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引言
一、 联合体的定义与基本用法
1.联合体的定义
2.基本用法
二、 联合体与结构体的区别
1.结构体
2.联合体
3.对比
三、联合体的优势
1. 节省内存
2. 提高效率
3. 代码简洁性
四、联合体的存储细节
1.内存对齐
2.大小计算
五、联合体的高级用法
1.匿…目录
引言
一、 联合体的定义与基本用法
1.联合体的定义
2.基本用法
二、 联合体与结构体的区别
1.结构体
2.联合体
3.对比
三、联合体的优势
1. 节省内存
2. 提高效率
3. 代码简洁性
四、联合体的存储细节
1.内存对齐
2.大小计算
五、联合体的高级用法
1.匿名联合体
2.联合体数组
3.联合体进行类型转换
六、注意事项
总结 引言
联合体union是 C 语言中的一种特殊数据结构允许在同一内存位置存储不同类型的数据。它与结构体struct类似但存在显著的差异。理解联合体的定义、基本用法、优势、存储细节及其高级用法有助于在实际编程中有效地使用这一数据结构。
一、 联合体的定义与基本用法
1.联合体的定义
在 C 语言中联合体通过 union 关键字定义。其基本语法格式如下
union 联合体名 {数据类型1 成员名1;数据类型2 成员名2;...
};
2.基本用法
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include stdio.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 %.1f\n, data.f);snprintf(data.str, sizeof(data.str), Hello, World!);printf(data.str %s\n, data.str);return 0;
}
运行结果 union Data 定义了一个联合体 Data它可以存储 int、float 或 char 数组。 由于所有成员共享同一块内存因此设置一个成员的值会覆盖其他成员的值。
二、 联合体与结构体的区别 1.结构体 内存分配结构体中的每个成员都分配独立的内存区域结构体的大小是所有成员大小之和可能还会有填充字节。数据存取结构体的每个成员都可以独立地存取和修改。 2.联合体 内存分配联合体中的所有成员共享同一块内存联合体的大小等于最大成员的大小。数据存取同一时间只能访问一个成员修改一个成员会覆盖其他成员的数据。 3.对比
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include stdio.htypedef struct {char c;int i;
} MyStruct;typedef union {char c;int i;
} MyUnion;int main() {MyStruct s;MyUnion u;// 结构体s.c a;s.i 20;printf(Struct:\n字符%c, 数字%d \n, s.c, s.i);printf(Size of MyStruct:%d\n, sizeof(MyStruct));// 联合体u.c a;printf(Union: \n字符%c,, u.c);u.i 20;printf(数字%d\n, u.i);printf(Size of MyUnion:%d, sizeof(MyUnion));return 0;
}运行结果 内存示意图 三、联合体的优势 1. 节省内存 由于联合体的所有成员共享同一块内存联合体通常比结构体节省内存。在需要存储多种不同类型但不会同时使用的数据时联合体特别有用。 2. 提高效率 联合体允许在不同数据类型之间进行高效的转换。对于需要在不同数据格式之间切换的应用场景联合体能够简化数据处理和转换过程。 3. 代码简洁性 使用联合体可以减少代码中对数据类型的重复处理提高代码的简洁性和可维护性。 四、联合体的存储细节
1.内存对齐
不同数据类型在内存中的对齐要求不同。联合体的内存对齐取决于最大成员的对齐要求。编译器可能会对联合体进行内存对齐以提高访问效率。 联合体的内存对齐规则则如下 联合体的第一个成员的地址和联合体本身的地址相同。 联合体的总大小是最大成员大小的整数倍。因为联合体中所有成员共享同一块内存这块内存的大小必须足够容纳最大成员的大小。 联合体中每个成员的对齐要求必须满足最大成员的对齐要求。 2.大小计算 •联合的⼤⼩⾄少是最⼤成员的⼤⼩。 •当最⼤成员⼤⼩不是最⼤对⻬数的整数倍的时候就要对⻬到最⼤ 对⻬数的整数倍。 对⻬数 编译器默认的⼀个对⻬数与该成员变量⼤⼩的较⼩值。 - VS 中默认的值为 8 - Linux中 gcc 没有默认对⻬数对⻬数就是成员⾃⾝的⼤⼩ 示例
#include stdio.h
union Un1
{char c[5];//共占5个字节int i;//最大对齐数占4字节
};
union Un2
{short c[7];//共占14个字节int i;//最大对齐数占4字节
};
int main()
{//下⾯输出的结果是什么printf(%d\n, sizeof(union Un1));printf(%d\n, sizeof(union Un2));return 0;
