C语言中的共用体（联合体）

共用体的关键概念

1. 内存共享： 共用体的所有成员在同一内存位置上存储数据，因此在任意时刻，只有一个成员是有效的。其他成员会被覆盖。换句话说，共用体中的成员共享内存空间，每次只能存储一个成员的值。

2. 内存大小： 共用体的大小是它所有成员中最大的成员所占用的空间大小。例如，您的Data共用体中，str是一个20字节的数组，因此整个共用体的大小是20字节，而不是成员大小的总和。

3. 用途： 共用体通常用于节省内存，特别是当您知道某个数据结构中不同成员不会同时使用时。它适合用来存储几种不同类型的数据，但每次只能用一个成员。

共用体的定义和访问

1. 定义共用体： 您通过union关键字来定义共用体，它的格式如下：

   union Data {
       int i;
       float f;
       char str[20];
   };
   

   这里定义了一个名为Data的共用体，它包含一个int类型的成员i，一个float类型的成员f，以及一个字符数组str，它可以存储一个字符串。

2. 访问共用体成员： 使用.运算符来访问共用体成员。例如，data.i表示访问Data共用体的i成员，data.f表示访问f成员，data.str表示访问str成员。

示例分析

示例 1：内存占用

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

union Data {
   int i;
   float f;
   char str[20];
};

int main() {
   union Data data;        
   printf("Memory size occupied by data: %d\n", sizeof(data));
   return 0;
}

输出：

Memory size occupied by data: 20

在此例中，Data共用体的大小是20字节，因为str成员是一个20字节的字符数组，而i和f的大小分别是4字节（在大多数平台上），共用体的大小是最大的成员所占的空间，即20字节。

示例 2：存储多个值并覆盖

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

union Data {
   int i;
   float f;
   char str[20];
};

int main() {
   union Data data;        
   data.i = 10;
   data.f = 220.5;
   strcpy(data.str, "C Programming");

   printf("data.i : %d\n", data.i);
   printf("data.f : %f\n", data.f);
   printf("data.str : %s\n", data.str);

   return 0;
}

输出：

data.i : 1917853763
data.f : 4122360580327794860452759994368.000000
data.str : C Programming

在这个例子中：

• data.i = 10 将整数10存储到i成员。
• data.f = 220.5 将浮点数220.5存储到f成员，覆盖了i成员中的值。
• strcpy(data.str, "C Programming") 将字符串存储到str成员，覆盖了f成员的值。

因此，虽然您对多个成员进行了赋值，但实际上每个赋值操作都覆盖了前一个成员的数据。由于共用体的成员共享相同的内存空间，只有最后一个有效的成员（即str）能够正确显示，而其他成员的值变得无效。

示例 3：只使用一个成员

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

union Data {
   int i;
   float f;
   char str[20];
};

int main() {
   union Data data;        
   data.i = 10;
   printf("data.i : %d\n", data.i);
   
   data.f = 220.5;
   printf("data.f : %f\n", data.f);
   
   strcpy(data.str, "C Programming");
   printf("data.str : %s\n", data.str);

   return 0;
}

输出：

data.i : 10
data.f : 220.500000
data.str : C Programming

在这个例子中：

• 先将整数10存储到data.i，然后输出。
• 然后将浮点数220.5存储到data.f，覆盖了data.i。
• 最后，将字符串"C Programming"存储到data.str，覆盖了data.f。

您可以看到，虽然依次给共用体的不同成员赋值，但是每次只有一个成员的值有效，其他成员的数据被覆盖。

总结

• 共用体允许在同一内存位置存储不同类型的数据，但在同一时刻只能存储一个成员的有效数据。
• 共用体的大小是它最大成员的大小，内存空间是共享的。
• 在使用共用体时，需要小心覆盖数据的问题，通常使用标志变量来确保只访问当前有效的成员。