文章目录
- 前言
- 联合体类型的声明
- 联合体的特点
- 相同成员的结构体和联合体对⽐
- 联合体⼤⼩的计算
- 联合体应用
- 枚举类型的声明
- 枚举类型的优点
- 枚举类型的使⽤
- 总结
前言
联合体(union
)是允许一个变量通过不同的接口访问内存的一种数据类型,表示一个变量可以存储不同类型的值,而枚举是使用enum
关键字定义一组相关且互斥的整形常量集合。本章阿森将和你学习联合体类型的声明,特点,有关大小的计算,还有枚举类型的声明,优点和使用。文章干货满满!学习起来吧!
联合体类型的声明
同结构体一样,声明结构体类型需要使用struct
关键字,联合体则用union
关键字。
- 包含对象名的声明方式:
union 联合体名{类型 成员1;类型 成员2;... 类型 成员n;}对象名;
- 代码理解:
#include union S{char c;int a;}s1;int main(){s1.c = 'a';printf("%c\n", s1.c);s1.a = 10;printf("%d\n", s1.a);return 0;}
代码运行:
- 不包含对象名的声明格式:
union 类型名 { 类型 成员1;类型 成员2;... 类型 成员n;};
- 代码实现:
#include union S{char c;int a;};int main(){union S s2;s2.c = 'b';printf("%c\n", s2.c);s2.a = 20;printf("%d\n", s2.a);return 0;}
运行:
联合体的特点
- 编译器只为最⼤的成员分配⾜够的内存空间。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。
例如:
union u{char c;int u;};int main(){union u uu;printf("联合体uu的大小为%zd\n", sizeof(uu));printf(" (uu)地址为%p\n", &uu);printf("&(uu.c)地址为%p\n", &(uu.c));printf("&(uu.u)地址为%p\n", &(uu.u));return 0;}
输出:
图解:
- 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)。
//联合类型的声明union u{char c;int i;};int main(){//联合变量的定义union u uu = { 0 };un.i = 0x11223344;un.c = 0x55;printf("%x\n", uu.i);return 0;}
输出:
图解:
union
定义了int
和char
两个成员,共享同一块内存空间,int
类型占4
个字节,低地址在前,高地址在后,char
类型只占1
个字节,存储在int
的低地址字节。当执行:uu.i = 0x11223344时,此时int的4个字节分别存储如图,然后执行: uu.c = 0x55,由于VS是小端存储,低字节放在低地址处,char
只占1
个字节,它会覆盖int
低地址的那个字节。所以int
原来低地址字节0x44
被覆盖为0x55
。
相同成员的结构体和联合体对⽐
结构体和联合体的主要区别在于:
- 结构体中每个成员占用自己独立的内存空间,可以同时访问每个成员。
- 联合体中所有成员共享同一块内存空间,只能同时访问其中一个成员。
内存布局:
结构体中每个成员都有固定的偏移地址,占用独立的内存空间。
联合体中所有成员共享同一块内存,没有偏移地址,只能使用一个成员。访问成员:
结构体可以同时读取各个成员的值。
联合体只能访问当前使用的成员,其他成员的值将被覆盖。大小:
结构体的大小是所有成员大小的和。
联合体的大小至少是最大成员的大小。
- 结构体:
struct S{ char c; int i;};struct S s = {0};
- 联合体:
union u{char c;int i;};union u uu = { 0 };
图解对比:
结构体S
占用char + int+有可能开辟浪费的空间
大小的内存,可以独立访问c
和i
,联合体u
只占用int
大小的内存,访问c
或i
时值会覆盖,结构体各成员独立,联合体成员共享同一内存空间。
联合体⼤⼩的计算
点击可以查看结构体的内存对齐规则——>【C语言】自定义类型:结构体深入解析(二)结构体内存对齐&&宏offsetof计算偏移量&&结构体传参
联合体大小计算规则:
- 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⻬数的整数倍的时候,就要对⻬到最⼤对⻬数的整数倍。
- 来代码理解:
union Un1{char c[5];int i;};union Un2{short c[7];int i;};int main(){printf("%zd\n", sizeof(union Un1));//8printf("%zd\n", sizeof(union Un2));//16return 0;}
运行:
图解分析:
首先看union Un1
如果联合体的大小是最大成员的最大成员的的大小,在联合体union Un1
中,char[5]
的大小理应是5
,那计算的结果不是5
。为什么是8
呢?这是因为它完成了对齐的操作,如果是数组,是按元素类型大小来算他的对齐数的。char
元素的类型大小是1
,VS
默认对齐数是8
,对齐数是8
,i
的大小是4
,VS
默认对齐数是8
,对齐数是4
,接下来(4>1
)整个联合体的对齐数是4
,根据当最⼤成员⼤⼩不是最⼤对⻬数的整数倍的时候,就要对⻬到最⼤对⻬数的整数倍。此时最大成员大小是数组char [5]
大小为5
,5
不是4
的整数倍,8
(4*2
)是4
的整数倍。是不是真的是这样呢?会不会是偶然呢?
