C语言联合体：内存共享的妙用

联合体

联合体（Union）是C语言中一种特殊的用户自定义数据类型，它允许在同一内存位置存储不同的数据类型。与结构体不同，联合体的所有成员共享同一块内存空间，这意味着任何时候只能使用联合体的一个成员。

结构体（struct）中的每个成员都有自己的内存空间，而联合体（union）的所有成员共享同一块内存空间。这是两者最本质的区别。

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// 结构体示例
struct Example {
    int i;     // 4字节
    float f;   // 4字节
    char c;    // 1字节
}; // 总大小约为12字节（考虑内存对齐）

// 联合体示例
union Example {
    int i;     // 4字节
    float f;   // 4字节
    char c;    // 1字节
}; // 总大小为4字节（最大成员的大小）

联合体的大小等于其最大成员的大小 （可能会因内存对齐而增加）。所有成员的起始地址都相同，它们相互覆盖。

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union 联合体标签名 {
    成员类型1 成员名1;
    成员类型2 成员名2;
    // ...更多成员
};

声明

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union Data data;  // 声明一个Data类型的联合体变量

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
} data1, data2;

初始化

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union Data data = {10};  // 初始化第一个成员i为10

union Data data = {.f = 3.14};  // 初始化成员f为3.14

联合体成员的访问

使用点运算符访问

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

int main() {
    union Data {
        int i;
        float f;
        char str[20];
    };
    
    union Data data;
    
    // 给联合体成员赋值
    data.i = 10;
    printf("data.i: %d\n", data.i);
    
    // 给另一个成员赋值（会覆盖之前的值）
    data.f = 220.5;
    printf("data.f: %.1f\n", data.f);
    // 此时data.i的值已经被覆盖，不再是10
    printf("data.i: %d\n", data.i);  // 输出一个"奇怪"的值
    
    // 给字符数组成员赋值
    strcpy(data.str, "C语言");
    printf("data.str: %s\n", data.str);
    // 此时data.i和data.f的值都被覆盖
    
    return 0;
}

使用指针访问

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#include <stdio.h>

int main() {
    union Data {
        int i;
        float f;
        char str[20];
    };
    
    union Data data;
    union Data *ptr = &data;  // 定义联合体指针并指向data
    
    // 通过指针给联合体成员赋值
    ptr->i = 10;
    printf("ptr->i: %d\n", ptr->i);
    
    // 通过指针给另一个成员赋值
    ptr->f = 220.5;
    printf("ptr->f: %.1f\n", ptr->f);
    
    return 0;
}

联合体内存访问

cpp 复制代码

#include <stdio.h>

int main() {
    union Example {
        char c;     // 1字节
        short s;    // 2字节
        int i;      // 4字节
        double d;   // 8字节
    };
    
    union Example ex;
    
    printf("联合体大小: %lu字节\n", sizeof(union Example));  // 通常输出8
    
    printf("c的地址: %p\n", &ex.c);
    printf("s的地址: %p\n", &ex.s);
    printf("i的地址: %p\n", &ex.i);
    printf("d的地址: %p\n", &ex.d);
    // 所有成员的地址都相同
    
    return 0;
}

注意：

使用联合体时，最重要的是要记住任何时候只有一个成员的值是有效的。给一个成员赋值会覆盖其他成员的值。

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union Data {
    int i;
    float f;
};

union Data data;
data.i = 10;
data.f = 3.14;  // 此时data.i的值被覆盖，不再是10

cpp 复制代码

union {
    int i;
    float f;
} data;

data.i = 123456;
printf("%f\n", data.f);  // 类型不同，不安全。输出一个"奇怪"的浮点数