聯合體和枚舉——嵌入式學習筆記

前言

一、聯合體（共用體）

1、基本概念

2、初始化和引用

（1）初始化

（2）引用

二、枚舉

前言

????????在C語言的編程世界中，我們早已熟悉了結構體struct這種能將不同數據類型捆綁在一起的“打包”神器。但你是否想過，如果有一塊內存，可以靈活地存放不同類型的數據，但在同一時刻只使用其中一種，該如何實現？又是否曾為那些 magic number（魔法數字）和意義不明的整數常量而頭疼？

????????這就是聯合體(union)和枚舉(enum)大顯身手的地方。它們一個是高效利用內存的“變體”專家，一個是提升代碼可讀性與安全性的“語義化”大師。本篇博客將帶你深入淺出，探索這兩個強大工具的奧秘，讓你的C代碼更加專業、優雅和高效。

一、聯合體（共用體）

1、基本概念

說明：

????????聯合體的外在形式跟結構體非常相似，但它們有一個本質的區別：結構體中的各個成員各自獨立，而聯合體的各個成員卻共用一塊內存，因此聯合體也稱為共用體

圖解：

????????

特點：

????????整個聯合體變量的尺寸，取決于聯合體尺寸最大的成員

????????給聯合體的某個成員賦值，會覆蓋其他成員，使它們失效

????????

????????聯合體各成員之間形成一個 "互斥"的邏輯的，在某一個時刻只有一個成員有效

語法：

????????聯合體標簽：用來區分各個不同的聯合體

????????成員：是包含在聯合體內部的數據，可以是任意的數據類型

基本結構：

union 聯合體標簽
{成員1;成員2;...        
};

2、初始化和引用

（1）初始化

說明：

????????聯合體的操作跟結構體形式上別無二致，但由于聯合體特殊的存儲特性，不管怎么初始化和賦值，最終有且僅有一個成員是有效的

示例代碼：

????????

#include <stdio.h>union node1
{char ch;        // A、B、C、Dint num;        // 60、70、80、90、100double f;       // 99.9、59.9char buf[128];  // 優秀、良好、中等、及格、差
};union node2
{char ch;        // A、B、C、Dint num;        // 60、70、80、90、100
};// 主函數
int main(int argc, char const *argv[])
{// (1)、聯合體的初始化// 1、普通初始化union node1 n1 = {'A', 90, 99.9, "優秀"};printf("聯合體成員的值 == %d\n",  n1.ch);printf("n1的大小為    == %lu\n", sizeof(n1));   // - 整個聯合體變量的尺寸，取決于聯合體尺寸最大的成員/*報警告：warning: excess elements in union initializer// 翻譯：警告：聯合體初始化器中的元素過多原因：只有第一個成員有效，其它成員賦值無效，也無需賦值- 給聯合體的某個成員賦值，會覆蓋其他成員，使它們失效- 聯合體各成員之間形成一個 "互斥"的邏輯的，在某一個時刻只有一個成員有效*/// 2、指定成員初始化(只有最后一個賦值有效，其它賦值無效，會被覆蓋)union node2 n2 ={.num = 80,.ch  = 'D'};printf("聯合體的成員的值 == %c\n", n2.ch);printf("聯合體的成員的值 == %d\n", n2.num);printf("n2的大小為      == %lu\n", sizeof(n2));return 0;
}

（2）引用

說明：

????????聯合體一般很少單獨使用，而經常以結構體的成員形式存在，用來表達某種互斥的屬性

示例代碼：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>union node1
{char ch;        // A、B、C、Dint num;        // 60、70、80、90、100double f;       // 99.9、59.9char buf[128];  // 優秀、良好、中等、及格、差
};union node2
{char ch;        // A、B、C、Dint num;        // 60、70、80、90、100
};typedef struct student       
{char name[128];     char phone[128];int id;int gender;char class[128];float height;float weight;int age;union node1 score;   // 里面有四種互斥的屬性}stu_t, *stu_p;         // 主函數
int main(int argc, char const *argv[])
{// (1)、聯合體的初始化// 1、普通初始化union node1 n1 = {'A', 90, 99.9, "優秀"};printf("聯合體成員的值 == %d\n",  n1.ch);printf("n1的大小為    == %lu\n", sizeof(n1));   // - 整個聯合體變量的尺寸，取決于聯合體尺寸最大的成員/*報警告：warning: excess elements in union initializer// 翻譯：警告：聯合體初始化器中的元素過多原因：只有第一個成員有效，其它成員賦值無效，也無需賦值- 給聯合體的某個成員賦值，會覆蓋其他成員，使它們失效- 聯合體各成員之間形成一個 "互斥"的邏輯的，在某一個時刻只有一個成員有效*/// 2、指定成員初始化(只有最后一個賦值有效，其它賦值無效，會被覆蓋)union node2 n2 ={.num = 80,.ch  = 'D'};printf("聯合體的成員的值 == %c\n", n2.ch);printf("聯合體的成員的值 == %d\n", n2.num);printf("n2的大小為      == %lu\n", sizeof(n2));// (2)、聯合體的引用// 1、聯合體的直接引用(最后的賦值，會將整個聯合體全部覆蓋)n1.ch   = 'C';n1.num  = 120;n1.f    = 59.9;strcpy(n1.buf , "優秀+");printf("n1.buf == %s\n", n1.buf);// 2、聯合體的間接引用(最后的賦值，會將整個聯合體全部覆蓋)union node1 *p1 = &n1;                          // 指針指向的內存的是棧區union node1 *p2 = malloc(sizeof(union node1));  // 指針指向的內存的是堆區(無初始化)bzero(p2, sizeof(union node1));// 棧區指針strcpy(p1->buf, "良好");p1->ch  = 'E';p1->num = 220;p1->f   = 6.28;printf("p1->f == %f\n", p1->f);// 堆區指針strcpy(p2->buf, "中等");p2->num = 330;p2->f   = 12.56;p2->ch  = 'F';printf("p2->f == %c\n", p2->ch);// (3)、聯合體的實際的引用例子struct student stu1 = {0};stu1.score.num = 100;       /*此處可以選擇一下四種評價標準，但同一時間內只能夠選擇其中一種ch;      // A、B、C、Dnum;     // 60、70、80、90、100f;       // 99.9、59.9;        // 優秀、良好、中等、及格、差*/return 0;
}