接下来我们看第二组:
union Un2
首先short c[7]
是数组,总大小为14
,然后由于数组是按照元素的类型大小来算对齐数,类型为short
类型大小为2
,VS
默认对齐数为8
,对齐数为2
(2<8
),i
的大小是4
,VS
默认对齐数是8
,那么对齐数是4
(4<8
),然后整个联合体的对齐数是4
(4>2
),然后看成员最大对齐数的大小(short c[7]
的大小是2*7=14
)是不是整个联合体的对齐数(4
)的整数倍,可见14
不是4
的整数倍, 根据第二条规则:当最⼤成员⼤⼩不是最⼤对⻬数的整数倍的时候,就要对⻬到最⼤对⻬数的整数倍。因此还要多用2
个字节,升到16
(4*4
)个字节才是整数倍。
联合体的对齐规则与结构体相似:
点击可以查看结构体的内存对齐规则——>【C语言】自定义类型:结构体深入解析(二)结构体内存对齐&&宏offsetof计算偏移量&&结构体传参
联合体应用
使⽤联合体是可以节省空间的:
⽐如,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
结构体表示:
struct gift_list{ //公共属性 int stock_number;//库存量 double price; //定价 int item_type;//商品类型//特殊属性 char title[20];//书名 char author[20];//作者 int num_pages;//⻚数char design[30];//设计 int colors;//颜⾊ int sizes;//尺⼨};
上述的结构其实设计的很简单,⽤起来也⽅便,但是结构的设计中包含了所有礼品的各种属性,这样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design
、colors
、sizes
。
所以我们就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体起来,这样就可以介绍所需的内存空间,⼀定程度上节省了内存。
联合体应用:
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;};
练习:写⼀个程序,判断当前机器是⼤端?还是⼩端?
