法数字，提高代码可读性
• 表示有限的状态集合
• 作为函数参数限制输入范围

总结：

• 联合体和枚举是C语言中强大的自定义类型工具。
• 联合体通过内存共享实现灵活的数据表示，特别适合内存敏感的应用。
• 枚举则通过命名常量提高了代码的可读性和安全性。
• 理解它们的特性和适用场景，可以帮助我们编写更高效、更易维护的C语言代码。