news 2026/4/23 12:37:58

复合类型(共用体和枚举)

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张小明

前端开发工程师

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复合类型(共用体和枚举)

共用体

共用体(union)是一种数据格式,它能够存储不同的数据类型,但只能同时存储其中的一种类型。也
就是说,结构可以同时存储int、long和double,共用体只能存储int、long或double。共用体的句法与结
构相似,但含义不同。例如,请看下面的声明:

union one4all { int int_val; long long_val; double double_val; };

可以使用one4aII变量来存储int、long或double,条件是在不同的时间进行;

one4all pail; pail.int_val=15; cout<<pail.int_val; pail.double_val=1.38; cout<<pail.double_val;

因此,pail有时可以是int变量,一而有时又可以是double变量·成员名称标识了变量的容量。由于共
用体每次只能存储一个值,因此它必须有足够的空间来存储最大的成员,所以,共用体的长度为其最大成
员的长度。

共用体的用途之一是,当数据项使用两种或更多种格式(但不会同时使用)时,可节省空。例如,
假设管理一个小商品目录,其中有一些商品的ID为整数,而另一些的ID为字符串、在这种情况下,可以.
这样做:

struct widget { char brand[20]; int type; union id //format depends on widget type { long id_num; //type 1 widgets char id_char[20]; //other widgets }id_val; }; widget prize; if(prize.type==1) cin>>prize.id_val.id_num; else cin>>prize.id_val.id_char;

匿名共用体(anonymous union)没有名称。其成员将成为位于相同地址处的变量。显然,每次只有一
个成员是当前的成员:

struct widget { char brand[20]; int type; union { long id_num; char id_char[20]; }; }; widget prize; if(prize.type==1) cin>>prize.id_num; else cin>>prize_id_char;

由于共用体是匿名的,因此id_num和id_char被视为prize的两个成员,它们的地址相同,所以不需要中间标识符。程序员负责确走当前哪个成员是活动的。

共用体常用于(但并非只能用于)节省内存。当前,系统的内存多达数GB甚至数iB,一好像没有必要
-节省内存,一但并非所有的C++程序都是为这样的系统编写的。C++还用于嵌入式系统编程,如控制烤箱、
MP3播放器或火星漫步者的处理器“对这些应用程序来说,内存可能非常宝贵·一另外,用常用于操作
一系统数据结构或硬件数据结构。

枚举

C++的enum工具提供了另一种创建符号常量的方式,这种方式可以代替const。它还允许定义新类型,
但必须按严格的限制进行。使用enum的句法与使用结构相似。例如,请看下面语句:

enum spectrum{red,orange,yellow,green,blue,violet,indigo,ultraviolet}

一这条语句完成两项工作。

  • 让spectrum成为新类型的名称:spectrum被称为枚举(enurneration),就像struct变量被称为结构。
  • 将red,orange、yellow等作为符号常量,它们对应整数值0~7。这些常量叫作枚举量(enumerator)。

在默认情况下,将整数值赋给枚举量,第一个枚举量的值为0,第二个枚举量的值为1,依次类推。可
以通过显式地指定整数值来覆盖默认值,本章后面将介绍如何做。
可以用枚举名来声明这种类型的变量:

spectrum band;//band a varibalbe of type spectrum

枚举变量具有一些特殊的属性,下面来看一看。
在不进行强制类型转换的情况下,只能将定义枚举时使用的枚举量赋给这种枚举的变量,如下所示:

band=blue;//valid,blue is an enumerator band=2000;//invalid,2000 not an enumerator

因此,spectrum变量受到限制,只有8个可能的值。如果试图将一个非法值赋给它,则有些编译器将出现
编译器错误,而另一些则发出警告。为获得最大限度的可移植性,应将把非enum值赋给enum变量视为错误。

对于枚举,只定义了赋值运算符·具体地说,没有为枚举定义算术运算:

band=orange; //valid ++band; //not valid,++ discussed in Chaper 5 band=orange+red; //not valid,but a little tricky

然而,有些实现并没有这种限制,这有可能导致违反类型限制。例如,如果band的值为ultravrolet(7),
则++band(如果有效的话)将把band增加到8,而对于spectrum类型来说,8是无效的。另外,为获得最
大限度的可移植性,应采纳较严格的限制。

