一、联合体（Union）
1.1 联合体的基本概念
在 C 语言里，联合体（也叫共用体）是一种特殊的数据类型。它允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。联合体的所有成员共享同一块内存空间，这意味着在同一时刻，联合体只能存储一个成员的值。联合体的定义形式如下：
union 联合体名 {数据类型 成员名1;数据类型 成员名2;// 可以有更多成员
};
例如，定义一个简单的联合体：
union Data {int i;float f;char str[20];
};
在这个联合体 Data 中，包含三个成员：i 为整型，f 是浮点型，str 是字符数组。这三个成员共享同一块内存空间，其大小取决于最大成员的大小。
1.2 联合体变量的定义与初始化
1.2.1 联合体变量的定义
定义联合体变量有多种方式：
- 先定义联合体类型，再定义联合体变量：
union Data {int i;float f;char str[20];
};union Data data;
- 在定义联合体类型的同时定义联合体变量：
union Data {int i;float f;char str[20];
} data;
- 定义匿名联合体类型的同时定义联合体变量：
union {int i;float f;char str[20];
} data;
1.2.2 联合体变量的初始化
联合体变量在初始化时，只能初始化一个成员。例如：
union Data data = {10}; // 初始化整型成员 i
也可以明确指定要初始化的成员：
union Data data = {.f = 3.14}; // 初始化浮点型成员 f
1.3 联合体成员的访问
通过联合体变量访问其成员使用成员访问运算符 “.”。例如：
#include <stdio.h>union Data {int i;float f;char str[20];
};int main() {union Data data;data.i = 10;printf("data.i: %d\n", data.i);data.f = 3.14;printf("data.f: %.2f\n", data.f);strcpy(data.str, "Hello");printf("data.str: %s\n", data.str);return 0;
}
需要注意的是，由于所有成员共享同一块内存，当给一个成员赋值时，会覆盖其他成员的值。
1.4 联合体的内存布局
联合体的大小取决于其最大成员的大小。例如上面的 union Data，str 数组占 20 个字节，是最大的成员，所以 union Data 的大小就是 20 个字节。可以使用 sizeof 运算符来验证：
#include <stdio.h>union Data {int i;float f;char str[20];
};int main() {printf("Size of union Data: %zu bytes\n", sizeof(union Data));return 0;
}
1.5 联合体的应用场景
- 节省内存：当需要存储不同类型的数据，但同一时间只使用其中一种类型时，使用联合体可以节省内存。例如，在一个嵌入式系统中，内存资源有限，使用联合体可以更高效地利用内存。
- 数据类型转换：联合体可以用于在不同数据类型之间进行转换。例如，通过联合体可以将一个整型数据以字节的形式进行访问。
#include <stdio.h>union IntBytes {int i;char bytes[sizeof(int)];
};int main() {union IntBytes ib;ib.i = 0x12345678;for (int i = 0; i < sizeof(int); i++) {printf("Byte %d: 0x%02X\n", i, (unsigned char)ib.bytes[i]);}return 0;
}
二、枚举（Enum）
2.1 枚举的基本概念
枚举是一种用户自定义的数据类型，它用于定义一组命名的整型常量。枚举类型的变量只能存储枚举中定义的值。枚举的定义形式如下：
enum 枚举名 {枚举常量1,枚举常量2,// 可以有更多枚举常量
};
例如，定义一个表示星期的枚举：
enum Weekday {MONDAY,TUESDAY,WEDNESDAY,THURSDAY,FRIDAY,SATURDAY,SUNDAY
};
在这个枚举中，MONDAY、TUESDAY 等都是枚举常量，它们的值默认从 0 开始依次递增。
2.2 枚举变量的定义与初始化
2.2.1 枚举变量的定义
定义枚举变量的方式与定义其他类型的变量类似：
enum Weekday today;
也可以在定义枚举类型的同时定义枚举变量：
enum Weekday {MONDAY,TUESDAY,WEDNESDAY,THURSDAY,FRIDAY,SATURDAY,SUNDAY
} today;
2.2.2 枚举变量的初始化
枚举变量可以初始化为枚举中的某个常量：
enum Weekday today = MONDAY;
2.3 枚举常量的值
枚举常量的值默认从 0 开始依次递增，但也可以显式指定其值。例如：
enum Color {RED = 1,GREEN = 2,BLUE = 4
};
在这个例子中，RED 的值为 1，GREEN 的值为 2，BLUE 的值为 4。如果没有显式指定某个枚举常量的值，它的值将是前一个枚举常量的值加 1。例如：
