C語言的union怎么使用

# C語言的union怎么使用

## 1. union的基本概念

在C語言中，`union`（聯合體）是一種特殊的數據類型，它允許在同一內存位置存儲不同的數據類型。與`struct`（結構體）不同，`union`的所有成員共享同一塊內存空間，這意味著任何時候只能有一個成員有效。

### 1.1 union的定義語法

```c
union UnionName {
    member_type1 member1;
    member_type2 member2;
    // ...
};

1.2 union與struct的區別

2. union的內存布局

2.1 內存分配原理

union的大小等于其最大成員的大小。例如：

union Example {
    int i;      // 4字節
    float f;    // 4字節
    char c;     // 1字節
};              // 總大小=4字節

2.2 示例分析

#include <stdio.h>

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

int main() {
    union Data data;        
    printf("Memory size occupied by data: %zu\n", sizeof(data));
    return 0;
}

輸出結果：

Memory size occupied by data: 20

3. union的典型用法

3.1 類型轉換

利用union可以在不進行強制類型轉換的情況下重新解釋數據：

union Converter {
    float f;
    unsigned int u;
};

void printFloatBits(float num) {
    union Converter c;
    c.f = num;
    printf("%f in binary: 0x%08X\n", num, c.u);
}

3.2 節省內存空間

當多個數據不會同時使用時：

union DeviceStatus {
    struct {
        unsigned char error_code;
        unsigned char sensor_id;
    } error;
    unsigned short normal_status;
};

3.3 協議解析

在網絡協議中處理不同格式的數據：

union Packet {
    struct {
        unsigned short header;
        unsigned char payload[32];
    } raw;
    struct {
        unsigned short command;
        unsigned short data_length;
        unsigned char data[30];
    } parsed;
};

4. union的高級用法

4.1 匿名union（C11）

struct Variant {
    enum { INT, FLOAT, STR } type;
    union {
        int i;
        float f;
        char *s;
    };  // 匿名union
};

void printVariant(struct Variant v) {
    switch(v.type) {
        case INT: printf("%d\n", v.i); break;
        case FLOAT: printf("%f\n", v.f); break;
        case STR: printf("%s\n", v.s); break;
    }
}

4.2 位域結合

union StatusRegister {
    unsigned short value;
    struct {
        unsigned ready:1;
        unsigned error:1;
        unsigned busy:1;
        unsigned :13;  // 保留位
    } bits;
};

5. 使用注意事項

5.1 數據有效性問題

union Number {
    int i;
    float f;
};

union Number num;
num.i = 10;
printf("%f", num.f);  // 未定義行為！

5.2 大小端問題

union EndianTest {
    int value;
    char bytes[4];
};

void checkEndian() {
    union EndianTest test = {0x01020304};
    if(test.bytes[0] == 0x01) {
        printf("Big Endian\n");
    } else {
        printf("Little Endian\n");
    }
}

5.3 對齊問題

#pragma pack(push, 1)
union PackedUnion {
    char c;
    int i;  // 可能引發對齊問題
};
#pragma pack(pop)

6. 實際應用案例

6.1 圖形顏色處理

union Color {
    unsigned int rgba;
    struct {
        unsigned char r;
        unsigned char g;
        unsigned char b;
        unsigned char a;
    } components;
};

void printColor(union Color c) {
    printf("R:%d G:%d B:%d A:%d\n",
           c.components.r,
           c.components.g,
           c.components.b,
           c.components.a);
}

6.2 嵌入式寄存器訪問

typedef union {
    struct {
        uint32_t mode:2;
        uint32_t enable:1;
        uint32_t reserved:29;
    } bits;
    uint32_t reg;
} ControlRegister;

void enableDevice(volatile ControlRegister *reg) {
    reg->bits.enable = 1;
}

7. 總結

union是C語言中強大的特性，正確使用可以： - 實現內存高效利用 - 簡化類型轉換 - 靈活處理多種數據格式

但需要注意： 1. 同一時間只有一個成員有效 2. 考慮平臺相關特性（如字節序） 3. 謹慎處理類型轉換

合理使用union能讓代碼更簡潔高效，特別是在系統編程、嵌入式開發等領域。

注意：本文示例代碼需要根據實際編譯環境調整，部分特性需要C11或更高標準支持。 “`

這篇文章共計約1500字，涵蓋了union的基礎概念、內存布局、典型用法、注意事項和實際案例，采用Markdown格式編寫，包含代碼示例和表格對比。