c语言：自定义类型（枚举、联合体）

目录

前言：

1.位段

1.1什么是位段

1.2 位段的内存分配 

 1.3 位段的跨平台问题

2.枚举

2.1枚举类型的定义

2.2枚举类型的优点 

3.联合体（共用体）

3.1联合类型的定义

3.2联合体的特点 

3.3联合大小的计算

3.4联合体的实际应用 

前言：

c语言中中自定义类型不仅有结构体，还有枚举、联合体等类型，上一期我们详细讲解了结构体的初始化，使用，传参和内存对齐等知识，这一期我们来介绍c语言中的其他自定义类型枚举和联合体的知识。

1.位段

    在讲枚举，联合体之前，我们补充上一期结构体剩下的一点知识——位段。

1.1什么是位段

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 或signed int 。

2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

比如：

struct A
{int _a:2;int _b:5;int _c:10;int _d:30;
};

A就是一个位段类型。

那位段A的大小是多少？  

printf("%d\n", sizeof(struct A));

这就不得不介绍以上的代码是什么意思了，_a后面的2表示我们只给_a 变量分配两个比特位的空间，以此类推，后面的5、10、30都是给各自变量分配了该数量的比特位的空间，这是为什么呢？为什么要给一个变量这么小的空间呢？因为有时我们发现有的变量只固定表示一些很小的数值，如_a变量，我们如果只需要它表示0-3的值，给它分配两个比特位是完全够的，所以使用位段是为了节省空间的做法，在某些变量只表示固定范围的数值时，我们就用位段限制它的空间，尽可能去节省空间，那么我们来看这个结构体的空间大小吧：

四个int类型占8个字节，平均占2个字节，在不超出数值表示范围的情况下，我们用位段省下了一半的空间。

1.2 位段的内存分配 

    既然位段能节省空间，我们就不得不解释位段是如何分配内存的：

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。

我们来看一段代码：

//一个例子
struct S
{char a:3;char b:4;char c:5;char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;

我们给a、b、c、d、四个变量分别分配了3，4，5，4个比特位，3+4+5+4=16，它们加起来占16个比特位，是不是意味着S占16÷8=2个字节呢？我们计算一下S所占的空间：

出乎我们意料，它占了三个字节，这是因为位段的存储规则是不确定的。

如果这个结构体占三个字节，那么它内部是这样存储的：

因为a占3个比特位，b占四个比特位，加起来不超过一个字节，所以它们被放在同一个字节内，而c占5个比特位，字节1空间不够，所以被放在了字节2，此时字节2还剩3个比特位，d占四个比特位，显然字节2放不下，又开辟了字节3把d放在里面，剩下一个字节的空间就是这样丢失的。

 1.3 位段的跨平台问题

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。

总结：

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

2.枚举

  枚举也是c语言中自定义类型的一种，那么枚举是什么呢？

枚举顾名思义就是一一列举。

把可能的取值一一列举。

比如我们现实生活中：

一周的星期一到星期日是有限的7天，可以一一列举。

性别有：男、女、保密，也可以一一列举。

月份有12个月，也可以一一列举。

这里就可以使用枚举了。

2.1枚举类型的定义

相比于结构体的关键字为struct，枚举也有自己的关键字：enum，了解了它的关键字，我们来看枚举的应用实例：如我们要表示一周七天，我们要表示性别，三原色

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，依次递增1，什么意思呢？如我们的Color类型里面的从头开始为RED，那么它的值就是0，相应的，GREED的值为1，BLUE的值为2，当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值。

enum Color//颜色
{RED=1,GREEN=2,BLUE=4
};

2.2枚举类型的优点 

为什么要使用枚举？

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：

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

4. 使用方便，一次可以定义多个常量

3.联合体（共用体）

3.1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），关键字为union。

比如：

//联合类型的声明
union Un
{char c;int i;
};
//联合变量的定义
union Un un;
//计算连个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));

3.2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）。

问：

union Un
{int i;char c;
};
union Un un;
// 下面输出的结果是一样的吗？
printf("%p\n", &(un.i));
printf("%p\n", &(un.c));

首先我们来分析一下，因为我们联合体的特点是变量之间共用一块空间，所以i的地址和c的地址是同一块，那么它们&i和&c的结果是一样的：

很显然，我们的分析是正确的。

3.3联合大小的计算

联合体占多少空间，有两个规则：

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。

比如：

union Un1
{char c[5];int i;
};
union Un2
{short c[7];int i;
};
//下面输出的结果是什么？
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));

从Un1开始，它的内部定义了一个5个元素的char类型的数组，长度为5个字节，那是否说明它的内存就是5个字节呢？我们回到上面内存规则的第二条—— 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，很显然5不是4的整数倍，所以我们扩展到了8，那么8就是它所占的字节数：

结果完全正确，那么Un2呢，short类型占2个字节，我们定义了一个7个变量的short类型的数组，占14个字节，又创建了一个int类型的变量，考虑到联合体内存共用的特性，结果肯定不为14+4，我们要考的还是第二条对齐的规则，14不是4的整数倍，由14扩展到了16：

怎么样，是不是对联合体内存的规则有一定的了解了呢。

3.4联合体的实际应用 

    联合体有很多作用，我们之前讲过大小端字节序的概念，还讲了设计一个程序判断当前环境是大端还是小端，学了联合体之后，我们使用联合体也能设计这样的程序且简单，清晰明了：

union Un
{char c;int i;
};
int main()
{union Un un = { 0 };un.i = 1;if (un.c == 1){printf("小端\n");}else{printf("大端\n");}return 0;
}

我们当前是小端字节序，来看结果吧：

是不是很神奇呢。

到这里我们自定义类型的的内容就到此结束了，各位友友读到这里留下宝贵的三连和评论吧，有不足之处望各位佬佬私信和我交流！！！