枚举、联合、大小端计算

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本篇主题：枚举、联合、大小端计算
发布时间：2025.1.15
隶属专栏：C语言

枚举

概念

枚举顾名思义就是一一列举，把可能取到的值一一列举出来。枚举的内容必须是有限的。
例如：

一周有七天，从星期一到星期日时可以一一列举出来的。
性别有：男，女，保密， 也可以一一列举。
月份有十二个月，从一月到十二月也是可以一一列举出来的。

对于以上情况可以使用枚举。

定义

在C语言中，实现枚举需要使用 enum 关键字。

enum Day//星期
{
	Mon，//成员之间用逗号隔开
	Tues，
	Wed,
	Thur,
	Fri,
	Sat,
	Sun//最后一个成员后面不加逗号
};//结尾加分号

enum Sex//性别
{
	MALE,
	FEMALE,
	SECRET
};

enum Month//月份
{
	Jan,
	Feb,
	Mar，
	Apr，
	May,
	Jun,
	Jul,
	Aug,
	Sep,
	Oct,
	Nov,
	Dec
};

以上的enum Day, enum Sex, enum Month 都被称为枚举类型。{}中的内容是枚举类型的可能取值，也叫枚举常量。
这些可能取值是有大小的，默认从 0 开始， 每次递增一，或者在定义的时候赋初始值。
例如：

enum Color//颜色
{
	RED = 1,
	GREEN  = 3,
	BLUE = 4
};

优点

C语言可以使用#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. #define定义的标识符没有类型检查，枚举类型有，更加严谨。
3. 枚举进行了封装，避免了命名污染。
4. 便于调试。
5. 使用方便，一次可以定义多个常量。

使用

枚举类型的使用可以在日志中有较好的体现。

enum Level
{
	DEBUG = 0,//调试
	INFO,//常规
	WARING,//警告
	ERROR,//错误
	FATAL//致命
};

enum Level log = DEBUG;

只有使用枚举常量对枚举变量进行赋值，才不会出现问题

联合

概念

联合是C语言里一种特殊的自定义类型，这种类型的变量包含一系列成员，特征是这些成员共用同一块内存空间。（联合体特可以称为共用体）

定义

//联合体的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};
//联合体的定义
union Un un;
//联合体的大小
printf("un = %d\n", siozeof(un));

特点

联合体的成员是共用同一块内存空间的，为了能保证存下任意一个成员，所以一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小。

#include <stdio.h>

int main()
{
	union Un
	{
		int i;
		char c;
	};
	union Un un;
	// 下面输出的结果是一样的吗？
	printf("%p\n", &(un.i));
	printf("%p\n", &(un.c));
	//下面输出的结果是什么？
	un.i = 0x11223344;
	un.c = 0x55;
	printf("%x\n", un.c);
	printf("%x\n", un.i);

	return 0;
}

从运行结果可以看出，变量i 和 c的起始地址一样，说明用的是同一块内存空间。

大小计算

1. 联合体的大小至少是最大成员的大小。
2. 当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候，需要对齐到最大对齐数的整数倍。

例如在最大对齐数为8的环境下：

#include <stdio.h>

int main()
{
	union Un1
	{
		char c[5];//大小为5
		int i;//大小为4
	};
	union Un2
	{
		short c[7];//大小为14
		int i;//大小为4
	};
	//下面输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));

	return 0;
}

机器大小端

字节序

计算机是以二进制的形式将数据存储到内存中，内存的基本单位是字节（Byte），内存的读写是以字节为单位的。1 Byte = 8 bit。当我们需要存储的数据超过一个字节所能存储的大小时，就会将多个字节连在一起，例如 char是一个字节int是四个字节double是八个字节。

那么将多个字节依次存储到内存中时， 就会有顺序的区分，这种顺序，也被称为字节序。
因为数据的不同，所以出现了大小端的概念。

什么是大小端

大端模式：高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
大端字节序有符号数的最高位占据内存最低地址，符号位的判定固定在第1个字节处，符号直接可以取出来，容易判断正负；另外大端字节序更贴近从左到右的书写方式，所以更符合我们人类的习惯
大端常常用于网络协议，被称为网络端序，大端用于网络协议，并不意味它比小端多好，而是网络的核心是通信，所以大家必须要有共同的标准，即网络通信的标准化
所以在TCP/IP协议中，RFC1700规定使用大端字节序为网络字节序，如果使用小端的计算机，接发数据时需要自行将主机字节序转换为网络字节序

小端模式：低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
小端字节序序最大的好处是强制转换数据类型效率较高，比如小数强制转大数只需要在高位添0；如果大数强制转小数，直接将高位数据丢弃即可，不需要额外再调整宇节。

大小端的历史

1960s：大小端的概念最早可以追溯到20世纪60年代，IBM的System/360系列计算机采用了大端字节序。这种字节序的设计与人类阅读数字的方式相似，即从高位到低位。

1970s：在20世纪70年代，DEC公司推出了PDP-11系列计算机，采用了小端字节序。小端字节序的优势在于，对于多字节整数的部分访问和计算更加方便，因为低位字节总是存储在最低的地址。

1980s：随着计算机技术的发展，许多不同的处理器架构开始出现。例如，Motorola 68000系列处理器采用大端字节序，而Intel x86系列处理器采用小端字节序。这导致了计算机领域内的大小端之争。

1990s：在20世纪90年代，随着网络技术的普及，计算机之间的数据交换变得越来越重要。因此，网络字节序（Network Byte Order）的概念应运而生。网络字节序采用大端字节序，以确保不同处理器架构之间的数据交换能够顺利进行。

2000s至今：在21世纪，计算机技术继续发展，处理器架构也趋于多样化。许多处理器，如ARM和PowerPC，支持大小端可配置，使得系统设计者可以根据实际需求选择合适的字节序。此外，一些编程语言和库也提供了跨平台的字节序转换功能，以便在不同字节序的系统之间进行数据交换。

在早期的计算机体系结构中，大端字节序是主流的存储方式。但是，后来随着英特尔处理器的流行，小端字节序逐渐成为主流。英特尔处理器采用小端字节序的主要原因是，其实现简单且效率高。同时，小端字节序的处理方式也更符合人的直观感觉，因为我们通常是从低位到高位依次读取数据。总之，大小端的发展历史反映了计算机技术的演进和处理器架构的多样化。如今，大小端问题已经不再是一个严重的障碍，因为现代处理器和软件都提供了灵活的解决方案来应对字节序差异。

如何判断大小端

1. 利用指针进行判断。

bool IsLittleEndian()
{
    short x = 0x1234;
    char *y = (char*)&x;
    if(*y == 0x34)
        return true;
    return false;  
}

2. 利用联合体进行判断

union Un
{
	int i;
	char c;
};
bool IsLittleEndia()
{
	union Un un;
	un.i = 0x12345678;
	if(un.c == 0x78)
	{
		return true;
	}
	return false;
}

3. 利用Linux系统函数

bool IsLittleEndia()
{
	if(0x01 != htons(x01))
	{
		return true;
	}
	return false;
}

4. 通过编译器内存检测窗口进行查看

可以根据内存判断我使用的机器是小端的。

⚠️ 写在最后：以上内容是我在学习以后得一些总结和概括，如有错误或者需要补充的地方欢迎各位大佬私信我交流！！！