【C语言进阶】自定义类型——结构体的位段&&枚举&&联合体

大家好好我是沐曦希

1.前言

前面学到了自定义类型中的结构体，那么现在来学习结构体中的位段，自定义中的枚举和联合体。

2.位段

学完结构体那么学习结构体实现位段的能力。

2.1 什么是位段

位段是只能在结构体中使用的，位段可以用来节省空间的。
位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

1.位段的成员必须是 int、unsigned int ，signed int 或char（只要是整型家族就可以）。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

struct A
{
	int _a : 2;//冒号后的数字表示改成员变量所能使用的比特位
	//成员变量_a所能使用的比特位是2
	int _b : 5;//成员变量_b所能使用的比特位是5
	int _c : 10;//成员变量_c所能使用的比特位是10
	int _d : 30;//成员变量_d所能使用的比特位是30
};

A就是一个位段类型。
那么位段A的大小：

#include
struct A
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct A));
	return 0;
}

2.2 位段的内存分配

1.位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型
2.位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的。

3.位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

例如：

#include
struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
	//冒号后数字的大小不能超过类型的比特位大小
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
	printf("%d\n", sizeof(struct S));
	return 0;
}

2.3 位段的跨平台的问题

1.int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
2.位段中最大位的数目不能确定。（16位机器最大16，32位机器最大32，写成27，在16位机器会出问题。
3.位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义。
4.当一个结构包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的。

结论：

跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

2.4 位段的应用

3.枚举

枚举就是把所有可能的取值一一列举出来，比如生活中的星期，性别，月份等都可以一一列举出来，都可以用枚举来罗列。

3.1 枚举类型的定义

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 Day ， enum Sex ， enum Color 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，一次递增1，当然在定义的时候也可以赋初值。
例如：

#include
enum Sex//性别
{
	MALE=1,
	FEMALE,
	SECRET
};
int main()
{
	printf("%d\n", MALE);
	printf("%d\n", FEMALE);
	printf("%d\n", SECRET);
	return 0;
}

3.2 枚举的优点

我们可以使用 #define 定义常量，为什么非要使用枚举？
原因：

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.防止了命名污染（封装）
4.便于调试
5.使用方便，一次可以定义多个常量

#include
enum Sex//性别
{
	MALE = 1,
	FEMALE,
	SECRET
};
int main()
{
	enum Sex s = 1;//在除VS编译器下会报错，在VS源文件为.cpp也会报错
	return 0;
}

3.3 枚举的使用

#include
enum Color//颜色
{
	RED = 1,
	GREEN = 2,
	BLUE = 4
};
int main()
{
	enum Color clr = GREEN;//只能拿枚举常量给枚举变量赋值，才不会出现类型的差异。
	clr = 5; //error
	return 0;
}

4.联合体（共用体）

4.1 联合类型的定义

联合也是一种特殊的自定义类型。
这种类型定义的变量也包含一系列的成员，特征是这些成员公用同一块空间（所以联合也叫共用体）。
例如：

 #include
//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;
	//计算连个变量的大小
	printf("%d\n", sizeof(un));
	return 0;
}

4.2 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（因为联合至少得有能力保存最大的那个成员）。

#include
union Un
{
	int a;
	char c;
};
int main()
{
	union Un u;
	printf("%d\n", sizeof(union Un));
	printf("%p\n", &u);
	printf("%p\n", &(u.a));
	printf("%p\n", &(u.c));
	return 0;
}

所以联合的成员是共用同一块内存空间的。

#include
union
{
	int i;
	char c;
}un;
int main()
{
	un.i = 0x11223344;
	un.c = 0x55;
	printf("%x\n", un.i);
	return 0;
}

4.2.1 面试题

判断当前计算机的大小端存储

//code1--指针求解
#include
int Cheack_sys()
{
	int a = 1;
	return *(char*)&a;
}
int main()
{
	int ret = Cheack_sys();
	if (1 == ret)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

//code2--联合体求解
#include
int Cheack_sys()
{
	union un
	{
		int i;
		char c;
	}u;
	u.i = 1;
	return u.c;
}
int main()
{
	int ret = Cheack_sys();
	if (1 == ret)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

4.3 联合大小的计算

1.联合的大小至少是最大成员的大小。
2.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。

例如：

#include
union Un1
{
	char c[5];//5//对齐数是1
	int i;//4//对齐数是4
};
union Un2
{
	short c[7];//14//对齐数是2
	int i;//4//对齐数是4
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));
	return 0;
}

5.写在最后

那么自定义类型中的结构体，位段，枚举和联合体到这里也就学习完了。