C 共用体

C语言共用体（Union）完整使用攻略

共用体（Union）是C语言中一种特殊的数据类型，与结构体（Struct）类似，也是一种复合类型。共用体允许不同的数据类型在相同的内存空间里互相转换使用，这意味着在同一时间只能保存相同的数据类型，但可以在不同的时间存储不同的数据类型。

创建共用体

共用体和结构体的方式非常相似，可以使用关键字union来定义共用体，例如：

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

这里定义了一个名为Data的共用体，它包含了相同的内存空间用于存储一个整数、一个浮点数以及一个字符串类型的字符数组。定义后，可以声明共用体变量：

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

int main() {
    variable.i = 10; // i的值被设置为10
    printf("variable.i 的值： %d\n", variable.i);

    variable.f = 3.14; // 把浮点数值赋给变量f
    printf("variable.f 的值： %.2f\n", variable.f);

    strcpy(variable.str, "Hello World!"); // 把字符串赋给变量str
    printf("variable.str 的值： %s\n", variable.str);

    return 0;
}

运行结果：

variable.i 的值： 10
variable.f 的值： 3.14
variable.str 的值： Hello World!

可以看到，不同类型的数据存储在同一个内存空间内，并依次进行访问。

访问共用体的成员

共用体的成员可以像访问结构体成员一样访问，使用点运算符访问共用体成员，例如：

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

int main() {
    variable.i = 10;
    printf("variable.i 的值： %d\n", variable.i);

    variable.f = 3.14;
    printf("variable.f 的值： %.2f\n", variable.f);

    strcpy(variable.str, "Hello World!");
    printf("variable.str 的值： %s\n", variable.str);

    printf("%lu\n", sizeof(variable)); // 打印共用体variable的大小

    return 0;
}

运行结果：

variable.i 的值： 10
variable.f 的值： 3.14
variable.str 的值： Hello World!
20

可以看到，所有成员共用一个内存空间，它们的地址是相同的。由于共用体的大小等于最大成员的大小，所以共用体的大小为20字节（4字节的整数。4字节的浮点数和20字节长度的字符串中最大的是20，因此共用体的大小是20字节）。

共用体的实际应用场景

共用体可以在编写需要相对较少的代码和内存的程序时非常有用，因为它们允许你以多种方式引用相同的内存位置。以下是两个使用共用体的实例：

示例一

假设有一个具有两个字段的结构，其中“类型”(int)字段是0时是邮政编码，而“类型”(int)字段是1时是移动电话号码。可以使用共用体来定义该结构，如下所示：

union Contact {
    int zip_code;
    int phone_number;
};

struct Person {
    char name[64];
    union Contact contact;
    int contact_type;
};

int main () {
    struct Person p;
    strcpy(p.name, "John");
    p.contact_type = 0;
    p.contact.zip_code = 518057;
    printf("Name: %s\n", p.name);
    printf("Zip Code: %d\n", p.contact.zip_code); // 只有在contact_type为0时，zip_code的值才是有效的
    // p.contact.phone_number = "1234567890"; 当contact_type为1时使用phone_number
    return 0;
}

运行结果：

Name: John
Zip Code: 518057

示例二

共用体也可以用来在不同的数据类型之间转换：

union Converter {
    float f;
    int i;
};

int main() {
    union Converter c;
    c.f = 3.14;
    printf("浮点数 f = %f\n", c.f);
    printf("整数 i = %d\n", c.i);
    c.i = 1234;
    printf("浮点数 f = %f\n", c.f);
    printf("整数 i = %d\n", c.i);
    return 0;
}

运行结果：

浮点数 f = 3.140000
整数 i = 1078523331
浮点数 f = 1234.000000
整数 i = 1234

在以上示例中，共用体用于将同一内存位置中的浮点数和整数相互转换，这种类型的操作对于底层的数据结构操作非常有用，例如：htonl和ntohl函数就是用于将大端和小端字节序之间转换整数。