enum Numbers {ONE = 1,TWO, // 值为 2THREE // 值为 3
};
2.4 枚举的应用场景
- 提高代码可读性：使用枚举可以为一组相关的常量赋予有意义的名称，使代码更易读和理解。例如，在处理星期、颜色等情况时，使用枚举可以避免使用无意义的数字。
- 状态管理：在程序中，经常需要表示不同的状态，使用枚举可以清晰地定义这些状态。例如，一个文件操作函数可能有不同的返回状态：
#include <stdio.h>enum FileStatus {FILE_OPEN_SUCCESS,FILE_OPEN_ERROR,FILE_READ_SUCCESS,FILE_READ_ERROR
};enum FileStatus open_and_read_file() {// 模拟文件打开和读取操作if (1) { // 假设文件打开成功if (1) { // 假设文件读取成功return FILE_READ_SUCCESS;} else {return FILE_READ_ERROR;}} else {return FILE_OPEN_ERROR;}
}int main() {enum FileStatus status = open_and_read_file();switch (status) {case FILE_OPEN_SUCCESS:printf("File opened successfully.\n");break;case FILE_OPEN_ERROR:printf("Error opening file.\n");break;case FILE_READ_SUCCESS:printf("File read successfully.\n");break;case FILE_READ_ERROR:printf("Error reading file.\n");break;}return 0;
}
三、typedef
3.1 typedef 的基本概念
typedef 是 C 语言中的一个关键字，用于为已有的数据类型定义一个新的名称。使用 typedef 可以提高代码的可读性和可维护性，特别是在处理复杂的数据类型时。其基本语法如下：
typedef 原数据类型 新数据类型名;
例如，为 int 类型定义一个新的名称 Integer：
typedef int Integer;
之后就可以使用 Integer 来定义整型变量：
Integer num = 10;
3.2 typedef 的使用场景
3.2.1 简化复杂的数据类型名称
当使用复杂的数据类型时，如结构体、指针等，使用 typedef 可以简化其名称。例如，对于一个结构体：
struct Student {int id;char name[20];float score;
};typedef struct Student StudentType;StudentType stu;
这样，在后续代码中就可以直接使用 StudentType 来定义结构体变量，而不需要每次都写 struct Student。
3.2.2 提高代码的可移植性
在不同的系统或编译器中，某些数据类型的长度可能不同。使用 typedef 可以为这些数据类型定义统一的名称，提高代码的可移植性。例如，在不同的系统中，int 类型的长度可能不同，为了保证代码在不同系统上的一致性，可以定义一个 Int32 类型：
#include <stdint.h>typedef int32_t Int32;Int32 num = 10;
这里使用了 <stdint.h> 头文件中的 int32_t 类型，它表示 32 位的有符号整数。
3.2.3 定义函数指针类型
使用 typedef 可以方便地定义函数指针类型。例如，定义一个指向返回值为 int，参数为 int 和 int 的函数的指针类型：
typedef int (*MathFunction)(int, int);int add(int a, int b) {return a + b;
}int main() {MathFunction func = add;int result = func(3, 5);printf("Result: %d\n", result);return 0;
}
3.3 typedef 与 #define 的区别
typedef 和 #define 都可以用于定义别名，但它们有一些区别：
- 作用域：
typedef是在编译阶段处理的，具有明确的作用域；而#define是在预处理阶段进行简单的文本替换，没有作用域的概念。 - 处理方式：
typedef定义的是一种新的数据类型，编译器会进行类型检查；而#define只是简单的文本替换，不会进行类型检查。例如：
typedef char *String;
#define STR char *String s1, s2; // s1 和 s2 都是 char * 类型
STR s3, s4; // s3 是 char * 类型，s4 是 char 类型
在这个例子中，typedef 定义的 String 是一个新的数据类型，所以 s1 和 s2 都是 char * 类型；而 #define 只是简单的文本替换，STR s3, s4; 会被替换为 char * s3, s4;，导致 s3 是 char * 类型，s4 是 char 类型。
综上所述，联合体、枚举和 typedef 是 C 语言中非常有用的特性，合理使用它们可以提高代码的可读性、可维护性和内存使用效率。在实际编程中，要根据具体的需求选择合适的特性来解决问题。
