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[C++知识库]【C语言进阶】从入门到入土(自定义类型详解 — 枚举、联合体)

前言:
我们知道,为了提高程序的可读性,C语言里支持用户自定义类型,或者叫改造类型。然而自定义类型最常见的就是结构体、枚举和联合体这三种类型。所以我们来详细理解一下自定义类型。本篇介绍枚举和联合体。

一.枚举

枚举顾名思义就是一一列举。把可能的取值一一列举。

比如现实生活中的一星期有7天,可以把周一到周日一一列举出来;还有性别:男女,又或者国家,地区等,这些可以一一列举出来的取值,就可以使用枚举。

1.枚举类型的定义

关于枚举类型的定义也比较简单,枚举的关键字是enum。我们直接上代码演示:

enum Day//星期
{
 Mon,
 Tues,
 Wed,
 Thur,
 Fri,
 Sat,
 Sun
};
enum Sex//性别
{
 MALE,
 FEMALE,
 SECRET
}

像上面的就是两个枚举类型,那么枚举类型中需要注意的是什么呢,我们接着看一下这一段代码:

enum Color
{
	RED,
	GREEN,
	BLUE
};

int main()
{
	printf("%d ", RED);
	printf("%d ", GREEN);
	printf("%d ", BLUE);
    //结果: 0 1 2
	return 0;
}

我们在这里打印出了枚举类型里面的一些值,所以说明枚举类型中的这些值是有值的。以上定义的 enum Dayenum Sexenum 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 。

而打印出来的值,则是因为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,赋初值后若有些枚举常量没有赋值,则也是按照顺序递增1。例如:

enum Color
{
	RED=5,
	GREEN=8,
	BLUE
};

int main()
{
	printf("%d ", RED);
	printf("%d ", GREEN);
	printf("%d ", BLUE);
    //结果: 5 8 9
	return 0;
}

2.枚举的优点

Q:为什么使用枚举?

既然也是定义常量,我们可以使用 #define 定义常量,为什么非要使用枚举?

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. 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

①增加代码的可读性和可维护性

当我们定义常量的时候,如果我们直接用define去定义RED,GREEN等值的时候,我们可能会不了解为什么RED是2,GREEN是4,但枚举类型写出来在同一块区域,我们就更容易理解。

② 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查,更加严谨。

两种定义都可以定义常量,但是对于两种定义来说,枚举类型是有类型的,可以有类型检查,而#define定义的是没有类型,无所谓类型的。有类型更为严谨。

③防止了命名污染(封装)

我们在枚举中定义的常量只是属于枚举的一个成员,而不会像#define一样定义的是一个全局范围内的,这样子可以避免将一个命名污染,不能再使用。

④便于调试

对于枚举类型来说,我们定义出来的变量是可以调试的,可以在调试窗口中看见变量的变化,而在#define下定义的常量,我们在赋值的时候直接就是赋到数字的值上去了,根本感受不到有常量名的存在。

//枚举版本
enum Color
{
	RED=2,
	GREEN=5,
	BLUE
};

int main()
{
	printf("%d ", RED);
	printf("%d ", GREEN);
	printf("%d ", BLUE);

 	enum Color c = RED;

	return 0;
}

//#define版本
#define RED 2

int main()
{
	printf("%d ", RED);
	int a = RED;

	return 0;
}

⑤使用方便,一次可以定义多个常量

对于#define来说,每一次定义一个常量都需要写一遍#define,而对于枚举类型来说,一次可定义多个常量,同一种常量就在附近,易于对比修改。


3.枚举的使用

那么对于枚举的使用来说,我们可以直接用代码来说明其好处:

当我们之前需要写一个加减乘除计算器的时候,基本逻辑是这样的:

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:
			//加法
			break;
		case 2:
			//减法
			break;
		case 3:
			//乘法
			break;
		case 4:
			//除法
			break;
		case 0:
			//退出
			break;
		}

