3 分钟吃透 C 语言自定义类型！结构体 + 共用体 + 枚举应用案例大合集
大家好，我是学嵌入式的小杨同学。在嵌入式开发中，除了基础数据类型，结构体、共用体、枚举是处理复杂数据的核心自定义类型。它们能帮我们把分散的数据组织成有逻辑的整体，还能节省内存、提升代码可读性，是驱动开发、设备配置等场景的必备技能。今天就结合资料，用通俗的语言 + 实战代码，把这三个知识点讲透。
一、结构体：复杂数据的 “打包箱”
1. 结构体的核心作用
结构体最核心的价值，是把多个不同类型的数据打包成一个整体，方便统一管理和操作。比如存储学生信息时，需要学号（int）、姓名（char 数组）、成绩（int），这些不同类型的数据无法用数组存储，结构体就能完美解决。
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对比其他数据类型：
- 基本数据类型（int、char）：只能存单个数据；
- 数组：只能存多个相同类型的数据；
- 结构体：可存多个不同类型的数据，且视为一个整体。
2. 结构体的定义与声明
结构体的声明有三种常见方式，按需选择即可：
c
运行
#include <stdio.h>
#include <string.h>
// 方式1：先声明类型，再定义变量（最常用）
struct Student {
int id; // 学号
char name[20]; // 姓名
int score; // 成绩
};
struct Student stu1; // 定义变量
// 方式2：声明类型的同时定义变量
struct Teacher {
int id;
char name[20];
} tea1; // 直接定义变量tea1
// 方式3：省略类型名（匿名结构体，仅需定义一次变量时使用）
struct {
int year;
int month;
int day;
} date; // 仅能通过date访问，无法再定义其他变量
3. 结构体的类型重定义（typedef）
每次定义变量都要写struct Student太繁琐，用typedef重定义类型，能简化书写，这是嵌入式开发的常用技巧：
c
运行
// 重定义结构体类型，STU等价于struct Student
typedef struct Student {
int id;
char name[20];
int score;
} STU;
// 直接用STU定义变量，简洁高效
STU stu2;
注意区分typedef和#define：typedef是类型重定义，会把结构体当成一个整体；#define只是文本替换，可能出现逻辑错误，嵌入式开发中优先用typedef。
4. 结构体的初始化与访问
（1）初始化方式
c
运行
// 方式1：定义时完整初始化
STU stu3 = {1001, "Jack", 95};
// 方式2：定义时部分初始化（未赋值成员默认为0）
STU stu4 = {1002, "Rose"}; // score默认为0
// 方式3：指定成员初始化（顺序可任意）
STU stu5 = {.name = "Tom", .score = 98, .id = 1003};
// 方式4：先定义后初始化（通过.成员名赋值）
STU stu6;
stu6.id = 1004;
strcpy(stu6.name, "Lily"); // 字符串需用strcpy赋值
stu6.score = 92;
（2）成员访问
- 普通变量：用
.访问，格式变量名.成员名； - 指针变量：用
->访问，格式指针名->成员名。
c
运行
// 结构体指针访问示例
STU stu7 = {1005, "Mike", 88};
STU *p = &stu7;
printf("学号：%d，姓名：%s，成绩：%d\n", p->id, p->name, p->score);
5. 结构体的内存大小（内存对齐）
结构体的内存大小不是成员变量大小之和，而是遵循 “内存对齐” 规则，目的是提升 CPU 访问效率：
- 找到结构体中占用内存最大的成员变量；
- 每个成员的起始地址必须是其自身大小的整数倍（不足则补空字节）；
- 结构体总大小必须是最大成员变量大小的整数倍。
示例：
c
运行
struct Test {
char a; // 占1字节，起始地址0
int b; // 占4字节，需对齐到4的整数倍（地址4），中间补3字节
double c;// 占8字节，对齐到8的整数倍（地址8）
};
// 总大小：8（c） + 8（b+补3字节+a）= 16字节
printf("struct Test大小：%ld\n", sizeof(struct Test)); // 输出16
6. 结构体的嵌入式应用场景
- 设备信息存储：如传感器数据（温度、湿度、时间）；
- 链表节点：如前文中的单链表、二叉树节点；
- 配置项管理：如系统参数（波特率、IP 地址、设备 ID）。
二、共用体：内存共享的 “节省能手”
1. 共用体的核心特点
共用体（union）和结构体类似，但所有成员共享同一块内存空间，同一时间只能存储一个成员的值，核心作用是节省内存。
2. 共用体的定义与使用
