C语言的联合(union)介绍

本文深入探讨了C语言中结构与联合的定义、特点、赋值和使用方法,详细解释了它们在内存分配和数据类型组合方面的区别,并通过实例展示了如何在实际编程中灵活运用。

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“联合”与“结构”有一些相似之处。但两者有本质上的不同。在结构中各成员有各自的内存空间, 一个结构变量的总长度是各成员长度之和。而在“联合”中,各成员共享一段内存空间, 一个联合变量的长度等于各成员中最长的长度。应该说明的是, 这里所谓的共享不是指把多个成员同时装入一个联合变量内, 而是指该联合变量可被赋予任一成员值,但每次只能赋一种值, 赋入新值则冲去旧值。如前面介绍的“单位”变量, 如定义为一个可装入“班级”或“教研室”的联合后,就允许赋予整型值(班级)或字符串(教研室)。要么赋予整型值,要么赋予字符串,不能把两者同时赋予它。联合类型的定义和联合变量的说明一个联合类型必须经过定义之后, 才能把变量说明为该联合类型。  

一、联合的定义  

定义一个联合类型的一般形式为:   
union 联合名   
{   
成员表   
};  
成员表中含有若干成员,成员的一般形式为: 类型说明符 成员名 成员名的命名应符合标识符的规定。  
例如:   
union perdata  
{  
   int class;  
   char office;  
};  
  定义了一个名为perdata的联合类型,它含有两个成员,一个为整型,成员名为class;另一个为字符数组,数组名为office。联合定义之后,即可进行联合变量说明,被说明为perdata类型的变量,可以存放整型量class或存放字符数组office。  

二、联合变量的说明  

  联合变量的说明和结构变量的说明方式相同, 也有三种形式。即先定义,再说明;定义同时说明和直接说明。以perdata类型为例,说明如下:   
union perdata  
{  
   int class;  
   char officae;  
};  
union perdata a,b; /*说明a,b为perdata类型*/  
或者可同时说明为:   
union perdata  
{   
int class;  
char office;   
}a,b;  
或直接说明为:   
union  
{   
int class;  
char office;   
}a,b   
经说明后的a,b变量均为perdata类型。 它们的内存分配示意图如图7—8所示。a,b变量的长度应等于 perdata 的成员中最长的长度, 即等于  
office数组的长度,共10个字节。从图中可见,a,b变量如赋予整型值时,只使用了2个字节,而赋予字符数组时,可用10个字节。  

联合变量的赋值和使用  

  对联合变量的赋值,使用都只能是对变量的成员进行。 联合变量的成员表示为: 联合变量名.成员名 例如,a被说明为perdata类型的变量之后,可使用 a.class a.office 不允许只用联合变量名作赋值或其它操作。 也不允许对联合变量作初始化赋值,赋值只能在程序中进行?挂偾康魉得鞯氖?一个联合变量, 每次只能赋予一个成员值?痪浠八?一个联合变量的值就是联合变员的某一个成员值。  
[例7.15]设有一个教师与学生通用的表格,教师数据有姓名,年龄,职业,教研室四项。学生有姓名,年龄,职业,班级四项。  
编程输入人员数据, 再以表格输出。  
[code:1:8d8ee8c82c]  
main()  
{  
   struct  
   {  
      char name[10];  
      int age;  
      char job;  
      union  
      {  
         int class;  
         char office[10];  
      } depa;  
   }body[2];  
int n,i;  
   for(i=0;i<2;i++)  
   {  
      printf("input name,age,job and department/n");  
      scanf("%s %d %c",body[i].name,&body[i].age,&body[i].job);  
      if(body[i].job=='s')  
         scanf("%d",&body[i].depa.class);  
      else  
         scanf("%s",body[i].depa.office);  
   }  
   printf("name/tage job class/office/n");  
   for(i=0;i<2;i++)  
   {  
   if(body[i].job=='s')  
      printf("%s/t%3d %3c %d/n",body[i].name,body[i].age ,body[i].job,body[i].depa.class);  
   else  
      printf("%s/t%3d %3c %s/n",body[i].name,body[i].age, body[i].job,body[i].depa.office);  
   }  
}  
[/code:1:8d8ee8c82c]  
  本例程序用一个结构数组body来存放人员数据, 该结构共有四个成员。其中成员项depa是一个联合类型, 这个联合又由两个成员组成,一个为整型量class,一个为字符数组office。在程序的第一个for语句中,输入人员的各项数据,先输入结构的前三个成员name,age和job,然后判别job成员项,如为"s"则对联合depa·class输入(对学生赋班级编号)否则对depa·office输入(对教师赋教研组名)。  

