【C语言】自定义类型：联合和枚举

前言
自定义类型有三种：结构体，联合体以及枚举。在上一篇博客中我们已经讲解了结构体，接下来我们将学习联合体和枚举。

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一、联合体

1.1 联合体的声明

联合体（Union）是一种特殊的数据结构，允许在同一内存位置存储不同的数据类型。与结构体不同，联合体的各个成员共享同一块内存空间，因此联合体的大小等于其最大成员的大小 (当最大成员大小等于最大对齐数的整数倍时) 。这意味着在联合体中只能存储一个成员的值，而不是多个成员的值。

//联合体示范
union MyUnion {
    int i;
    float f;
    char c;
};

在这个示例中，MyUnion 是一个联合体，它可以存储一个整数 i、一个浮点数 f 或一个字符 c。这些成员共享同一块内存空间，因此在任何时候只能存储其中一个成员的值。

1.2 内存中的联合体成员

联合的成员是共用⼀块内存空间的，以下几个例子来证明：

//代码1
#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 = { 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;
}

运行结果：

由此可见，无论是任何一个联合体成员，还是联合体本身，它们的地址是一样的

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再来看联合体成员在内存中的数据：

//代码2
#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 = { 0 };
	un.i = 0x11223344;
	un.c = 0x55;
	printf("%x\n", un.i);
	return 0;
}

结果如下：

当我们把16进制的11223344赋值给i，又把55赋值给c，后来我们想取出 i 时发现，其中一部分已经被c覆盖了。

当我们使用联合体时，可以看到，c和i是共用一个内存，且给un.c赋值时会覆盖掉一个字节的内容

1.3 联合体的大小计算

有以下两个条件：

• 联合的⼤小必须大于或等于是最⼤成员的⼤⼩。
• 联合体的大小应当是最大对齐数的整数倍

举例：

#include 
union Un1{//Un1的大小大于或等于5（5个char>1个int），又Un1的大小应当是4的整数倍，所以Un1的大小是8
	char c[5];//char大小为1，默认对齐数8，对齐数1
	int i;    //int大小为4，默认对齐数8，对齐数4
};

union Un2{//Un2的大小大于或等于14（7个short>1个int），又Un2的大小应当是4的整数倍，所以Un1的大小是16
	short c[7];//short大小为2，默认对齐数8，对齐数2
	int i;     //int大小为4，默认对齐数8，对齐数4
};

int main(){
	//下⾯输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));
	return 0;
}

结果如下：

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1.4 对比联合体和结构体的内存使用情况

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

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

显而易见，联合体更加节省空间，但由于联合体的成员共用一个内存空间，所以联合体的使用是有限制的

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1.5 联合的使用场景

例如，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、⻚数
• 杯子：设计
• 衬衫：设计、可选颜⾊、可选尺⼨

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;//⻚数
		}book;
		
		struct{
			char design[30];//设计
		}mug;
		
		struct{
			char design[30];//设计
			int colors;//颜⾊
			int sizes;//尺⼨
		}shirt;
	}item;
};

因为每一种商品都有自己独特的属性，当我们描述一种商品时需要库存量、价格、商品类型以及仅描述该商品的特殊属性。这时联合体比结构体更加节省空间。因此使用哪一种自定义类型取决于描述的对象。

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二、枚举类型

2.1 枚举类型的声明

枚举类型（Enum）是一种用于定义命名整数常量的数据类型。 允许程序员为一组相关的整数值分配有意义的名称，以提高代码的可读性和可维护性。

enum 枚举名称 {
    枚举值1,
    枚举值2,
    // 可以有更多的枚举值
};

举例，列举颜色：

#include
enum Color{//颜⾊
	RED,
	GREEN,
	BLUE
};
int main() {
	printf("%d %d %d",RED,GREEN,BLUE);
	return 0;
}

运行结果：

枚举常量的从0开始，当然我们可以自己赋值：

#include

enum Color{//颜⾊
	RED,
	GREEN=5,
	BLUE
};
int main() {
	printf("%d %d %d",RED,GREEN,BLUE);
	return 0;
}

运行结果：

2.2 枚举的优点

枚举的优点：

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. 便于调试，预处理阶段会删除 #define 定义的符号
4. 使用⽅便，⼀次可以定义多个常量
5. 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

2.3 枚举的应用场景

1. 定义枚举类型

enum Weekday {
    MONDAY,
    TUESDAY,
    WEDNESDAY,
    THURSDAY,
    FRIDAY,
    SATURDAY,
    SUNDAY
};

2. 声明和使用枚举变量

enum Weekday today = TUESDAY;

3. 使用枚举值

if (today == MONDAY) {
    printf("今天是星期一\n");
} else if (today == TUESDAY) {
    printf("今天是星期二\n");
}

4. 开关语句中的枚举

switch (today) {
    case MONDAY:
        printf("今天是星期一\n");
        break;
    case TUESDAY:
        printf("今天是星期二\n");
        break;
    // 其他星期几的情况
    default:
        printf("今天不是星期一或星期二\n");
        break;
}

枚举的使用与#define定义常量类似，但枚举和#define定义的标识符⽐较枚举有类型检查，更加严谨。

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