- 第一种方法:
int check_sys(){int n = 1;//01 00 00 00 00 00 00 01return *(char*)&n;}int main(){int ret = check_sys();if (ret == 1)printf("小端\n");elseprintf("大端\n");return 0;}
VS运行:
- 第二种联合体巧妙方法:
int check_sys(){union{char c;int i;}u;u.i = 1;return u.c;//返回1是⼩端,返回0是⼤端}
VS运行:
小端
图解:
大端存储:是指数据的低位字节内容保存在内存的高地址处,而数据的高位位字节内容,保存在内存的低地址处。
小端存储:是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处,而数据的高位字节内容,保存在内存的高地址处。
如果01
是低位字节存储到低地址c
时,是小端存储,如果01
低位字节存储到高地址处,没有存储到c
的位置,那么c
的位置存储着00
,返回为0
,是大端存储。
枚举类型的声明
枚举类型(enum
)是一种特殊的类型,它可以为一组相关的常量值赋予用户定义的名称。
—>简单来说:枚举顾名思义就是⼀⼀列举。
枚举类型的声明语法:
enum 标识符 { 枚举常量1,枚举常量2, ...} 变量;
enum
关键字声明这是一个枚举类型。标识符是枚举类型的名称。
在大括号{}内列出枚举类型的多个枚举常量,用逗号分隔。
变量是枚举类型的变量,可以直接使用枚举类型名或枚举常量初始化。
例如:
enum Color //Color是枚举类型名{RED, // 枚举常量GREEN,BLUE} color;///color是Color类型的变量int main(){printf("%d\n", RED);printf("%d\n", GREEN);printf("%d\n", BLUE);return 0;}
输出:
- 枚举常量默认从
0
开始依次累加1
。也可以手动为枚举常量赋值:
例如:
enum Color { RED = 1, GREEN = 2, BLUE = 4}
运行结果:
- 当然第一个元素未被赋值,给其它的常量赋值,该常量前面的值是默认值(0,1,2)后面递增1。
例如:
enum Color{RED,white,GREEN = 8,BLUE ,BLACK,};int main(){printf("%d\n", RED);printf("%d\n", white);printf("%d\n", GREEN);printf("%d\n", BLUE);printf("%d\n", BLACK);return 0;}
输出:
枚举类型的优点
为什么使⽤枚举?
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:
- 增加代码的可读性和可维护性
如:之前的扫雷中可以这样定义用PLAY
代替1
,EXIT
代替0
,更具有个性化:
#include #include // 定义游戏选择枚举类型enum Game_Selection{EXIT, // 退出游戏PLAY// 开始游戏};// 打印菜单void menu(){printf("********** Menu **********\n");printf("PLAY - Start the game\n");printf("EXIT - Exit the game\n");printf("********** Menu **********\n");}int main(){enum Game_Selection input; // 声明游戏选择变量char choice[10]; // 声明选择输入缓冲区do{menu(); // 调用菜单函数printf("Please enter your choice: ");scanf("%s", choice); // 读取选择输入getchar(); // 清除输入缓冲区if (strcmp(choice, "PLAY") == 0){input = PLAY; // 设置选择为开始游戏}else if (strcmp(choice, "EXIT") == 0){input = EXIT; // 设置选择为退出游戏}else{printf("输入错误,请重新输入\n");continue; // 输入错误,继续循环}switch (input){case PLAY:printf("扫雷游戏启动!\n");break;case EXIT:printf("不玩了,启动不了!\n");break;}} while (input != EXIT);return 0;}
代码运行:
和
#define
定义的标识符⽐较枚举有类型检查,更加严谨。便于调试,预处理阶段会删除
#define
定义的符号使⽤⽅便,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
枚举类型的使⽤
那是否可以拿整数给枚举变量赋值呢?在C语⾔中是可以的,但是在C++是不⾏的,C++的类型检查⽐较严格。
在C语言中,枚举类型实际上就是整数类型,编译器会把枚举常量替换成对应的整数值。所以可以用整数直接给枚举变量赋值。
而在C++中,枚举类型是完全独立的类型。编译器会检查类型是否匹配,不允许用整数直接给枚举变量赋值。
例如:
# define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include #include //C语言enum Color//颜⾊{RED = 1,GREEN = 2,BLUE = 4};int main(){enum Color c;c = 1; // 可以直接赋值整数return 0;}
输出:
// C++语言enum Color//颜⾊{RED = 1,GREEN = 2,BLUE = 4};Color c;c = 1; // 错误,类型不匹配
输出:
总结:
C语言中枚举类型实际上就是整数,允许用整数直接赋值
C++中枚举类型是独立类型,不允许用整数直接赋值,需要强制类型转换
总结
这次阿森和你一起学习联合体类型的声明,特点,然后进行相同成员的结构体和联合体对⽐,⼤⼩的计算,联合体应用,枚举类型的声明,优点和扫雷改造使⽤方法,阿森将下一节和你一起学习动态内存管理 。
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