	} while (input);

	return 0;
}

那如果不加上解释,我们在代码中可能不能理解为什么1是加法2是减法,那么当我们运用上枚举常量之后,我们的代码就可以变得更加可观:

enum Option
{
	EXIT,//0
	ADD,
	SUB,
	MUL,
	DIV
};


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:
			//加法
			break;
		case SUB:
			//减法
			break;
		case MUL:
			//乘法
			break;
		case DIV:
			//除法
			break;
		case EXIT:
			//退出
			break;
		}

	} while (input);

	return 0;
}

二.联合体

1.联合类型的定义

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)。

联合体的关键字是union,比如:

//联合类型的声明
union Un 
{ 
 char c; 
 int i; 
}; 
//联合变量的定义
int main()
{
     union Un n; 
}

① 那么联合体的大小是怎么计算的呢?

我们继续用上面的代码来进行说明:

union Un
{
	char c;
	int i;
};

int main()
{
	union Un n;
	printf("%d\n", sizeof(union Un));
	//答案会是多少呢?是5?还是8?
}

其实答案是:4.

在这里,Un是一个联合体类型,我们上面写道:特征是这些成员公用同一块空间(所以联合也叫共用体)。所以当我们创建成员char c的时候和int i的时候,用的是同一块空间。所以当我们这里打印联合体大小的时候,得到的是4。


2.联合的特点

所以联合体具有如下特点:

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)。

union Un
{
	int i;
	char c;
};

union Un un;

int main()
{
	printf("%p\n", &un);
	printf("%p\n", &(un.i));
	printf("%p\n", &(un.c));
    //结果会是一样的吗?
 	return 0;
}

答案确实是得到是一样的,这也就说明了对于联合体的成员是共用同一块内存空间的,那么有什么运用的地方呢?我们可以想起之前的一个例子——判断机器大小端:

百度2015年系统工程师笔试题(大小端)

在这里,我们一开始不使用联合体之前,是这样子写的,存储一个整数变量1,如何将他的地址强制类型转换为char *,这样子就只拿出整形中的第一个字节的内容如果是1,则是小端,否则就是大端:

int main()
{
	int a = 1;//0x 00 00 00 01

	char* pc = (char*)&a;
	if (*pc == 1)
	{
		printf("该机器为小端存储\n");
	}
	else
	{
		printf("该机器为大端存储\n");
	}

	return 0;
}

然后我们学习联合体之后,由于联合体的特性,也就是两个变量存储在同一空间,取出整形变量的第一个字节内容,不就是字符类型的内容吗,所以我们可以很巧妙的将联合体运用在这个题目里面:

int check_sys()
{
	union U
	{
		char c;
		int i;
	}u;
	u.i = 1;
	//返回1 - 小端
	//返回0 - 大端
	return u.c;
}

int main()
{
	if (check_sys() == 1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{ 
		printf("大端\n");
	}

	return 0;
}

3.联合大小的计算

那么联合体计算就真的按照选最大的那个变量的大小就可以了吗,当然不是,联合体大小的计算也是有规则的:

  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。

也就是说,联合体也是存在对齐数的!

比如:

union Un1 
{ 
 char c[5]; 
 int i; 
}; 

这里的代码中,char c[5]虽然是一个字符数组,但是也就相当于创建了5个字符变量,所以得到变量大小是1,和默认对齐数8对比后得到对齐数是1,而int大小是4,对比后是4,所以这里得到的联合体的大小是取大值也就是5,然后还需要是较大对齐数的整数倍,所以这里计算出的大小应该是8。

再来一个:

union Un2 
{ 
 short c[7];//14    对齐数 2
 int i;        //4      对齐数 4
 }; 

这里变量大值是14,而较大对齐数是4,所以得到的联合体大小应该是4的倍数,得到的就是16。

这就是联合体的计算方式。


好啦,本篇的内容就到这里,关于自定义类型详解也就到这里了,下一篇文章我们来制作一个通讯录,欢迎互相关注,共同进步。

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