c语言：自定义类型（枚举、联合体）

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：