C 共用体

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本文深入探讨了共用体（union）的概念，一种特殊的数据类型，允许在相同内存位置存储不同数据类型，以及其定义和使用方法。同时，文章讲解了结构体的内存分配原则，包括元素的存储顺序和内存对齐的要求，并通过实例展示了不同类型数据在结构体中的存储方式。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

共用体是一种特殊的数据类型，允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。可以定义一个带有多成员的共用体，但是任何时候只能有一个成员带有值。共用体提供了一种使用相同的内存位置的有效方式。

定义共用体

为了定义共用体，必须使用 union 语句，方式与定义结构类似。union 语句定义了一个新的数据类型，带有多个成员。union 语句的格式如下：

union [union tag]
{
   member definition;
   member definition;
   ...
   member definition;
} [one or more union variables];

实例

#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;
}

运行结果：

Memory size occupied by data : 20

共用体占用的内存应足够存储共用体中最大的成员。例如，在上面的实例中，Data 将占用 20 个字节的内存空间，因为在各个成员中，字符串所占用的空间是最大的。

访问共用体成员

为了访问共用体的成员，我们使用成员访问运算符（.）。成员访问运算符是共用体变量名称和我们要访问的共用体成员之间的一个句号。可以使用 union 关键字来定义共用体类型的变量。下面的实例演示了共用体的用法：

#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;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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

在这里，我们可以看到共用体的 i 和 f 成员的值有损坏，因为最后赋给变量的值占用了内存位置，这也是 str 成员能够完好输出的原因。现在让我们再来看一个相同的实例，这次我们在同一时间只使用一个变量，这也演示了使用共用体的主要目的：

#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;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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

在这里，所有的成员都能完好输出，因为同一时间只用到一个成员。

结构体内存分配原则

原则一：结构体中元素按照定义顺序存放到内存中，但并不是紧密排列。从结构体存储的首地址开始，每一个元素存入内存中时，它都会认为内存是以自己的宽度来划分空间的，因此元素存放的位置一定会在自己大小的整数倍上开始。

原则二：在原则一的基础上，检查计算出的存储单元是否为所有元素中最宽的元素长度的整数倍。若是，则结束；否则，将其补齐为它的整数倍。

测试实例：

#include <stdio.h>

typedef struct t1{
    char x;
    int y;
    double z;
}T1;

typedef struct t2{
    char x;
    double z;
    int y;
}T2;

int main(int argc, char* argv[])
{
    printf("sizeof(T1) = %lu\n", sizeof(T1));
    printf("sizeof(T2) = %lu\n", sizeof(T2));

    return 0;
}

输出：

sizeof(T1) = 16
sizeof(T2) = 24

解析

sizeof(T1.x) = sizeof(T2.x) = 1; 
sizeof(T1.y) = sizeof(T2.y) = 4; 
sizeof(T1.z) = sizeof(T2.z) = 8;

T1: 若从第 0 个字节开始分配内存，则 T1.x 存入第 0 字节，T1.y 占 4 个字节，由于第一的 4 字节已有数据，所以 T1.y 存入第 4-7 个字节，T1.z 占 8 个字节，由于第一个 8 字节已有数据，所以 T1.z 存入 8-15 个字节。共占有 16 个字节。

T2: 若从第 0 个字节开始分配内存，则 T1.x 存入第 0 字节，T1.z 占 8 个字节，由于第一的 8 字节已有数据，所以 T1.z 存入第 8-15 个字节，T1.y 占 4 个字节，由于前四个 4 字节已有数据，所以 T1.z 存入 16-19 个字节。共占有 20 个字节。此时所占字节不是最宽元素（double 长度为 8）的整数倍，因此将其补齐到 8 的整数倍，最终结果为 24。