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C语言自定义类型：联合和枚举

news 来源：原创 2025/9/11 15:14:18

在C语言中，联合（Union）和枚举（Enum）是两种重要的的自定义数据类型。它们分别适用于不同的场景，能够提升代码的效率和可维护性。。本文将结合代码示例，详细讲解它们的声明、特点及使用方法。

一、联合体（Union)

1. 联合体的声明与特点

联合体和结构体的声明方式相似：

union Un
{char c;int i;
};

联合体也是有一个或者多个成员构成，这些成员可以是不同的类型。

与结构体不同，编译器只为最大的成员分配足够的内存空间，所有的成员共用一块内存空间，因此联合体的大小至少等于最大成员的大小。例如下面一段代码：

#include <stdio.h>union Un
{char c;int i;
};int main()
{//联合变量的定义union Un un = {0}; //计算联合体的大小printf("%d\n", sizeof(union Un));return 0;
}

运行结果：

这里就说明，该联合体的大小就是最大成员的大小。

联合体还有另外两个特点：

1. 修改一个成员的值会影响其他成员的值。

2. 所有成员起始地址相同。

接下来我们就写一段代码验证这两个特点：

union Un
{char c;int i;
};int main()
{union Un un = { 0 };printf("&un.i = %p\n", &un.i);printf("&un.c = %p\n", &un.i);printf("&un = %p\n", &un);un.i = 0x11223344;un.c = 0x55;printf("%x\n", un.i);return 0;
}

运行结果：

联合体各成员变量的地址和联合体的地址均相同，且 i 的第4个字节的内容被修改为55了。

根据代码，我们就能画出un的内存布局图：

如果是结构体，其大小就应该是8个字节（上期内容提及）。因此联合体常用于节省内存的场景，如多种类型数据不同时使用，后面我们会提到。

2. 联合体大小的计算

联合体的大小需满足以下规则：

1. 大小至少为最大成员的大小。

2. 若最大成员大小不是最大对齐数的整数倍，则对齐到最大对齐数的整数倍。

示例：

union un1
{char c[5];int i;
};union un2
{short c[7];int i;
};int main()
{printf("%d\n", sizeof(union un1));printf("%d\n", sizeof(union un2));return 0;
}

un1中，c[5]的大小是5，对齐数是1（char类型）； i 的大小是4，对齐数是4，所以最大对齐数是4，因此un1总大小是8个字节（大小最小为5，然后对齐到4的倍数）。

un2中，c[7]的大小是14，对齐数是2（short类型）； i 的大小是4，对齐数是4，所以最大对齐数是4，因此un2总大小是16个字节（大小最小为14，然后对齐到4的倍数）。

3. 联合体与结构体的对比

这里总结一下联合体和结构体的内存占用和适用场景：

特性	联合体（Union）	结构体（struct）
内存占用	共享内存，大小由最大成员决定	各成员独立，总大小为各成员之和（考虑对齐）
适用场景	同一时间只使用一个成员	同时需要多个成员

4. 示例

示例一：使用联合体可以优化内存占用。

举例：上线一个礼品兑换单，兑换单中有三种商品：图书、被子、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、页数

杯子：设计

衬衫：设计、颜色、尺寸

如果我们只用结构体，代码如下：

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;//页数char design[30];//设计int colors;//颜色int sizes;//尺寸
};

这样一个结构体设计起来很简单，用起来也不麻烦。但是结构体包含来了所有礼品的各种属性，如果商品是图书，就不需要design、colors、sizes，这样结构体的大小就会偏大，比较浪费内存。

因此我们可以把公共属性单独写出来，属于各种商品本身的属性使用联合体，这样就可以减少所需的内存空间，一程度上节省来了内存。代码如下：

struct gift_list
{//公共属性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;//页数}book;struct{char design[30];//设计}mug;struct{char design[30];//设计int colors;//颜色int sizes;//尺寸}shirt;}item;
};

示例二：可以用联合体判断当前机器的大小端模式，代码如下：

int check_sys()
{union{int i;char c;}un;un.i = 1;return un.c;
}

如果返回1就是小端，返回0就是大端。画出示意图就会很明白了：

从图就能看出，实际上就是取出并观察i的第一个字节，相当于代码*(char*)&i。

二、枚举（Enum）

1. 枚举类型的声明

枚举，顾名思义就是一一列举，把可能的值一一列举。比如一周从星期一到星期天是有限的七天，可以一一列举；性别有男、女、保密，也可以一一列举；三原色红绿蓝，也可以一一列举，这些数据的表示就可以使用枚举。

比如：

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

枚举的声明方式：

enum Color
{RED,    //默认值为0GREEN,  //默认值为1BLUE    //默认值为2
};

enum Day，enum Sex和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。除了最后一个枚举常量，枚举类型中的其他枚举常量后面都要有逗号。

我们可以打印枚举常量的值：

enum Color//颜色
{RED,BLUE,GREEN
};int main()
{printf("%d\n", RED);printf("%d\n", BLUE);printf("%d\n", GREEN);return 0;
}

运行结果：

这些枚举常量都是有值的，默认从0开始，依次递增1。当然在声明枚举类型的时候也可以赋初值，称为显式赋值。比如：

enum Color//颜色
{RED = 2,BLUE = 4,GREEN = 8
};int main()
{printf("%d\n", RED);printf("%d\n", BLUE);printf("%d\n", GREEN);return 0;
}

运行结果：

2. 枚举类型的优点

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，预处理阶段会删除 #define 定义的符号。

        4. 使用方便，⼀次可以定义多个常量。

        5. 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。

现在空讲理论体现不出来枚举的优点，需要我们在以后写代码的过程中慢慢感受。

3. 枚举类型的使用

可以用枚举常量给枚举变量赋值。比如：

enum Color//颜色
{RED = 2,BLUE = 4,GREEN = 8
};enum Color clr = GREEN;

那能否用整数给枚举变量赋值呢？比如，clr = 2。这样的代码在C语言中是可以的，但是在C++是不行的，C++的类型检查更加严格。

枚举常用于状态码（如OK，ERROR）和选项标志（如READ，WRITE，EXECUTE），在日后的学习中都会接触到。

三、总结

本期我们介绍了联合体和枚举两大知识点，合理使用联合和枚举，可以显著提升C语言程序的效率和可维护性。

夯实基础，无限进步，如有疑惑，欢迎讨论！

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