14、C 语言联合体和枚举知识点总结
联合体和枚举的基本概念、语法、初始化、引用方式及实际应用等方面
一、联合体（共用体）
1. 基本概念与特性
- 定义：联合体（union）是一种自定义数据类型，其所有成员共用同一块内存空间，同一时刻只有一个成员有效。
- 与结构体的本质区别：结构体成员各自占用独立内存，联合体成员共享内存。
- 核心特性：
- 联合体的尺寸等于其最大成员的尺寸（需满足地址对齐）。
- 给一个成员赋值会覆盖其他成员的值（内存共享导致）。
- 成员间呈 “互斥” 关系，某一时刻仅能使用一个成员。
2. 定义与语法
union 联合体标签 { 数据类型 成员1; 数据类型 成员2; // ... 更多成员 }; |
- 联合体标签：用于区分不同联合体（可省略，省略后无法通过标签定义变量）。
- 成员：可为任意数据类型（基本类型、数组、指针等）。
示例：
// 定义一个包含多种数据类型的联合体 union data { char c; // 1字节 int i; // 4字节 double d; // 8字节 }; |
3. 初始化与引用
初始化
- 只能初始化一个成员（多个初始化会被覆盖，编译器会警告）。
- 支持普通初始化和指定成员初始化，最终仅最后赋值的成员有效。
示例：
union data u1 = {'A'}; // 普通初始化，仅c有效 union data u2 = {.i = 100}; // 指定成员初始化，仅i有效 union data u3 = {.d = 3.14, .c = 'B'}; // 仅c有效（覆盖d） |
引用
- 通过 “.” 运算符访问普通联合体变量成员。
- 通过 “->” 运算符访问联合体指针变量成员。
- 实际应用中常作为结构体成员，表达互斥属性（如学生成绩可表示为等级、分数或文字描述）。
示例：
// 联合体作为结构体成员 typedef struct student { char name[50]; union score { // 成绩的三种互斥表示 char grade; // 等级（A/B/C） int points; // 分数（0-100） char desc[20]; // 描述（优秀/良好） } score; } Student; int main() { Student stu; stu.score.points = 90; // 使用分数表示成绩 printf("分数：%d\n", stu.score.points); stu.score.grade = 'A'; // 覆盖分数，使用等级表示 printf("等级：%c\n", stu.score.grade); return 0; } |
4. 内存布局与尺寸计算
- 内存共享：所有成员从同一地址开始存储，尺寸由最大成员决定（需满足地址对齐）。
- 尺寸计算：联合体尺寸 = 最大成员的尺寸（若最大成员尺寸不满足系统对齐要求，需填充至对齐尺寸）。
示例：
union example { char arr[5]; // 5字节 int num; // 4字节（32位系统对齐尺寸4） }; // 尺寸为5字节（最大成员为arr，5字节，满足1字节对齐） printf("联合体尺寸：%lu\n", sizeof(union example)); // 输出5 |
二、枚举
1. 基本概念与特性
- 定义：枚举（enum）是一种用户定义的整数类型，用有意义的标识符表示离散的整数值，提高代码可读性。
- 本质：枚举常量本质是整数，C 语言中枚举变量可直接当作整数使用（无严格类型检查）。
- 核心特性：
- 枚举常量默认从 0 开始递增，可显式赋值修改。
- 枚举变量的取值范围为枚举常量列表中的值（但 C 语言不强制检查，可赋值任意整数）。
2. 定义与语法
enum 枚举标签 { 常量1, 常量2 = 初始值, // ... 更多常量 }; |
- 枚举标签：用于区分不同枚举类型（可省略，省略后无法通过标签定义变量）。
- 枚举常量：标识符表示的整数值，未显式赋值则在前一个常量值基础上加 1。
示例：
// 定义颜色枚举 enum color { RED, // 默认为0 GREEN = 2, // 显式赋值2 BLUE // 前一个值+1，为3 }; // 无标签枚举（仅能在定义时声明变量） enum { MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN // 0-6，代表星期 } weekday; |
3. 初始化与使用
- 枚举变量定义：通过枚举标签定义变量，可赋值任意枚举常量或整数。
- 应用场景：表示状态（运行 / 停止）、选项（男 / 女）、错误码等离散值。
示例：
// 表示设备状态 enum device_state { STOP = 0, RUNNING, SLEEPING }; void set_state(enum device_state state) { switch (state) { case STOP: printf("设备停止\n"); break; case RUNNING: printf("设备运行\n"); break; case SLEEPING: printf("设备休眠\n"); break; } } int main() { enum device_state dev_state = RUNNING; set_state(dev_state); // 输出“设备运行” set_state(3); // C语言允许，无编译错误（不推荐） return 0; } |
4. 与宏定义（#define）的对比
特性 | 枚举（enum） | 宏定义（#define） |
类型 | 有类型（枚举类型） | 无类型（纯文本替换） |
作用域 | 局部于枚举标签 | 全局（从定义处到文件结束） |
调试 | 调试器可识别枚举常量名称 | 仅显示替换后的数值 |
自动赋值 | 支持默认递增赋值 | 需手动赋值每个常量 |
结论：枚举在表示相关联的离散值时更优，代码可读性和可维护性更高。
三、总结与实用技巧
- 联合体适用场景：
- 表示同一内存的多种解析方式（如数据的不同格式表示）。
- 节省内存（当多个成员不同时使用时）。
- 作为结构体成员表达互斥属性（如成绩的多种表示）。
- 枚举适用场景：
- 表示有限的离散状态（如运行状态、错误码）。
- 替代无意义的魔法数字（如用RED代替0）。
- 提高代码可读性和可维护性。
- 注意事项：
- 联合体成员赋值会覆盖其他成员，使用时需确保当前有效成员的正确性。
- C 语言枚举无严格类型检查，使用时需避免赋值非法整数。
- 枚举常量可作为switch语句的case标签，增强代码逻辑性。
通过合理使用联合体和枚举，能使代码更简洁、易读且易于维护，尤其在处理复杂数据结构和状态表示时效果显著。