  在用scanf语句输入时要注意,凡为数组类型的成员,无论是结构成员还是联合成员,在该项前不能再加"&"运算符。如程序第18行中  
body[i].name是一个数组类型,第22行中的body[i].depa.office也是数组类型,因此在这两项之间不能加"&"运算符。程序中的第二个for语句用于输出各成员项的值:  

本章小结  

1. 结构和联合是两种构造类型数据,是用户定义新数据类型的重要手段。结构和联合有很多的相似之处,它们都由成员组成。成员可以具有不同的数据类型。成员的表示方法相同。都可用三种方式作变量说明。  

2. 在结构中,各成员都占有自己的内存空间,它们是同时存在的。一个结构变量的总长度等于所有成员长度之和。在联合中,所有成员不能同时占用它的内存空间,它们不能同时存在。联合变量的长度等于最长的成员的长度。  

3. “.”是成员运算符,可用它表示成员项,成员还可用“->”运算符来表示。  

4. 结构变量可以作为函数参数,函数也可返回指向结构的指针变量。而联合变量不能作为函数参数,函数也不能返回指向联合的指针变量。但可以使用指向联合变量的指针,也可使用联合数组。  

5. 结构定义允许嵌套,结构中也可用联合作为成员,形成结构和联合的嵌套。
<think>好的,用户现在问的是关于C语言中的struct和union,需要我用中文回答。先回顾之前的对话历史,用户之前询问了如何用表达式二叉树在C语言中实现自动微分,我给出了详细的代码示例和解释。现在用户可能想更深入了解C语言的结构体和联合体的概念,因为在上次的回答中,我用到了struct和union来构建节点类型。 首先,我需要明确用户的需求。他们可能是在学习C语言的数据结构,或者在实际编程中遇到了struct和union的使用问题。用户可能对两者的区别、内存分配方式以及适用场景不太清楚。需要详细解释struct和union的基本概念,内存布局,以及各自的优缺点,同时结合示例代码帮助理解。 接下来要考虑用户可能的背景。用户可能已经有一定的C语言基础,但对复合数据类型的使用还不够熟悉。需要以简明清晰的方式解释,避免过于复杂的术语,同时提供实际的例子。例如,在之前的自动微分例子中,struct Node使用了union来存储不同类型的值,这可以作为一个实际案例来说明union的节省内存的作用。 然后,我需要组织回答的结构。先介绍struct,包括定义、内存分配、访问方式、使用场景;再介绍union,同样包括定义、内存特性、访问方式和使用场景。之后比较两者的区别,强调内存占用和成员存储方式的不同。最后给出实际应用的例子,比如协议解析、类型多态等,帮助用户更好地理解如何在实际项目中应用这两种结构。 还要注意用户可能的误区,比如误用union导致数据覆盖,或者不理解结构体内存对齐的问题。需要指出这些注意事项,帮助用户避免常见错误。例如,在union中同时存储多个成员可能导致数据被覆盖,需要根据实际情况谨慎使用。 最后,确保回答符合之前的系统级指令,使用正确的Markdown格式,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,并且结构清晰,分步骤说明。同时检查LaTeX语法是否正确,比如结构体内存计算的部分可能需要用公式表示,但根据用户的问题,可能不需要太多数学公式,重点在代码和文字解释。 总结回答要点:定义、内存布局、访问方式、区别对比、使用场景、注意事项、示例代码。确保每个部分都有清晰的标题和内容,帮助用户逐步理解struct和union的核心概念和应用方法。</think>以下是关于C语言中`struct`(结构体)和`union`(联合体)的详细对比说明: --- ### 一、结构体(struct) #### 1. 定义与特性 - **数据组合**:将多个不同类型的变量组合成单一逻辑单元 - **内存分配**:所有成员独立占用内存(内存总和 = 各成员内存之和 + 对齐填充) - **访问方式**:成员同时存在,互不影响 #### 2. 语法示例 ```c struct Student { int id; // 4字节 char name[20]; // 20字节 float score; // 4字节 }; // 总内存 ≥ 28字节(考虑内存对齐) ``` #### 3. 