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自定义类型 - 联合体与枚举（百度笔试题算法优化）

ops 2025/7/15 20:05:18

一、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，这些成员可以是不同的类型。

在联合体里编译器只为最大的成员分配足够的内存空间，所以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。
在这里插入图片描述
所以联合体一般所占用的空间也更小

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）。

这里具体再看一下联合体及成员的内存是怎么分配的
在这里插入图片描述
这里输出的三个地址一模一样，其un的内存布局如下图：

还可用下面的例子验证其存储原理
在这里插入图片描述
这里确实开辟了四个字节的空间

这里改了c的值，连同i一起改了，验证了联合的成员是共用同一块内存空间的，这就是联合体与结构体的本质区别，结构体是给每个成员分配一块空间的。

1.3 相同成员的结构体和联合体对比

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

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

联合体和结构体内存布局情况：
在这里插入图片描述
所以联合体和结构体的使用情景是不同的

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。

在这里插入图片描述
按照第一点，Un1的大小应该是5个字节，Un2的大小应该是14个字节，出现这样的结果就涉及到第二点了

首先，数组在计算对齐数时，是按照元素来算的，数据类型为char，自身的大小为1，vs上默认对齐数为8，最终对齐数取较小值为1，这又涉及我上一篇关于对齐数的解析了深入解析自定义类型：结构体与位段
所以Un1的最大成员大小为5，不是最大对齐数4的整数倍，所以要对齐最大对齐数的整数倍，所以联合体大小为4的倍数，8，相当于浪费了3个空间用于对齐。

对于Un2也一样分析，数组的数据类型为short，自身大小为2，vs默认对齐数为8，最终对齐数取较小值2，i的数据类型为int，自身大小为4，小于vs默认对齐数8，所以i的最终对齐数为4
Un2的最大成员大小为14不是最大对齐数4的对数，所以联合体大小为16，浪费2个空间用于对齐。

使用联合体是可以节省空间的，如下例：
现在商场要搞一个活动，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

总结下来就是下图：
在这里插入图片描述
单用结构体的话，写出来的程序就如下图

上述结构体构想的时候很简单，用起来也很方便，但是结构的设计包含了所有礼品的各种属性，图中红框成员在对应商品上就没有用上，这样就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，就不需要设计，可选颜色，可选尺寸了。

所以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起来。这样就可以介绍所需的内存空间，一定程度上节省了内存。

struct gift_list
{int stock_number;//库存量double price;//定价int item_type;//商品类型union {//结构体可以匿名，联合体也可以struct//这里3个匿名结构体创建的成员不一样，所以是三个单独的匿名结构体类型//所以符合匿名结构体只能使用一次的规则//这三个结构体变量不会同时存在，礼品之中三选一//所以这三者可以共用一片空间了{char title[20];//书名char author[20];//作者int num_pages;//页数}book;struct{char design[30];//设计}mug;//杯子struct{char design[30];//设计int colors;//颜色int sizes;//尺寸}shirt;}item;
};

union item：根据item_type的值，存储对应类型的礼品详细信息
共用体的特点是所有成员共享同一块内存空间，因此item的大小取决于其最大成员。这里最大的成员是shirt结构体（30+4+4=38 字节），所以item占用 38 字节。
item（38 字节，但需对齐到 4 的倍数，故为 40 字节）

1.5 联合练习

深入解析数据在内存中的存储 - 大小端字节序和字节序判断（百度笔试题）
在上面这篇文章是这样写的
在这里插入图片描述
这里使用联合体的知识进行改进

二、枚举类型

2.1 枚举类型的声明

顾名思义枚举的意思就是一一列举，把可能的取值一一列举出来，例如：

一周的星期一到星期日
性别：男，女，保密
12个月
三原色

用代码表示如下：

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
};

代码中定义的enum Day，enum Sex，enum Color都是枚举类型
{}中内容是枚举类型的可能取值，也叫枚举常量（即不能更改的）
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始值。

2.2 枚举类型的优点

之前已经知道了#define定义常量，这里为什么还要会枚举呢？
枚举的优点：

增加代码的可读性和可维护性
不使用枚举是这样写计算器的

//模拟实现简单计算器
#include<stdio.h>
void menu()
{printf("*************************\n");printf("***** 1.add  2. sub *****\n");printf("***** 3.mul  4. div *****\n");printf("***** 0.exit        *****\n");printf("*************************\n");
}int main()
{int input = 0;do{menu();printf("请选择:");scanf("%d", &input);switch (input){case 1:break;case 2:break;case 3:break;case 4:break;case 0:break;default:break;}} while (input);return 0;
}

这个不是很直观，但可以看出还是有一些可读性改进的。

#include<stdio.h>
enum Option
{EXIT,ADD,SUB,MUL,DIV
};//模拟实现简单计算器
void menu()
{printf("*************************\n");printf("***** 1.add  2. sub *****\n");printf("***** 3.mul  4. div *****\n");printf("***** 0.exit        *****\n");printf("*************************\n");
}int main()
{int input = 0;do{menu();printf("请选择:");scanf("%d", &input);switch (input){case ADD:break;case SUB:break;case MUL:break;case DIV:break;case EXIT:break;default:break;}} while (input);return 0;
}

和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨
define定义的标识符是没有类型的

这里8是int类型，s是Sex类型，把s = FEMALE改为s = 8。在C语言下可以运行，在C++下就不能运行了

所以不同语言对语法检测的严格程度是不同的，C++对语法的检测非常严格。
便于调试，预处理阶段会删除#define定义的符号

#define定义的MALE在编译时就将MALE全部替换为5，调试时的代码MALE与看到的代码5不是一回事。
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。