}
运行结果 五、联合体的高级用法
1.匿名联合体
匿名联合体Anonymous Union是一种不需要命名的联合体。它的主要作用是简化代码特别是在结构体中直接访问联合体成员时可以省略联合体的名字。
假设我们有一个结构体其中包含一个匿名联合体用于存储不同的数据格式。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include stdio.htypedef struct {int type; // 数据类型标识符union {int i;float f;char str[20];}; // 匿名联合体
} DataPacket;int main() {DataPacket packet;// 设置为整数类型packet.type 1;packet.i 1234; // 直接访问联合体的成员printf(Packet Type: %d, Integer Value: %d\n, packet.type, packet.i);// 设置为浮点类型packet.type 2;packet.f 56.78;printf(Packet Type: %d, Float Value: %.2f\n, packet.type, packet.f);// 设置为字符串类型packet.type 3;snprintf(packet.str, sizeof(packet.str), Hello!);printf(Packet Type: %d, String Value: %s\n, packet.type, packet.str);return 0;
}在 DataPacket 结构体中union 定义为匿名联合体因此可以直接访问其成员如 i、f 和 str而无需使用联合体名。
2.联合体数组
联合体数组用于存储多个联合体实例。每个联合体实例可以存储不同类型的数据并且每个联合体实例共享相同的内存布局。
假设我们需要处理多个数据包每个数据包可以包含不同类型的数据。我们可以使用联合体数组来管理这些数据包。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include stdio.htypedef union {int i;float f;char str[20];
} DataUnion;int main() {DataUnion dataArray[3];// 设置数组元素为整数dataArray[0].i 42;// 设置数组元素为浮点数dataArray[1].f 3.14;// 设置数组元素为字符串snprintf(dataArray[2].str, sizeof(dataArray[2].str), Union Array);// 打印数组元素printf(dataArray[0] (int): %d\n, dataArray[0].i);printf(dataArray[1] (float): %.2f\n, dataArray[1].f);printf(dataArray[2] (str): %s\n, dataArray[2].str);return 0;
}DataUnion定义了一个联合体可以存储整数、浮点数或字符串。 dataArray[3]创建了一个联合体数组 dataArray包含 3 个 DataUnion 实例每个实例可以存储不同的数据类型。 访问数组元素时每个元素的内容可以根据需要进行设置和读取。
3.联合体进行类型转换
联合体可以用作不同数据类型之间的转换工具。特别是当需要将相同内存中的数据以不同格式进行解释时联合体可以提供一种有效的方法。
假设我们有一个float数值需要以int类型访问其位模式。这可以通过联合体进行实现。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include stdio.h
#include stdint.htypedef union {float f;uint32_t i;
} FloatIntUnion;int main() {FloatIntUnion data;data.f 3.14159; // 设置浮点数// 打印浮点数及其对应的整数位模式printf(Float value: %.5f\n, data.f);printf(Integer value: 0x%08X\n, data.i);return 0;
}FloatIntUnion联合体定义其中一个成员是 float 类型另一个成员是 uint32_t 类型。uint32_t 用于表示浮点数的位模式。 通过 data.f 设置浮点数然后可以通过 data.i 访问该浮点数的内存位模式。这种方法用于调试、解析数据格式或其他低级操作。
六、注意事项 使用联合体时应注意以下几点 成员访问确保在访问联合体的成员时访问的是最近一次赋值的成员。内存重叠联合体成员之间的内存重叠可能导致数据损坏因此使用时要格外小心。 总结
通过以上内容我们深入了解了C语言中的联合体。合理使用联合体可以提高代码的灵活性和效率但同时也需要谨慎处理可能出现的内存重叠和数据类型转换问题。
