1.联合体
首先我们还是要讲解一下什么是联合体:
联合体(Union)是一种特殊的数据结构,它允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。联合体的大小等于其最大成员的大小,因为所有成员共享同一块内存空间。联合体的每个成员都从相同的内存地址开始,但它们不能同时使用。
1.1联合体类型的声明:
想结构体一样,联合体也是由一个或者多个成员构成,这些成员可以不同类型。
但是编译器只为最大的成员分配足够的内存空间。联合体的特点是所有成员共用同一块内存空间。所以联合体也叫:共用体。
给联合体其中一个成员赋值,其他的成员的值也跟着变化。
下面是一个联合体的实例定义和使用:
#include <stdio.h>
// 定义一个联合体
union Data {
int i;
float f;
char str[20];
};
int main() {
// 初始化联合体
union Data data;
// 访问联合体的成员
data.i = 10; // 使用整数成员
printf("data.i : %d\n", data.i);
data.f = 220.5; // 使用浮点数成员
printf("data.f : %f\n", data.f);
strcpy(data.str, "Hello"); // 使用字符串成员
printf("data.str : %s\n", data.str);
return 0;
}
这两串代码我们可以对比来进行记忆和了解。
#include <stdio.h>
//联合体的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合体变量的定义
union Un un = {0};
//计算这个变量的大小
printf("%d\n", sizeof(un));
return 0;
}
这个结果为什么是4呢?这里我们就要讲一下了特点了:
1.2联合体的特点
联合的成员是共用同一块内存空间的,这样一个联合变量的大小,至少是最大成员的大小(因为联合至少得有能力保存最大的那个成员)。
知道这个特点之后我们可以在实验一串代码.
#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合变量的定义
union Un un = {0};
// 下面输出的结果是一样的吗?
printf("%p\n", &(un.i));
printf("%p\n", &(un.c));
printf("%p\n", &un);
return 0;
}
乂,你看输出的地址都是一样的,这怎么说,就是符合这个联合体的特点。
那下面为我们再来探讨一个关于联合体内存空间的代码:
#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
char c;
int i;
};
int main()
{
//联合类型的定义
union Un un = { 0 };
un.i = 0x11223344;//这里的0x11223344和0x55都是十六进制数字
un.c = 0x55;
printf("%x\n", un.i);那这串代码打印的是什么?
return 0;
}
但是这串代码为什么输出的内容是这两部分拼凑一起的?
我们要知道这两串数字都是十六进制数,他在内存中表示为一个整数,在大多数现代计算机架构中,整数是以小端字节序存储的,这意味着最低有效字节(Least Significant Byte, LSB)存储在最低的内存地址上。因此, 0x11223344 在内存中的表示会是这样的:
(插入一下):这里还是要给大家强调一下大小端字节序存储:大小端字节序存储其实就是两个对字节序列存储的不同顺序的方式,无论二进制,十六进制还是十进制都可以按照这个大小端进行存储
低地址 ... 高地址
44 33 22 11
当这个整数值被赋给联合体 un 的 i 成员时,联合体的 c 成员也会受到影响,因为 i 和 c 共享相同的内存位置。由于 c 是一个 char 类型,它只能存储一个字节的数据,所以它会存储 0x44 ,因为这是 i 的最低有效字节。
0x55 也是一个十六进制数,它在内存中表示为一个字符。在 ASCII 编码中, 0x55 对应的字符是 U 。当这个值被赋给联合体 un 的 c 成员时,它会覆盖 i 成员的最低有效字节。
结果
在 printf 函数中, %x 格式化字符串用于打印十六进制数。由于 un.i 被赋值为 0x11223344 ,然后 un.c 被赋值为 0x55 ,所以 un.i 的值会改变,因为 i 和 c 共享相同的内存位置。
最终, un.i 的值将是 0x11223355 ,因为 0x55 覆盖了 0x44 。当这个值以十六进制格式打印时,输出将是 11223355 。
1.3相同成员的结构体和联合体的对比:
struct S
{
char c;
int i;
};
struct S s = {0};
union Un
{
char c;
int i;
};
union Un un = {0};
关于他们内存空间的对比就是这样的:
这就是说为什么联合体会节省空间。
1.4联合体大小的计算
1.联合的大小至少是最大成员的大小。
2.当最大成员不是最大对齐数的整数倍的时候,就要对齐到最大对齐数的整数倍。
#include <stdio.h>
union Un1
{
char c[5];//5个字节
int i;//4个字节
};
union Un2
{
short c[7];//14个字节
int i;//4个字节
};
int main()
{
//下面的输出结果是是什么?
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
printf("%d\n", sizeof(union Un2));
return 0;
}
按照我们的认知第一个联合体的大小应该是5而第二个应该是14,因为他们只为最大的成员提供内存,但是为什么结果却不一样呢?这就是我们不能理解为联合体的大小就是最大成员的大小。这时候我们就应该看一下联合体大小计算的规则:
1..联合的大小至少是最大成员的大小。这里还是要注意一下,这里的说明很清晰是至少!!
而第二个特点就是:
2.当最大成员不是最大对齐数的整数倍的时候,就要对齐到最大对齐数的整数倍。这个才是最重要的。和结构体的大小有某些相似的地方。
这时我们拿出第一个联合体来解释第二个特点:讲解还是直接放到了代码中。
#include <stdio.h>
union Un1
{
char c[5];//这里就相当于放了5个char,他的对齐数就是按1来算的。
int i;//他的对齐数时4,默认对齐数时8,那么他的对齐数就是4
//联合体的大小也要满足最大对齐数的整数倍,现在的最大成员大小还是5,但是这个5不是最大对齐数的整数倍
//所以就会被浪费掉,结果就是8
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(union Un1));
return 0;
}
就是这样,前面例题的两个联合体都是可以这样理解的。
使用联合体可以节省空间的,但是怎么进行使用呢?下面给出问题,可以考虑一下:
我们看到这个地方会不会直接就写出个结构体呢?
struct gift_list
{
//公共属性
int stock_number;//库存量
double price; //定价
int item_type;//商品类型
//特殊类型
char title[20];//书名
char author[20];//作者
int num_pages;//页数
char design[30];//设计
int colors;//颜色
int sizes;//尺寸
};
上述的结构其实设计的很简单,用起来也方便,但是结构的设计中包含了所有礼品的各种属性,这样使得结构体的大小就会偏大,比较浪费内存。因为对于礼品兑换单中的商品来说,只有部分属性信息是常用的。比如:
商品是图书,就不需要design、colors、sizes。
所以我们就可以把公共属性单独写出来,剩余属于各种商品本身的属性使用联合体起来,这样就可以介绍所需的内存空间,一定程度上节省了内存。
struct gift_list
{
int stock_number;//库存量
double price; //定价
int item_type;//商品类型
union {
struct//这些联合体中的结构体都没有给名字,这些结构体都是匿名的。也可以不用匿名,因为这些就是只能用一次,就给他匿名了。
{
char title[20];//书名
char author[20];//作者
int num_pages;//页数
}book;
struct
{
char design[30];//设计
}mug;
struct
{
char design[30];//设计
int colors;//颜色
int sizes;//尺寸
}shirt;
}item;
};
这个联合体中的三个成员不会同时存在 ,就不会浪费空间。
那如果我想找这里面的成员可以这样:
就是这样。 OK了兄弟们联合体我也讲得差不多了,大家有问题可有多提问,最后一个题来收尾。
1.5联合体的一个练习
写一个程序,判断当前机器是小端还是大端?
int check_sys()
{
union
{
int i;
char c;
}un;
un.i = 1;
return un.c;// 返回1就是小端,返回0就是大端
}