内存布局示意图 ``` 0 4 24 28 |-----|----------|-------| id name score ``` #### 4. 使用场景 - 表示实体对象(如学生、坐标点) - 需要同时访问多个关联数据 - 数据持久化存储 --- ### 二、联合体(union) #### 1. 定义与特性 - **内存复用**:所有成员共享同一块内存空间 - **内存分配**:总内存 = 最大成员所需内存 - **访问方式**:同一时刻只能使用一个成员 #### 2. 语法示例 ```c union Data { int i; // 4字节 float f; // 4字节 char str[8]; // 8字节 }; // 总内存 = 8字节 ``` #### 3. 内存布局示意图 ``` 0 8 |------------| i/f/str共享区域 ``` #### 4. 使用场景 - 节省内存(如嵌入式系统) - 类型多态(同一数据多种解释方式) - 协议解析(网络数据包的不同字段解析) --- ### 三、核心区别对比 | 特性 | struct | union | |--------------------|-----------------------------|----------------------------| | 内存占用 | 成员内存总和 + 填充 | 等于最大成员内存 | | 数据存储 | 所有成员独立存储 | 共享存储空间 | | 同时访问 | 支持 | 每次只能访问一个成员 | | 典型用途 | 数据聚合 | 类型转换/内存复用 | --- ### 四、复合使用实例 ```c // 用于存储不同数据类型的值 typedef struct { enum {INT, FLOAT, STRING} type; union { int i; float f; char s[20]; } value; } Variant; // 使用示例 Variant v; v.type = FLOAT; v.value.f = 3.14; // 此时i和s的值不可预测 ``` --- ### 五、关键注意事项 1. **结构体内存对齐**: ```c struct Example { char c; // 1字节(实际占4字节) int i; // 4字节 }; // 总大小 = 8字节(非5字节) ``` *对齐规则*:成员地址必须是其类型大小的整数倍 2. **联合体数据覆盖**: ```c union Data u; u.i = 10; // 写入整型 u.f = 3.14; // 覆盖原有数据 ``` **后果**:`u.i`的值将变为浮点数的二进制表示 3. **位域联合应用**(硬件寄存器映射): ```c union Register { uint32_t value; struct { uint32_t enable : 1; uint32_t mode : 3; uint32_t status : 4; } bits; }; ``` --- ### 六、典型应用场景 1. **struct**: - 文件格式解析(BMP头、TCP首部) - 面向对象编程模拟(封装数据与方法) - 树/链表节点定义 2. **union**: - 协议解析(如IP地址转换): ```c union IPAddress { uint32_t binary; uint8_t octet[4]; }; ``` - 类型转换(浮点数的二进制分析): ```c union FloatConverter { float f; unsigned int u; }; ``` - 内存敏感场景(嵌入式系统状态记录) --- 通过合理使用`struct`和`union`,可以实现:✅ 数据高效组织 ✅ 内存优化 ✅ 类型灵活转换。理解二者的内存分配机制是正确使用的关键。
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