C语言之位段、枚举、联合

一、位段

1.1位段的声明

struct 对象名{

    位段的成员列表；（类型 变量名：数字；）

}；//别忘记分号

位段与结构体的声明，除了成员列表不同外，其余格式皆相同

首先，位段的成员类型必须是int（unsigned int或者signed interesting）(小于等于int的都可以），

其次，位段的成员名后紧跟着冒号和数字，数字代表着该变量所占比特位的大小，举例：

struct S{
 char a:3;
 char b:4;
 char c:5;
 char d:4;
}；

位段与结构体的区别无非是在成员列表的要求上稍有不同，限制了每个成员的存储空间，例如上述代码的a只有3个比特位的空间，b只有4个比特位的空间，c只有5个比特位的空间，a,b,c各自使用自己的空间来存储自身相应的数据，当自身数据太大超出自身分配空间大小时，只能存储数据的一部分，而当开辟剩余空间不足以完全存储一个成员变量时，则会重新开辟空间

1.2位段的内存分配

当位段成员是int类型时，每次开辟4个字节大小的空间，(当位段成员是char类型时，每次开辟1个字节大小的空间)，然后依次存储位段成员，当剩余空间不够完整存储下一个成员时，再开辟一个4个字节大小的空间来存储，但是位段成员在利用这4个字节大小的空间时，是从左到右，还是从右到左，并没有做出规定，我们假设是从右到左利用

例如

struct S{
 char a:3;
 char b:4;
 char c:5;
 char d:4;
}；
int main（）
{
  struct S s = {0};
  s.a = 10;
  s.b = 12;
  s.c = 3;
  s.d = 4;
  printf("%d ",sizeof(s））；
}

因为是位段，而且成员是char,因此每次开辟1个字节的空间，8个比特位，初始化s全部为0，因此如下

初始化a=10，a的二进制为1010，但只给a分配了3个比特位的空间，不能完全存储的下，因此只能从低字节到高字节存储a的3个比特位，即010，如下

b=12,二进制为1100，b的空间是4个比特位，可以存储，如下

c=3，二进制为11，第一次开辟的8个比特位空间只剩下一个，不足以完全存储c，因此重新开辟一个字节的空间来存储c，且c一共占据5个比特位的空间

d=4，且占据4个比特位，剩余3个比特位不够，因此重新开辟空间存储d，二进制为0100

那么，位段变量s在内存中存储的二进制位应为0110 0010 0000 0011 0000 0100，转化为16进制为  62 03 04 ，我们来看一下调试结果

我们再来看看成员是int类型的位段所占空间大小

struct A
{
 int a:2;
 int b:5;
 int c:10;
 int d:30;
};

成员是int类型，首先开辟四个字节的空间，分别存放a,b,c后，剩余的空间不足以存储d，因此再次开辟4个字节的空间来存储d，一共8个字节，来看看调试结果

1.3位段小结

位段的使用能够让程序员更加合理的利用空间，但是它本身也存在着一定的问题

1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。也就是说int类型数据二进制位的首位是否被当作符号位不确定，有兴趣的可以亲自测试一下
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。）这个好理解，成员类型所占字节数就是最大位的数目，但是不同机器下相同类型所占字节不同（int）

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。但是我们可以亲自实验
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。个人理解为位段中包含一个位段时，开辟空间的剩余位不足以完整存储分配给成员位段的位时，不确定会这么进行存储，当然，如果成员不是位段时，此时肯定会再开辟空间（舍弃）

二、枚举

2.1枚举的声明

enum 对象名{

枚举成员列表；//准确来说是枚举对象的可能取值

//直接书写变量名，无需书写类型

}；

枚举的声明和结构体的声明相比，除了关键字从enum变为struct以及成员无需类型名外，其余书写格式均相同，但枚举和结构体不同的是，

枚举的含义表示可以一一列举，因此如果不给枚举的成员赋值，那么从第一个枚举成员开始，会默认为0，第二个为1，第三个为2，以此类推，如果在某个枚举成员处赋值，那么它之前的成员不受影响，之后的成员会在它的基础上递增，因此

我们经常把枚举的成员称之为枚举常量，它们是枚举对象所有可能的取值

并且枚举常量前虽然没有书写类型，但是它们本身是有类型的，他们的类型就是enum 对象名。

2.2枚举的优点

1. 增加代码的可读性和可维护性。看到枚举就能明白它是什么
2. 和#define定义的标识符比较枚举有类型检查，更加严谨。当我们用define定义某个常量时，其实该常量只是一个标识符，在接下来的代码中，我们只要看到这个常量的名字，就会自动转化为define定义时该常量对应的内容。所有说define定义的数据其实没有类型，而枚举常量是有类型的
3. 防止了命名污染（封装）。命名污染的意思就是名字重复出现
4. 便于调试。源代码->预编译->编译->链接->可执行程序，预编译的作用就是去除注释以及转化define定义的标识符这些冗余的东西。枚举的存在可以代替define，使得代码更加便于调试
5. 使用方便，一次可以定义多个常量。使用一次枚举，可以同时定义多个枚举常量，比define定义更加方便

2.3枚举的使用

只能用枚举常量或者强制转化为枚举类型来给枚举变量赋值

enum Color//颜色

{

 RED=1,

 GREEN=2,

 BLUE=4

};
int main()
{
  enum Color clr = RED;
  //enum Color clr = (enum Color)1;
}

三、联合（联合体）（共用体）

3.1联合体的声明

union 对项名{

成员列表；

}；

3.2联合体的特点

所有成员共用一块空间，即每个成员的起始地址相同，然后按照本身大小向后存储

3.3联合体的大小

联合体的大小最小是联合的大小至少是最大成员的大小。因为联合体的特点就是共用空间，当能存储最大的那个时，其他的肯定没问题

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。这里的最大对齐数就是自身对齐数和默认对齐数（8）中的较小值，

​union Un1
{
 char c[5];//c前面的类型是1，因此自身对齐数为1，和8比较后的较小值为1
 int i;  //比较后的对齐数为4
};//最大对齐数为4，但不能存储数组c（5），因此翻倍，为8

union Un2
{
 short c[7];//比较后对齐数为2
 int i;//比较后对齐数为4
};//最大对齐数为4，但不能存储数组c（14）,所以为16

调试结果如上