C语言---共用体

在C语言中，共用体（Union），也称为联合体，是一种特殊的数据类型，允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。

1. 定义与语法

共用体的定义方式与结构体（struct）类似，使用 union 关键字：

// 先定义模板，再声明变量
union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

// 定义模板的同时声明变量
union Data {
    int i;
    float f;
} data1, data2;

// 使用 typedef 起别名
typedef union {
    int i;
    float f;
} Value;

Value v1; // 直接使用别名声明

2. 调用与访问方式

2.1、 访问成员（使用点运算符 .）

这是最直接的访问方式，用于普通的共用体变量。

2.2、通过指针访问（使用箭头运算符 ->）

当使用指向共用体的指针时，必须使用 ->。

union Data data;
union Data *ptr = &data;

ptr->i = 100;     // 等价于 (*ptr).i = 100;
printf("%d", ptr->i);

2.3、初始化方式

共用体在初始化时，通常只能初始化它的第一个成员。

union Data data = {10}; // 正确：初始化了第一个成员 i
// union Data data = {10, 2.5}; // 错误：共用体不能同时初始化多个成员

在 C99 标准中，可以使用"指定初始化器"来初始化特定成员：

union Data data = {.f = 1.23f}; 

3. 核心特点

共享内存：共用体中的所有成员都从同一个内存地址开始存储。

内存占用：共用体占用的内存大小等于其最大成员的大小（有时需要考虑内存对齐）。

互斥使用：在同一时刻，只能存储和使用其中一个成员的值。给一个新成员赋值会覆盖掉之前成员的值。

4. 共用体 vs 结构体

特性	结构体 (struct)	共用体 (union)
内存分配	每个成员都有独立的内存空间	所有成员共享同一块内存空间
总大小	所有成员大小之和（含对齐）	最大成员的大小（含对齐）
成员访问	可同时访问所有成员	同一时间只能有效访问一个成员

5. 代码示例

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

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

int main() {
    union Data data;

    printf("Memory size occupied by data: %lu\n", sizeof(data));

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

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

    strcpy(data.str, "C Programming");
    printf("data.str: %s\n", data.str);

    // 此时访问 i 和 f 会得到错误的结果，因为内存已被 str 覆盖
    printf("data.i after str: %d\n", data.i);

    return 0;
}

6. 主要应用场景

节省内存：当程序中有多个变量但它们不会同时被使用时。

硬件寄存器访问：在嵌入式开发中，常用于将一个长字（word）拆分为多个字节（byte）进行访问。

类型转换（Type Punning）：通过共用体观察同一段二进制数据的不同解释方式（例如查看浮点数的位模式）。