《小菜狗 C 语言入门 + 进阶笔记》（38）共用体（union）【你们不熟悉的知识来了】

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1、共用体概念引入

像结构体⼀样，联合体也是由⼀个或者多个成员构成，可以包含多个类型不同的成员。

共用体是一种特殊的数据类型，允许您在相同的内存位置存储不同的数据类型。我们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。

结构体和共用体的区别在于：

• 结构体的各个成员会占用不同的内存，互相之间没有影响；
• 而共用体的所有成员占用同一段内存，修改一个成员会影响其余所有成员。

作用：

– 节省内存

有两个很长的数据结构，不会同时使用，比如身份，其中一个表示老师，一个表示学生，如果要统计教师和学生的情况用结构体的话就有点浪费了！用共用体的话，只占用最长的那个数据结构所占用的空间，就足够了！

2、共用体声明

为了定义共用体，您必须使用 union 语句，方式与结构体的语法非常类似。

union 语句的格式如下：

union 共用体名 {
    成员列表
};

或者兼容形式的声明：

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

• union tag 是可选的；
• 每个 member definition 是标准的变量定义，比如 int i ；
• 在共用体定义的末尾，最后一个分号之前，您可以指定一个或多个共用体变量，这是可选的。

下面定义一个名为 Data 的共用体类型，有三个成员 i、f 和 str：

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

3、结构体和联合体内存布局

结构体：

struct S
{
    char c;
    int i;
};
struct S s = {0};

联合体：

union Un
{
    char c;
    int i;
};
union Un un = {0};

结构体和联合体内存布局图：

4、、结构体与共用体内存占用

结构体变量所占内存长度是其中最大字段大小的整数倍。
共用体变量所占的内存长度等于最长的成员变量的长度。

4.1、举例代码 1

#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;
}

输出结果：

Memory size occupied by data : 20

定义的共用体 Data 各占 20 个字节（因为 char str[20] 变量占 20 个字节），而不是 4+4+20=28 个字节，与上一节 （2.36）结构体进阶1 – 内存对齐与结构体数组 的章节是不一样的。

4.2、举例代码 2

举例代码 2.1

#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
    char c;
    int i;
};

int main()
{
    //联合变量的定义
    union Un un = {0};
    // 下⾯输出的地址结果是⼀样的吗？
    printf("%p\n", &(un.i));
    printf("%p\n", &(un.c));
    printf("%p\n", &un);
    return 0;
}

输出的结果：

001AF85C
001AF85C
001AF85C

举例代码 2.2

#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
    char c;
    int i;
};

int main()
{
    //联合变量的定义
    union Un un = {0};
    un.i = 0x11223344;
    un.c = 0x55;
    printf("%x\n", un.i);
    return 0;
}

输出的结果：

11223355

代码 2.1 输出的三个地址⼀模⼀样，代码 2.2 的输出，我们发现将i 的第 4 个字节的内容修改为 55了！

我们仔细分析就可以画出，un 的内存布局图：

5、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。

5.1、共用体的用法

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;
}

运行结果：

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。

5.2、同一时间只使用一个变量

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;
}

运行结果：

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。

6、共用体的应用

6.1、应用 1 - 判断机器是大端还是小端

使用 union 就非常方便：

union
{
    char str;
    int data;
} data;

data.data=0x01020304;

if (data.str == 0x01)
    printf("此机器是大端！");
else if (data.str == 0x04)
    printf("此机器是大端！");
else
    printf("暂无法判断此机器类型！");

注：大端机高位存在低位，小端机反之

6.2、应用 2 - 包含共用体的结构体

经常使用到的一个实例是： 现有一张关于学生信息和教师信息的表格。学生信息包括姓名、编号、性别、职业、分数，教师的信息包括姓名、编号、性别、职业、教学科目。

请看下面的表格：

Name	Num	Sex	Profession	Score / Course
HanXiaoXiao	501	f	s	89.5
YanWeiMin	1011	m	t	math
LiuZhenTao	109	f	t	English
ZhaoFeiYan	982	m	s	95

f 和 m 分别表示女性和男性，s 表示学生，t 表示教师。

可以看出，学生和教师所包含的数据是不同的。现在要求把这些信息放在同一个表格中，并设计程序输入人员信息然后输出。

如果把每个人的信息都看作一个结构体变量的话，那么教师和学生的前 4 个成员变量是一样的，第 5 个成员变量可能是 score 或者 course。当第 4 个成员变量的值是 s 的时候，第 5 个成员变量就是 score；当第 4 个成员变量的值是 t 的时候，第 5 个成员变量就是 course。

经过上面的分析，我们可以设计一个包含共用体的结构体，请看下面的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define TOTAL 4  //人员总数

struct{
    char name[20];
    int num;
    char sex;
    char profession;
    union{
        float score;
        char course[20];
    } sc;
} bodys[TOTAL];

int main(){
    int i;
    //输入人员信息
    for(i=0; i<TOTAL; i++){
        printf("Input info: ");
        scanf("%s %d %c %c", bodys[i].name, &(bodys[i].num), &(bodys[i].sex), &(bodys[i].profession));
        if(bodys[i].profession == 's'){  //如果是学生
            scanf("%f", &bodys[i].sc.score);
        }else{  //如果是老师
            scanf("%s", bodys[i].sc.course);
        }
        fflush(stdin);
    }

    //输出人员信息
    printf("\nName\t\tNum\tSex\tProfession\tScore / Course\n");
    for(i=0; i<TOTAL; i++){
        if(bodys[i].profession == 's'){  //如果是学生
            printf("%s\t%d\t%c\t%c\t\t%f\n", bodys[i].name, bodys[i].num, bodys[i].sex, bodys[i].profession, bodys[i].sc.score);
        }else{  //如果是老师
            printf("%s\t%d\t%c\t%c\t\t%s\n", bodys[i].name, bodys[i].num, bodys[i].sex, bodys[i].profession, bodys[i].sc.course);
        }
    }
    return 0;
}

运行结果：

Input info: HanXiaoXiao 501 f s 89.5↙
Input info: YanWeiMin 1011 m t math↙
Input info: LiuZhenTao 109 f t English↙
Input info: ZhaoFeiYan 982 m s 95.0↙

Name            Num     Sex     Profession      Score / Course
HanXiaoXiao     501     f       s               89.500000
YanWeiMin       1011    m       t               math
LiuZhenTao      109     f       t               English
ZhaoFeiYan      982     m       s               95.000000

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