【C语言】union 关键字

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在C语言中，union关键字用于定义联合体。联合体是一种特殊的数据结构，它允许不同的数据类型共享同一段内存。所有联合体成员共享同一个内存位置，因此联合体的大小取决于其最大成员的大小。

定义和使用联合体

基本定义

定义一个联合体类型时，需要使用union关键字，后跟联合体的名称和成员的定义。

#include <stdio.h>

// 定义一个联合体类型
union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

int main() {
    // 声明一个联合体变量
    union Data data;

    // 赋值给联合体成员
    data.i = 10;
    printf("data.i: %d\n", data.i);

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

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

    // 注意：联合体成员共享内存，赋值一个成员会影响其他成员的值
    printf("data.i: %d\n", data.i);
    printf("data.f: %.2f\n", data.f);

    return 0;
}

在这个例子中，定义了一个名为Data的联合体类型，它包含三个成员：i、f和str。在main函数中，声明了一个Data类型的变量data，并对其成员进行了赋值和访问。

共享内存

联合体的一个重要特性是所有成员共享同一块内存，因此一个成员的值会覆盖其他成员的值。

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

// 定义一个联合体类型
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);

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

    // 因为最后一次赋值的是str，所以i和f的值会被覆盖
    printf("data.i: %d\n", data.i);  // 未定义的行为
    printf("data.f: %.2f\n", data.f);  // 未定义的行为

    return 0;
}

在这个例子中，由于联合体成员共享内存，最后一次赋值data.str会覆盖之前的data.i和data.f的值，因此访问这些成员的值会导致未定义行为。

使用`typedef`简化联合体

使用typedef可以简化联合体的使用，使得在声明变量时不需要每次都使用union关键字。

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

// 使用typedef定义联合体类型
typedef union {
    int i;
    float f;
    char str[20];
} Data;

int main() {
    // 声明一个联合体变量
    Data data;

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

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

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

    return 0;
}

在这个例子中，使用typedef为union Data定义了一个别名Data，这样在声明变量时就不需要使用union关键字了。

联合体的大小

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。

#include <stdio.h>

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

int main() {
    printf("Size of union: %zu bytes\n", sizeof(union Data));
    return 0;
}

在这个例子中，sizeof运算符用于计算联合体的大小。

示例程序

以下是一个包含多种用法的综合示例：

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

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

int main() {
    Data data;

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

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

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

    // 由于最后一次赋值的是str，所以i和f的值会被覆盖
    printf("data.i: %d\n", data.i);  // 未定义的行为
    printf("data.f: %.2f\n", data.f);  // 未定义的行为

    return 0;
}

在这个示例中，data联合体的成员被依次赋值并打印，最后一次赋值data.str覆盖了之前的成员值，导致对data.i和data.f的访问结果未定义。

联合体的应用场景

节省内存：在某些情况下，可以使用联合体节省内存。例如，当一个变量在不同的时间需要存储不同类型的数据时，可以使用联合体来节省内存空间。
类型转换：联合体可以用于实现不同类型之间的转换。

#include <stdio.h>

typedef union {
    float f;
    unsigned int i;
} FloatIntUnion;

int main() {
    FloatIntUnion u;
    u.f = 3.14f;
    printf("Float value: %f\n", u.f);
    printf("As unsigned int: %u\n", u.i);
    return 0;
}