联合体（union）以及数据的存储

联合体（union）以及数据的存储

当多个数据需要共享内存或多个数据每次只取其一时，可以利用联合体（union），有关联合体的描述如下：

1.联合体是一个结构；

2.它的所有成员相对于基地址的偏移量都为0；

3.此结构空间要大到足够容纳最"宽"的成员；

4.其对齐方式要适合其中所有的成员。

对上面四句话的理解：

        由于联合体的所有成员是共享一段内存的，因此每个成员的存放首地址相对于联合体变量的基地址额偏移量为0，即所有成员的首地址都是一样的。为了使得所有成员能够共享一段内存，因此该空间必须足够容纳这些成员中最宽的成员。再来着重介绍一下什么叫"对其方式要适合其中所有的成员"？

例如：

#include<stdio.h>
typedef struct u
{
	char a;
	int b;
}U1;

int main()
{
	printf("%d\n",sizeof(U1));
	return 0;
}

假设U1按如下方式内存方式布局（内存地址从左至右递增）：

       因为U1中有最强对齐要求的是b字段(int),所以U1对象的首地址一定是4的倍数，那么上述内存的布局中的b字段能满足int类型的对齐要求吗？显然是不能的，于是有了如下的地址分配方案：

       这个方案在a与b之间多分配了3个填充（padding）字节，这样当整个struct对象首地址满足4字节的对齐要求时，b字段也一定能满足int型的4字节对齐规定。那么sizeof(U1)显然就应该是8，而b字段相对于结构体首地址的便宜就是4。我们看一下程序给的结果吧：

那么下面这个呢？

typedef struct u2

{

      int     a;

      char  b;

}U2;

其实和上例子是一样的，sizeof(U2)也是8。

好的，现在你已经掌握了结构体内存布局的基本准则，尝试分析一个稍微复杂点的类型吧。

例如：

typedef struct u
{
	char a[9];
	int b;
	double d;
}U1;

      先来分析一下，a占9字节，b占4字节，d占8字节，这里最"宽"的变量是a，因此内存大小至少是9。像上面的例子一样，U1的地址最前面是9个字节，然后在a和b之间多分配了3个填充(padding)字节，在然后是b的4个字节，最后是d的8个字节。sizeof(U1)=24。看看程序运行的结果吧：

#include<stdio.h>
typedef struct u
{
	char a[9];
	int b;
	double d;
}U1;

int main()
{
	printf("%d\n",sizeof(U1));
	return 0;
}

下面来个有关union使用的测试程序加深理解：

#include<stdio.h>
union un
{
	int i;
	short int si[2];
	char c[4];
}u;

int main()
{
	u.c[0]='A';
	u.c[1]='B';
	u.c[2]='C';
	u.c[3]='D';
	printf("u.c[0]=%d,u.c[1]=%d,u.c[2]=%d,u.c[3]=%d\n",u.c[0],u.c[1],u.c[2],u.c[3]);
	printf("u.si[0]=%d,u.si[1]=%d\n",u.si[0],u.si[1]);
	printf("u.i=%d\n",u.i);
	return 0;
}

程序运行结果如下：

在程序中，由于联合体的特点，变量x占4个字节。我们可以从3个角度观察这4个字节：

（1）整体看，是一个int型数据；

（2）分成2部分看，是两个短整型数据；

（3）分成4部分看，是4个单字节的数据。

但无论怎么看，就是这4个字节。无论用哪种形式操作数据，使用的也就是这4个字节。联合体为我们提供了从不同的角度使用这4个字节的方式。

x.c[0]到x.c[3]的值分别为65\66\67\68,这好理解。

x,si[0]占2字节，与x.c[0]和x.c[1]相同。验证一下：16961=66*256+65（66是'B'的ASCII值，65是'A'的ASCII值，是字符的存储形式）。注意，这里体现存储数据时低位在前，高位在后，低位是65，高位时66。正如十进制数98，高位时9，低位是8，所以98=9*10+8一样。因为是高位，所以乘以权位10，表示9这个符号代表的其实是90。66*256，因为存储66（'B'）的那一个字节的位置，比存储65（'A'）的那一字节的位置高8位，所以乘以2的8次方，即256。

       概括讲，存储2字节的16961时，其低8位，是65，在前(x.c[0])，而其高8位，是66，在（x.c[1]）。低位在前，高位在后。

       请自行验证：17475=68*256+67，提现低位在前，高位在后。（x.si[1]占2字节，与x.c[2]和x.c[3]相同）。

       再请验证：1145258561=17475*256*256+16961，也体现在低位在前，高位在后。（x.i占4字节，与x.si[0]和x.si[1]相同）。

       再请验证：1145258561=68*256*256*256+67*256*256+66*256+65。同样的道理。