枚举量是整型,可被提升为int类型,但int类型不能自动转换为枚举类型:

int color=blue; //valid,spectrum type promoted to int band=3; //invalid,int not converted to specturm color=3+red; //valid,red converted to int

虽然在这个例子中,3对应的枚举量是green,但将3赋给band将导致类型错误。不过将green赋给
band是可以的,因为它们都是spectrum类型。同样,有些实现方法没有这种限制。表达式3+red中的加
法并非为枚举量定义,但red被转换为int类型,因此结果的类型也是int。由于在这种情况下,枚举将被
转换为int,因此可以在算术表达式中同时使用枚举和常规整数,尽管并没有为枚举本身定义算术运算。
前面示例:

band=orange+red; //not valid,but a little tricky

非法的原因有些复杂。确实没有为枚举定义运算符+,但用于算术表达式中时,枚举将被转换为整数,
因此表达式orange+red将被转换为1+0。这是一个合法的表达式,但其类型为int,不能将其赋给类型为
spectrum的变量band。

如果int值是有效的,则可以通过强制类型转换,将它赋给枚举变量:

band=spectrum(3); //typecast 3 to type spectrum

如果试图对一个不适当的值进行强制类型转换,将出现什仫情况呢?结果是不确定的,这意味着这样
做不会出错,但不能依赖得到的结果:

band=spectrum(40003); //undefined

请参阅本章后面的“枚举的取值范围”一书,以了解一下哪些值合适,哪些值不合适。

一正如您看到的那样,枚举的规则相当严格。实际上,枚举更常被用来定义相关的符号常量,而不是新
类型,例如,可以用枚举来定义switch句中使用的符号常量(有关示例见第6章)。如果打算只使用常
量,而不创建枚举类型的变量,则可以省略枚举类型的名称,如下面的例子所示:

enum{red,orange,yellow,green,blue,violet,indigo,ultraviolet};

设置枚举量的值

可以使用赋值运算符来显式地设置枚举量的值:

enum bits{one=1,two=2,four=4,eight=8};

指定的值必须是整数。也可以只显式地定义其中一些枚举量的值:

enum bigstep{first,second=100,third};

这里,first在默认情况下为0。后面没有被初始化的枚举量的值将比其前而的枚举量大因此,third
的值为101。
最后,可以创建多个值相同的枚举量:

enum{zero,null=0,one,numero_uno=1};

其中,zero和null都为0,one和umero-uno都为1。在C++早期的版本中,只能将int值(或提升为
int的值)赋给枚举量,但这种限制取消了,因此可以使用long甚至long long类型的值。

枚举的取值范围

最初,对于枚举来说,只有声明中指出的那些值是有效的。然而,C++现在通过强制类型转换,增加了
可赋给枚举变量的合法值。每个枚举都有取值范围(range),通过强制类型转换,可以将取值范围中的任
何整数值赋给枚举变量,即使这个偵不是枚举值。例如,假设.bits和myflag的定义如下:

enum bits{one=1,two=1,four=4,eight=8}; bits myflag;

则下面的代码将是合法的:

myflag=bits(6);//valid,because of is in biits range

其中6不是枚举值,但它位于枚举定义的取值范围内。

取值范围的定义如下。首先,一要找出上限,需要知道枚举量的最大值。找到大于这个最大值的、最小
的2的幂,将它减去1,得到的便是取值范围的上限。例如,前面定义的bigstep的最大值枚举值是101。
在2的幂中,比这个数大的最小值为128,因此取值范围的上限为127。要计算下限,需要知道枚举量的最
小值。如果它不小于0,则取值范围的下限为0;否则,采用与寻找上限方式相同的方式,但加上负号。例
如,如果最小的枚举量为-6,而比它小的、最大的2的幂是-8(加上负号),时此下为-7。

选择用多少空间来存储枚举由编译器决定。对于取值范围较小的枚举,使用一个字节或更少的空间:
而对于包含long类型值的枚举,则使用4个字节。

C++11扩展了枚举,增斯了作用域内枚举(scoped enumeration),第IO一章的“类作用域”一节将简要
地介绍这种枚举。

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