C 語言進階：列舉、結構、類型定義與聯合完整指南

C 語言進階：列舉、結構、類型定義與聯合完整指南

本文深入解析 C 語言的複合型別系統：enum 列舉、struct 結構、typedef 類型別名、union 聯合，並附上完整程式碼範例與記憶體佈局分析。

一、列舉

1. 基本語法

enum COLOR { RED, YELLOW, GREEN };

列舉常數預設從 0 遞增，屬 int 型別。可指定值：enum { RED=1, YELLOW, GREEN=5 }。

2. 列舉 vs const int vs 宏

• 列舉：有型別檢查、除錯器可見、可自動計數（如 NumCOLORS）、支援陣列索引。
• const int：各自獨立，無群組語意。
• 宏：無型別，僅文字替換。

3. 實務模式：自動計數 + 字串查表

enum COLOR { RED, YELLOW, GREEN, NumCOLORS };
char *ColorNames[NumCOLORS] = { "red", "yellow", "green" };
// 使用 ColorNames[color] 直接查找，避免 switch

二、結構

1. 宣告與初始化

struct date { int month; int day; int year; };
struct date today = {6, 28, 2015};           // 依序賦值
struct date thismonth = {.month=6, .year=2015}; // 指定成員（C99）

2. 結構操作

• 成員存取：today.day、pDate->month（指標用 ->）。
• 整體賦值：p1 = p2（逐成員複製），陣列不支援此操作。
• 結構指標：struct date *p = &today;，注意結構變數名不是地址。

3. 結構與函數

• 傳值：函數內修改不影響原結構（複製品）。
• 回傳結構：可直接回傳區域結構變數（複製回呼叫端）。
• 傳指標：大型結構建議傳指標避免複製開銷，配合 const 防誤改。

4. 巢狀結構與結構陣列

struct rectangle { struct point pt1; struct point pt2; };
struct rectangle r;
r.pt1.x = 10; // 多層存取
struct rectangle rects[] = { {{1,2},{3,4}}, {{5,6},{7,8}} };

5. 記憶體對齊與 sizeof

struct time { int hour, min, sec; };
struct time ab = {1,5,7};
sizeof(ab) == 12; // 4+4+4，無填充
// 但結構內可能因對齊產生空洞，相鄰成員位址差不一定等於 sizeof(成員)

三、類型定義

1. 基本用法

typedef int Length;
typedef struct { int month, day, year; } Date;
Date d = {9, 1, 2005}; // 直接用 Date，無需 struct 關鍵字

2. 進階應用

• 自訂固定寬度整數：typedef long int64_t; 提升可移植性。
• 簡化複雜宣告：typedef struct node { int data; struct node *next; } Node;

四、聯合

1. 特性

• 所有成員共用同一塊記憶體，大小 = 最大成員大小。
• 同一時間只有一個成員有效。
• 初始化僅針對第一個成員。

2. 實例：檢視 int 位元組序

typedef union { int i; char ch[sizeof(int)]; } CHI;
CHI chi; chi.i = 1234; // 0x000004D2
// 小端序輸出：D2 04 00 00

五、結構 vs 陣列

• 陣列：同質元素、連續儲存、下標存取、大小固定。
• 結構：異質成員、邏輯分組、名字存取、可巢狀、支援整體複製。
• 現代語言（C++、Rust、Go）以結構/類別為核心資料抽象單元。