C 语言关于联合体的相关知识

当多个数据需要共享内存或者多个数据每次只取其一时，可以利用联合体(union)。在C Programming Language 一书中对于联合体是这么描述的：      1)联合体是一个结构；      2)它的所有成员相对于基地址的偏移量都为0；      3)此结构空间要大到足够容纳最”宽”的成员；      4)其对齐方式要适合其中所有的成员； 下面解释这四条描述：      由于联合体中的所有成员是共享一段内存的，因此每个成员的存放首地址相对于于联合体变量的基地址的偏移量为0，即所有成员的首地址都是一样的。为了使得所有成员能够共享一段内存，因此该空间必须足够容纳这些成员中最宽的成员。对 C 语言中的联合体（union）是一种特殊的数据结构，它允许在同一个内存位置上存储不同类型的变量。这种机制使得在有限的内存空间内，多个数据类型可以交替使用，从而达到节省内存的效果。以下是对联合体相关知识的详细解析： 1) 联合体是一个结构： 联合体可以看作是一种特殊的结构体，它由一个或多个成员组成。但与结构体（struct）不同的是，结构体的各个成员是各自独立分配内存的，而联合体的成员共享同一块内存区域。 2) 它的所有成员相对于基地址的偏移量都为0： 由于联合体的成员共享内存，它们的起始地址都是联合体变量的起始地址。这意味着当你访问任一成员时，实际上都在操作同一片内存区域。 3) 此结构空间要大到足够容纳最“宽”的成员： 联合体的大小是其所有成员中最大成员的大小，这是为了确保任何成员都能完全存储在联合体内。例如，如果联合体包含一个int（4字节）和一个double（8字节），那么联合体的大小将是8字节，足以容纳double。 4) 其对齐方式要适合其中所有的成员： 联合体的内存对齐规则要满足所有成员的要求。每个数据类型都有自己的对齐要求，比如int通常对齐到4字节的边界，double对齐到8字节的边界。联合体的大小需要满足最严格的对齐要求，可能是对齐到最大的成员的字节数。 举例来说，考虑以下联合体： ```c union U { char s[9]; int n; double d; }; ``` 在这里，`s`占9字节，`n`占4字节，`d`占8字节。由于9不能被4或8整除，所以为了满足所有成员的对齐要求，联合体`U`的大小会增加到16字节，这样既能容纳最大的成员`d`，也能满足4字节和8字节的对齐规则。 在编程实践中，可以通过`sizeof`运算符来查询联合体的大小。在上述例子中，`sizeof(U)`将返回16。 通过以下代码示例，我们可以看到联合体的成员是如何共享内存的： ```c union U1 u1; union U2 u2; u1.n = 1; printf("%d\n", u1.s[0]); printf("%lf\n", u1.d); ``` 当给`u1.n`赋值1时，这部分内存会被设置为`1`的二进制表示。然后当我们尝试读取`u1.s[0]`或`u1.d`时，都会读取到同一片内存中的数据，只是根据不同的数据类型进行解释。由于内存的连续性，改变一个成员的值会影响到其他成员的值。 联合体在内存管理、数据转换和某些特定场景下（如硬件交互）非常有用。然而，需要注意的是，联合体虽然节省了内存，但同时也牺牲了一定的安全性和可预测性，因为一个成员的修改可能会无意间影响到其他成员。因此，使用联合体时需要谨慎，确保对内存的理解和操作是准确无误的。