二、枚舉

說明：

????????枚舉類型的本質是提供一種范圍受限的類型，比如用0-6表示7種顏色，用0-3表示4種狀態，但枚舉在C語言種并未實現其本來應用的效果，直到C++才擁有原本該有的屬性

????????是使用有意義的單詞，來代替無意義的數字，提高程序的可讀性...

語法:

????????enum是關鍵字

????????spectrum是枚舉常量列表標簽，省略的情況下無法定義枚舉變量

格式：

enum 枚舉常量列表標簽
{常量1,常量2,...
}

例子：

// 枚舉類型
enum color{red, orange, yellow=8, green, blue, cyan, purple};
enum {reset, running, sleep, stop};// 枚舉變量
enum color c = yellow;    // 等價于c = 2

要點：

????????枚舉常量實質上就是整型，首個枚舉常量默認為0

????????枚舉常量在定義時可以賦值，若不賦值，則取值前面的枚舉常量的值加1

????????C語言種，枚舉等價于整型，支持整型數據的一切操作

示例代碼：

#include <stdio.h>// stm32的枚舉的使用(相比define的好處是可以歸類，并且可以迅速且大規模的鋪開)
typedef enum IRQn
{/******  Cortex-M4 Processor Exceptions Numbers ****************************************************************/NonMaskableInt_IRQn         = -14,    /*!< 2 Non Maskable Interrupt                                          */MemoryManagement_IRQn       = -12,    /*!< 4 Cortex-M4 Memory Management Interrupt                           */BusFault_IRQn               = -11,    /*!< 5 Cortex-M4 Bus Fault Interrupt                                   */UsageFault_IRQn             = -10,    /*!< 6 Cortex-M4 Usage Fault Interrupt                                 */SVCall_IRQn                 = -5,     /*!< 11 Cortex-M4 SV Call Interrupt                                    */DebugMonitor_IRQn           = -4,     /*!< 12 Cortex-M4 Debug Monitor Interrupt                              */PendSV_IRQn                 = -2,     /*!< 14 Cortex-M4 Pend SV Interrupt                                    */SysTick_IRQn                = -1,     /*!< 15 Cortex-M4 System Tick Interrupt                                *//******  STM32 specific Interrupt Numbers **********************************************************************/// ...
}IRQn_Type;// 表示顏色
enum color      // 有標簽，所以能定義變量
{red,        // 沒有賦值默認為0(后面的值依次+1)orange,     // 1yellow,     // 2green=8,    // 如果賦值了，那么從此數據開始，后面依次+1(前面數據依然遵循前面的規則)blue,       // 9cyan,       // 10   purple      // 11
};
enum            // 沒有標簽，所以不能定義變量
{reset,      // 重啟running,    // 運行sleep,      // 休眠stop        // 停止，關機
};// 主函數
int main(int argc, char const *argv[])
{// (1)、枚舉類型默認初始化和引用enum color c = 1;c = c + 1;printf("c == %d\n", c); // 枚舉等價于整型，支持整型數據的一切操作1// (2)、在實際開發種使用(是使用有意義的單詞，來代替無意義的數字，提高程序的可讀性...)// 枚舉等價于整型，支持整型數據的一切操作2// 1、顏色選擇enum color c_num = 0;printf("請選擇顏色：\n");printf("0、紅色\n");printf("1、橙色\n");printf("2、黃色\n");scanf("%d", (int*)&c_num);  while(getchar()!='\n');switch (c_num){case red:printf("我是紅紅！\n");break;case orange:printf("我是橙橙！\n");break;case yellow:printf("我是黃黃！\n");break;}// 2、機器狀態選擇同上return 0;
}