浅析 C 语言的共用体、枚举和位域

前言

最近在尝试阅读一些系统库的源码，但是其中存在很多让我感到既熟悉又陌生的语法。经过资料查阅，发现是 C 语言中的共用体和位域。于是，趁着课本还没有扔掉，将一些相关的知识点记录在本文。

文章目录

前言
共用体 (union)
枚举 (enum)
位域
参考资料

共用体 (union)

公用体和结构体相似，也是一种数据构造机制。但是结构体中的各成员变量顺序排列存储，每个成员变量都有自己独立存储空间，而共用体中所有成员变量共享同一片内存区域，一个共用体变量在每个时刻里只能保存它的某个成员变量的值。

定义格式如下：

union 共用体名 {
	成员列表
};

下面是共用体和结构体占用内存的情况：

#include <stdio.h>

union UnionData {
    int a;
    float b;
    double c;
    char d;
};

struct StructData {
    int a;
    float b;
    double c;
    char d;
};

int main() {
    printf("%lu %lu\n", sizeof(UnionData), sizeof(StructData));
    return 0;
}

控制台输出结果：

8 24

在这里插入图片描述
共用体能支持在同一块内存区域对不同的数据类型进交替使用，增加了灵活性，节省了内存，通常在系统库中会有所应用。

枚举 (enum)

枚举 (enumeration) 是一系列命名的整型常量，它是一种基本数据类型，而不是一种构造类型。在“枚举”类型的定义中，我们需要列举出所有可能值，就像列举一周七天、一年四季等。

定义格式如下：

enum 枚举名 {枚举列表};

枚举的使用例子如下：

#include <stdio.h>

// 枚举定义
enum Season {
    SeasonSpring = 1,
    SeasonSummer,
    SeasonAutumn, 
    SeasonWinter
};

int main () {
    Season a = SeasonSpring;
    switch (a) {
    case SeasonSpring:
        printf("SeasonSpring\n");
		break;
    case SeasonSummer:
        printf("SeasonSummer\n");
		break;
    case SeasonAutumn:
        printf("SeasonAutumn\n");
		break;
    case SeasonWinter:
        printf("SeasonWinter\n");
		break;
    }
    return 0;
}

控制台输出结果：

1 2 3

位域

有些数据在存储时并不需要占用一个完整的字节，只需要占用一个或几个二进制位即可。例如开关只有通电和断电两种状态，用 0 和 1 表示足以，也就是用一个二进位。

出于节省内存的角度考虑，就有了位域这种设计。位域是 C 语音中一种特殊的结构体成员，它允许我们指定它所占的内存位数。

定义格式如下：

struct 位域结构名 {
	类型说明符 位域名 : 位域长度;
};

说明：

一个位域必须存储在同 1 个字节中，不能跨两个字节。如果一个字节所剩的空间不足以存储下一个位域时，应该从下一个字节开始存储。
位域长度不能大于 1 个字节长度，也就是说不能超过 8 位。
位域的数据类型只能是 int、unsigned int、char、枚举等类型。
位域可以没有位域名，因为无名的位域是不能使用的，所以只是用作填充或调整位置的作用。例如：
```
struct BitStruct {
	int a : 4;
	int   : 2;  // 空域，不能使用
	int b : 4;
	int c : 4;
}
```