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C语言 共用体(Union)详解及示例代码

程序员文章站 2022-07-11 18:53:19
...

结构体(Struct)是一种构造类型或复杂类型,它可以包含多个类型不同的成员。在C语言中,还有另外一种和结构体非常类似的语法,叫做共用体(Union),它的定义格式为:

union 共用体名{
成员列表
};

共用体有时也被称为联合或者联合体,这也是 Union 这个单词的本意。

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。
结构体占用的内存大于等于所有成员占用的内存的总和(成员之间可能会存在缝隙),共用体占用的内存等于最长的成员占用的内存。共用体使用了内存覆盖技术,同一时刻只能保存一个成员的值,如果对新的成员赋值,就会把原来成员的值覆盖掉。
共用体也是一种自定义类型,可以通过它来创建变量,例如:

union data{
int n;
char ch;
double f;
};
union data a, b, c;

上面是先定义共用体,再创建变量,也可以在定义共用体的同时创建变量:

union data{
int n;
char ch;
double f;
} a, b, c;

如果不再定义新的变量,也可以将共用体的名字省略:

union data{
int n;
char ch;
double f;
} a, b, c;

共用体 data 中,成员 f 占用的内存最多,为 8 个字节,所以 data 类型的变量(也就是 a、b、c)也占用 8 个字节的内存,请看下面的演示:

#include <stdio.h>
union data{
int n;
char ch;
short m;
};
int main(){
union data a;
printf("%d, %d\n", sizeof(a), sizeof(union data) );
a.n = 0x40;
printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m);
a.ch = ‘9’;
printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m);
a.m = 0x2059;
printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m);
a.n = 0x3E25AD54;
printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m);

return 0;
}

运行结果:

4, 4
40, @, 40
39, 9, 39
2059, Y, 2059
3E25AD54, T, AD54

这段代码不但验证了共用体的长度,还说明共用体成员之间会相互影响,修改一个成员的值会影响其他成员。
要想理解上面的输出结果,弄清成员之间究竟是如何相互影响的,就得了解各个成员在内存中的分布。以上面的 data 为例,各个成员在内存中的分布如下:

成员 n、ch、m 在内存中“对齐”到一头,对 ch 赋值修改的是前一个字节,对 m 赋值修改的是前两个字节,对 n 赋值修改的是全部字节。也就是说,ch、m 会影响到 n 的一部分数据,而 n 会影响到 ch、m 的全部数据。
上图是在绝大多数 PC 机上的内存分布情况,如果是 51 单片机,情况就会有所不同:

为什么不同的机器会有不同的分布情况呢?这跟机器的存储模式有关,我们将在VIP教程《大端小端以及判别方式》一节中展开探讨。

共用体的应用
共用体在一般的编程中应用较少,在单片机中应用较多。对于 PC 机,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。站长博客请看下面的表格:

  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
  
  
  95.0