C语言中联合类型(Union)的使用和编程

1.基本概念

在 C 语言中，联合（Union）是一种特殊的数据类型，它允许在同一段内存空间中存储不同类型的数据。联合成员共享内存空间，联合的大小取决于其成员中最大的类型的大小。当定义一个联合时，系统会为联合分配足够的内存来容纳其中最大的成员。       

例如：定义一个unsigned int和unsigned char的联合类型，其语法如下：

union IntCharUnion {
    unsigned int int_value;
    unsigned char char_array[sizeof(unsigned int)];
};

在这个联合定义中：
1. union是关键字，用于声明一个联合类型。
2. IntCharUnion是联合类型的名称，可以根据需要进行修改。
3. 联合中有两个成员：

•  int_value是unsigned int类型的成员，用于存储一个无符号整数。
•  char_array是一个unsigned char类型的数组，其大小设置为sizeof(unsigned int)，这意味着这个数组的大小刚好可以容纳一个unsigned int类型的数据。这样就可以通过这个数组来访问unsigned int数据的每个字节。

2.编程实例

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

union IntCharUnion {
    unsigned int int_value;
    unsigned char char_array[sizeof(unsigned int)];
};

int main() {
    union IntCharUnion my_union;
    my_union.int_value = 0x12345678;
    // 以字节为单位打印unsigned int的值
    for (int i = 0; i < sizeof(unsigned int); i++) {
        printf("%02x ", my_union.char_array[i]);
    }
    printf("\n");
    // 修改字节数组的值
    my_union.char_array[0] = 0x77;
    my_union.char_array[1] = 0x66;
    my_union.char_array[2] = 0x55;
    my_union.char_array[3] = 0x44;
    // 打印修改后的unsigned int的值
    printf("%08x\n", my_union.int_value);
    return 0;
}

3.一个经典的使用场景

假设程序A要发送一个unsigned int型数据给程序B，但是在链路层数据都是按字节（unsigned char）来发送的，那么使用联合类型就可以方便的完成unsigned int到unsigned char的转换。

程序A： 

//代码片段
union IntCharUnion dataLen; 
dataLen.int_value = 12345678;
//假设发送函数send原型是void send(unsigned char *data,int len);
//使用方法如下
send(dataLen.char_array,4);
...

程序B：

//代码片段
union IntCharUnion dataLen; 
//假设接收函数recv原型是void recv(unsigned char *data,int len);
//使用方法如下
recv(dataLen.char_array,4);
printf("dataLen = %d\n",dataLen.int_value); //结果是12345678
...

4.扩展

联合类型支持各种各样的组合方式，在实际编程中可以灵活应用。

1.整数和浮点数联合

#include <stdio.h>

union IntFloatUnion {
    int int_value;
    float float_value;
};

int main() {
    union IntFloatUnion my_union;
    my_union.int_value = 12345;
    printf("The integer value is: %d\n", my_union.int_value);
    my_union.float_value = 3.14f;
    printf("The floating - point value is: %f\n", my_union.float_value);
    return 0;
}

2.结构体和整数联合

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

struct MyData {
    char name[20];
    int age;
};

union StructIntUnion {
    int int_value;
    struct MyData my_data;
};

int main() {
    union StructIntUnion my_union;
    strcpy(my_union.my_data.name, "John");
    my_union.my_data.age = 30;
    printf("Name: %s, Age: %d\n", my_union.my_data.name, my_union.my_data.age);
    my_union.int_value = 0;
    printf("The integer value is: %d\n", my_union.int_value);
    return 0;
}

3.int、float和char数组的联合

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

union IntFloatCharArrayUnion {
    int int_value;
    float float_value;
    char char_array[sizeof(int)];  // 这里假设 int 和 float 大小相同，若不同可按需调整
};

int main() {
    union IntFloatCharArrayUnion my_union;

    // 使用 int 成员
    my_union.int_value = 100;
    printf("Integer value: %d\n", my_union.int_value);

    // 使用 float 成员
    my_union.float_value = 3.14f;
    printf("Float value: %f\n", my_union.float_value);

    // 使用 char 数组成员
    strcpy(my_union.char_array, "Hi!");
    printf("Char array value: %s\n", my_union.char_array);

    return 0;
}

需要注意的是，由于联合成员共享内存空间，在使用时要确保对当前存储的数据类型有清晰的认识，避免出现数据不一致或错误的情况。例如，在给char_array赋值后，如果直接读取int_value或float_value，其结果将取决于char_array中的字符数据在内存中的二进制表示被解释成整数或浮点数的结果，这通常不是期望的行为，除非是在特定的字节处理或数据转换场景中有意识地这样操作。