c
运行
// 定义共用体类型
typedef union Data {
int a; // 占4字节
char b; // 占1字节
double c; // 占8字节
} DATA;
int main() {
DATA data;
// 共用体大小 = 最大成员变量大小的整数倍（此处为8字节）
printf("共用体大小：%ld\n", sizeof(DATA)); // 输出8
// 同一时间只能有效存储一个成员的值
data.a = 300;
printf("data.a = %d\n", data.a); // 输出300
data.b = 'A';
printf("data.b = %c\n", data.b); // 输出A
printf("data.a = %d\n", data.a); // 输出乱码（a的值被b覆盖）
return 0;
}
3. 嵌入式核心应用：判断大小端存储
共用体最经典的用法是判断 CPU 的大小端存储模式，这在嵌入式数据传输（如串口、网络通信）中至关重要：
- 小端模式：地址低位存储数据低位，地址高位存储数据高位（x86、ARM 默认）；
- 大端模式：地址低位存储数据高位，地址高位存储数据低位（网络传输、部分单片机）。
c
运行
typedef union EndianTest {
int a;
char b;
} ET;
int main() {
ET et;
et.a = 1; // 二进制：00000000 00000000 00000000 00000001
// 若b=1，说明地址低位存储的是数据低位（小端）；否则为大端
if (et.b == 1) {
printf("当前系统为小端存储\n");
} else {
printf("当前系统为大端存储\n");
}
return 0;
}
三、枚举：意义明确的 “常量集合”
1. 枚举的核心作用
枚举（enum）用于定义一组有名字的常量，让代码更易读、易维护。比如表示状态（成功 / 失败）、操作（加法 / 减法）时，用枚举比直接用数字更清晰。
2. 枚举的定义与初始化
c
运行
// 方式1：定义枚举类型并初始化（默认从0开始递增）
typedef enum Operation {
ADD, // 0
SUB, // 1
MUL, // 2
DIV // 3
} OP;
// 方式2：指定部分成员的值（后续成员依次递增）
typedef enum Status {
ERROR = -1,
SUCCESS = 0,
RUNNING = 1,
STOPPED // 2（自动递增）
} STAT;
// 方式3：匿名枚举（直接定义常量，无需类型名）
enum {
MON, // 0
TUE, // 1
WED, // 2
THU, // 3
FRI, // 4
SAT, // 5
SUN // 6
};
3. 嵌入式应用场景
枚举常用于switch-case语句，让逻辑更清晰：
c
运行
// 枚举在switch-case中的应用
int calculate(OP op, int a, int b) {
switch (op) {
case ADD:
return a + b;
case SUB:
return a - b;
case MUL:
return a * b;
case DIV:
return b != 0 ? a / b : -1;
default:
return -1;
}
}
int main() {
OP op = ADD;
printf("3 + 5 = %d\n", calculate(op, 3, 5)); // 输出8
return 0;
}
四、三者核心区别对比
| 类型 | 核心特点 | 内存占用 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 结构体 | 成员独立存储，互不影响 | 成员大小之和（含对齐字节） | 存储多个不同类型的关联数据 |
| 共用体 | 成员共享一块内存，互斥访问 | 最大成员大小（整数倍） | 节省内存、判断大小端、数据类型转换 |
| 枚举 | 定义有名字的常量集合 | 通常为 4 字节（int 类型） | 表示状态、操作、选项等固定常量 |
五、嵌入式开发注意事项
- 结构体使用时要注意内存对齐，若需节省内存，可按成员大小从小到大排序；
- 共用体同一时间只能操作一个成员，避免同时赋值多个成员导致数据混乱；
- 枚举成员是常量，不能直接修改其值，可通过枚举变量间接使用；
- 结构体指针需先指向有效内存再访问成员，避免野指针导致系统崩溃；
- 嵌入式设备内存有限，优先使用共用体存储互斥数据，减少内存浪费。
六、总结
结构体、共用体、枚举是嵌入式 C 语言的 “三大利器”：
- 结构体擅长 “打包” 复杂数据，让代码更有条理；
- 共用体擅长 “共享” 内存，在资源受限的嵌入式设备中不可或缺；
- 枚举擅长 “定义” 常量，让代码更易读、易维护。
掌握这三个自定义类型，能轻松应对嵌入式开发中的复杂数据处理场景，比如设备驱动中的数据传输、系统配置中的参数管理等。我是学嵌入式的小杨同学，关注我，后续会分享更多嵌入式实战技巧，一起进步！
