【C语言中联合体（共用体）详解】

文章目录

• 一、前言
• 二、联合体的定义与使用
• • [1. 联合体的定义](#1. 联合体的定义)
  • [2. 联合体与结构体的区别](#2. 联合体与结构体的区别)
• 三、联合体的使用场景
• • [1. 节省内存](#1. 节省内存)
  • [2. 位域与联合体](#2. 位域与联合体)
• 四、联合体的限制与注意事项
• 五、总结

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一、前言

在C语言中，联合体（union） ，又称为共用体 ，是一种特殊的数据结构。它与结构体类似，但所有成员共享同一块内存，因此可以在不同时间存储不同类型的数据。联合体在节省内存和处理多态数据时非常有用。

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二、联合体的定义与使用

1. 联合体的定义

在C语言中，使用 union 关键字定义联合体，其语法格式如下：

union 联合体名 {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    ...
};

✅ 示例：

#include <stdio.h>

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

int main() {
    union Data data;

    data.i = 10;
    printf("data.i = %d\n", data.i);

    data.f = 220.5;
    printf("data.f = %.2f\n", data.f);

    sprintf(data.str, "Hello, C!");
    printf("data.str = %s\n", data.str);

    // 查看内存大小
    printf("sizeof(data) = %lu 字节\n", sizeof(data));

    return 0;
}

✅ 运行结果：

data.i = 10  
data.f = 220.50  
data.str = Hello, C!  
sizeof(data) = 20 字节  

说明：

• data.i、data.f 和 data.str 共享同一块内存。
• 修改其中一个成员后，其他成员的值可能会被覆盖。
• sizeof(data) 显示的是联合体中占用最大内存的成员的大小，而不是所有成员大小的总和。

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2. 联合体与结构体的区别

特性	联合体 union	结构体 struct
内存分配	所有成员共享同一块内存	每个成员独立占据内存
占用内存大小	取最大成员的内存大小	所有成员大小的总和
数据存储	同一时刻只能存储一个成员的数据	可同时存储所有成员的数据
数据访问	修改一个成员，其他成员可能被覆盖	修改一个成员不会影响其他成员

✅ 示例对比：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct StructExample {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

union UnionExample {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

int main() {
    struct StructExample s = {10, 220.5, "Struct"};
    union UnionExample u;

    u.i = 10;
    printf("Union i: %d\n", u.i);
    
    u.f = 220.5;   // 修改 f 会覆盖 i 的值
    printf("Union f: %.2f\n", u.f);
    
    strcpy(u.str, "Union");
    printf("Union str: %s\n", u.str);

    // 查看内存占用
    printf("sizeof(struct) = %lu 字节\n", sizeof(s));
    printf("sizeof(union)  = %lu 字节\n", sizeof(u));

    return 0;
}

✅ 运行结果：

Union i: 10  
Union f: 220.50  
Union str: Union  
sizeof(struct) = 28 字节  
sizeof(union)  = 20 字节  

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三、联合体的使用场景

1. 节省内存

在内存紧张 的情况下，联合体可以用于存储多种数据类型，但只在不同时间使用其中一种。例如：

• 存储网络包的数据时，不同类型的数据包可能占用不同的数据结构。
• 解析二进制数据时，以多种格式读取同一块内存。

✅ 示例：

#include <stdio.h>

union Packet {
    int id;
    float value;
    char msg[16];
};

int main() {
    union Packet pkt;

    pkt.id = 1234;
    printf("ID: %d\n", pkt.id);

    pkt.value = 56.78;  // 修改浮点数，覆盖 id
    printf("Value: %.2f\n", pkt.value);

    sprintf(pkt.msg, "Hello, World!");
    printf("Msg: %s\n", pkt.msg);

    return 0;
}

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2. 位域与联合体

联合体常与位域 结合使用，以实现位操作和数据解析。

✅ 示例：解析IP地址

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

union IPAddress {
    uint32_t ip;
    struct {
        uint8_t byte1;
        uint8_t byte2;
        uint8_t byte3;
        uint8_t byte4;
    } bytes;
};

int main() {
    union IPAddress addr;

    addr.ip = 0xC0A80101;  // 192.168.1.1

    printf("IP地址: %d.%d.%d.%d\n",
           addr.bytes.byte1,
           addr.bytes.byte2,
           addr.bytes.byte3,
           addr.bytes.byte4);

    return 0;
}

✅ 运行结果：

IP地址: 192.168.1.1

解析说明：

• 使用联合体将 IP 地址表示为整数 或字节数组。
• 便于在不同格式之间切换。

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四、联合体的限制与注意事项

1. 只能同时存储一个成员的数据
   • 修改一个成员时，其他成员的数据会被覆盖。
2. 内存对齐问题
   • 联合体在内存中可能存在对齐填充 ，需使用 #pragma pack 控制。
3. 适用于特定场景
   • 联合体适合节省内存、处理多态数据，不适合存储多个成员的数据。
4. 无法初始化多个成员
   • C语言中，联合体在声明时只能初始化第一个成员。

✅ 示例：

union Example {
    int x;
    float y;
};

int main() {
    union Example e = {100};    // 初始化第一个成员
    // e = {100, 3.14};         // ❌错误：不能初始化多个成员
    return 0;
}

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五、总结

1. 联合体是一种内存共享的数据结构，适合在不同时刻存储不同类型的数据。
2. 与结构体不同，联合体的内存大小由最大成员决定。
3. 联合体常用于节省内存、处理多态数据、解析二进制数据等场景。
4. 使用联合体时需要注意数据覆盖问题，避免误用导致数据丢失。