联合体union的基本用法

引言

联合体（union）是 C/C++ 中一种特殊的复合数据类型，它允许不同类型的成员共享同一块内存空间，主要用于在有限内存中存储 “互斥使用” 的数据。

一、基本用法

1.1 定义与声明

使用 union 关键字定义联合体，语法与结构体类似，但成员共享内存。

// 定义联合体（存储不同类型的数值，但同一时间仅一种有效）
union Data 
{
    int i;       // 整数
    float f;     // 浮点数
    char c;      // 字符
};
// 声明联合体变量
union Data d1;  // 方式1：完整声明
Data d2;        // 方式2：结合typedef取别名（更简洁）

//结合 typedef 取别名（推荐）：
typedef union 
{
    int i;
    float f;
    char c;
} Data;

Data d;  // 直接用别名声明，无需重复写union

1.2 成员访问

通过 . 操作符访问成员，与结构体用法一致；若为指针，则用 -> 操作符。

#include <stdio.h>

typedef union 
{
    int i;
    float f;
    char c;
} Data;

int main() 
{
    Data d;
    
    // 赋值整数成员
    d.i = 100;
    printf("d.i = %d\n", d.i);  // 输出 100
    // 此时访问其他成员会得到乱码（内存被覆盖）
    printf("d.f = %f\n", d.f);  // 输出无意义值（如 0.000000 或随机数）
    
    // 赋值浮点数成员（覆盖整数的内存）
    d.f = 3.14f;
    printf("d.f = %f\n", d.f);  // 输出 3.140000
    printf("d.i = %d\n", d.i);  // 输出浮点数3.14的二进制对应的整数值（乱码）
    
    return 0;
}

1.3 内存特性

• 所有成员共享同一块内存，起始地址相同。
• 联合体的大小 = 最大成员的大小（确保能容纳所有成员中最大的那个）。

二、应用场景

2.1 解析二进制数据（内存共用）

例如解析一个 4 字节的二进制数据，既可视为整数，也可视为浮点数：

// 4字节二进制数据，可按int或float解析
typedef union 
{
    int i;
    float f;
    char bytes[4];  // 按字节访问
} BinaryData;

int main() 
{
    BinaryData data;
    data.i = 0x41480000;  // 二进制值
    
    printf("作为整数：%d\n", data.i);       // 输出 1094060032
    printf("作为浮点数：%f\n", data.f);     // 输出 12.5（0x41480000对应float的12.5）
    printf("字节1：%02X\n", data.bytes[0]); // 输出 00（小端存储）
    return 0;
}

三、注意事项（避坑关键点）

3.1 成员互斥，赋值会覆盖

写入一个成员会覆盖其他成员的内存，读取未被赋值的成员会得到无意义的 “脏数据”。
解决：始终用一个 “类型标记”（如枚举）记录当前有效的成员类型（见场景 1 示例）。

3.2 内存对齐规则

联合体的大小由最大成员决定，但需满足最大成员的对齐要求：

union Align 
{
    char c;       // 1字节（对齐要求1）
    double d;     // 8字节（对齐要求8）
};
printf("联合体大小：%lu\n", sizeof(union Align)); // 输出8字节（满足double的对齐）