在C语言中，union关键字用于定义联合体。联合体是一种特殊的数据结构，它允许不同的数据类型共享同一段内存。所有联合体成员共享同一个内存位置，因此联合体的大小取决于其最大成员的大小。
定义和使用联合体
基本定义
定义一个联合体类型时，需要使用union关键字，后跟联合体的名称和成员的定义。
#include <stdio.h>
// 定义一个联合体类型
union Data {
int i;
float f;
char str[20];
};
int main() {
// 声明一个联合体变量
union Data data;
// 赋值给联合体成员
data.i = 10;
printf("data.i: %d\n", data.i);
data.f = 220.5;
printf("data.f: %.2f\n", data.f);
strcpy(data.str, "C Programming");
printf("data.str: %s\n", data.str);
// 注意：联合体成员共享内存，赋值一个成员会影响其他成员的值
printf("data.i: %d\n", data.i);
printf("data.f: %.2f\n", data.f);
return 0;
}
在这个例子中，定义了一个名为Data的联合体类型，它包含三个成员：i、f和str。在main函数中，声明了一个Data类型的变量data，并对其成员进行了赋值和访问。
共享内存
联合体的一个重要特性是所有成员共享同一块内存，因此一个成员的值会覆盖其他成员的值。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
// 定义一个联合体类型
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: %.2f\n", data.f);
strcpy(data.str, "C Programming");
printf("data.str: %s\n", data.str);
// 因为最后一次赋值的是str，所以i和f的值会被覆盖
printf("data.i: %d\n", data.i); // 未定义的行为
printf("data.f: %.2f\n", data.f); // 未定义的行为
return 0;
}
在这个例子中，由于联合体成员共享内存，最后一次赋值data.str会覆盖之前的data.i和data.f的值，因此访问这些成员的值会导致未定义行为。
使用typedef简化联合体
使用typedef可以简化联合体的使用，使得在声明变量时不需要每次都使用union关键字。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
// 使用typedef定义联合体类型
typedef union {
int i;
float f;
char str[20];
} Data;
int main() {
// 声明一个联合体变量
Data data;
data.i = 10;
printf("data.i: %d\n", data.i);
data.f = 220.5;
printf("data.f: %.2f\n", data.f);
strcpy(data.str, "C Programming");
printf("data.str: %s\n", data.str);
return 0;
}
在这个例子中，使用typedef为union Data定义了一个别名Data，这样在声明变量时就不需要使用union关键字了。
联合体的大小
联合体的大小等于其最大成员的大小，因为所有成员共享同一块内存。
#include <stdio.h>
union Data {
int i;
float f;
char str[20];
};
int main() {
printf("Size of union: %zu bytes\n", sizeof(union Data));
return 0;
}
在这个例子中，sizeof运算符用于计算联合体的大小。
示例程序
以下是一个包含多种用法的综合示例：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
typedef union {
int i;
float f;
char str[20];
} Data;
int main() {
Data data;
data.i = 10;
printf("data.i: %d\n", data.i);
data.f = 220.5;
printf("data.f: %.2f\n", data.f);
strcpy(data.str, "C Programming");
printf("data.str: %s\n", data.str);
// 由于最后一次赋值的是str，所以i和f的值会被覆盖
printf("data.i: %d\n", data.i); // 未定义的行为
printf("data.f: %.2f\n", data.f); // 未定义的行为
return 0;
}
在这个示例中，data联合体的成员被依次赋值并打印，最后一次赋值data.str覆盖了之前的成员值，导致对data.i和data.f的访问结果未定义。
联合体的应用场景
-
节省内存：在某些情况下，可以使用联合体节省内存。例如，当一个变量在不同的时间需要存储不同类型的数据时，可以使用联合体来节省内存空间。
-
类型转换：联合体可以用于实现不同类型之间的转换。
#include <stdio.h>
typedef union {
float f;
unsigned int i;
} FloatIntUnion;
int main() {
FloatIntUnion u;
u.f = 3.14f;
printf("Float value: %f\n", u.f);
printf("As unsigned int: %u\n", u.i);
return 0;
}
在这个例子中，联合体用于查看同一段内存在不同类型下的表示。
总结
union关键字在C语言中用于定义联合体，允许不同的数据类型共享同一段内存。联合体的大小由其最大成员的大小决定。联合体在节省内存和类型转换等场景中非常有用。尽管联合体的使用可能导致一些成员值的未定义行为，但在特定的应用场景下，联合体依然是一个强大的工具。
