C语言共用(同)体/联合体(union)详解

原创于 2025-06-29 16:30:05 发布 · 457 阅读

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一. 什么是共同体？

共同体（Union）是C语言中一种特殊的数据结构，它的所有成员共享同一块内存空间。与结构体（Struct）不同，结构体的每个成员有独立的内存空间，而共同体的所有成员覆盖同一段内存。这意味着，共同体在任意时刻只能存储其中一个成员的值。

二. 为什么需要共同体？

共同体的主要目的是节省内存，适用于以下场景：

需要存储不同类型的数据，但每次只用其中一种。
处理硬件寄存器（如嵌入式开发）。
解析网络协议中的二进制数据。
需要灵活操作内存（如底层开发）。

三. 如何使用共同体？

1.定义共同体

使用 union 关键字定义共同体，格式如下：

union UnionName {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    ...
};

示例：定义一个可以存储整数、浮点数或字符串的共同体

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

// 定义共同体
union Data {
    int i;          // 整数
    float f;        // 浮点数
    char str[20];   // 字符串
};

2.声明变量

共同体变量的声明方式与结构体类似：

union Data data1, data2;  // 声明两个共同体变量

3.赋值与访问

共同体的成员通过点运算符（.）访问，但每次只能给一个成员赋值，新值会覆盖旧值。

示例：赋值与访问

int main() {
    union Data data;

    // 存储整数
    data.i = 10;
    printf("data.i: %d\n", data.i);  // 输出: 10

    // 存储浮点数（覆盖之前的整数）
    data.f = 3.14;
    printf("data.f: %.2f\n", data.f);  // 输出: 3.14

    // 存储字符串（覆盖之前的浮点数）
    strcpy(data.str, "Hello");
    printf("data.str: %s\n", data.str);  // 输出: Hello

    return 0;
}

4.内存大小

共同体的大小等于其最大成员的大小。例如：

printf("Size of union: %lu bytes\n", sizeof(union Data)); 
// 输出: 20 bytes（因为 char str[20] 占用 20 字节）

四、代码示例详解

完整示例：共同体的定义与使用

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

// 定义共同体
union Money {
    int moneyi;         // 整数
    double moneyd;      // 双精度浮点数
    char moneystr[100]; // 字符串
};

int main() {
    union Money money;

    // 存储整数
    money.moneyi = 100;
    printf("整数: %d\n", money.moneyi);

    // 存储双精度浮点数（覆盖之前的整数）
    money.moneyd = 100.111;
    printf("浮点数: %.3lf\n", money.moneyd);

    // 存储字符串（覆盖之前的浮点数）
    strcpy(money.moneystr, "100万");
    printf("字符串: %s\n", money.moneystr);

    // 打印内存地址（验证共享内存）
    printf("moneyi 地址: %p\n", &money.moneyi);
    printf("moneyd 地址: %p\n", &money.moneyd);
    printf("moneystr 地址: %p\n", &money.moneystr);

    // 打印共同体大小
    printf("共同体大小: %lu 字节\n", sizeof(money));

    return 0;
}

运行结果：

整数: 100
浮点数: 100.111
字符串: 100万
moneyi 地址: 0x7ffee4b3c8a0
moneyd 地址: 0x7ffee4b3c8a0
moneystr 地址: 0x7ffee4b3c8a0
共同体大小: 104 字节

关键点：

所有成员的内存地址相同，说明它们共享同一块内存。
共享内存的大小由最大成员决定（char moneystr[100] 占 100 字节，加上对齐后总大小为 104 字节）。

⚠️ 重要警告：
同一时刻只能使用一个成员！修改一个成员会覆盖其他成员的值。

五. 注意事项

数据覆盖：每次赋值会覆盖之前的值，因此要确保访问的是最后一次赋值的成员。
初始化：共同体变量在定义时只能初始化第一个成员。
类型安全：使用共同体时需明确当前存储的是哪种类型的数据，否则可能导致未定义行为。
应用场景：适合需要灵活存储不同类型数据且内存有限的场景，如嵌入式系统或网络协议解析。

六、特点

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

union UnionDemo {
    int num;
    float f;
    char text[6];
};

int main() {
    union UnionDemo u;
    printf("共用体大小：%zu 字节\n", sizeof(u));

    // 1. 存入整数并读取
    u.num = 0x12345678;
    printf("存入整数后：num=0x%X\n", u.num);  // 正确访问方式

    // 2. 存入浮点数并读取
    u.f = 3.14f;
    printf("存入浮点数后：f=%.2f\n", u.f);    // 正确访问方式

    // 3. 存入字符串并读取
    strcpy_s(u.text, sizeof(u.text), "Hi");  // 或者使用 strncpy
    printf("存入字符串后：text=%s\n", u.text); // 正确访问方式

    // 演示错误访问方式（不要这样做）
    printf("错误访问示例：num=0x%X, f=%.2f\n", u.num, u.f);

    return 0;
}