聯(lián)合體(union)在C語(yǔ)言中是一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)類型，能夠存儲(chǔ)不同類型的數(shù)據(jù)在同一個(gè)內(nèi)存位置?？梢远x一個(gè)聯(lián)合體使用許多成員，但只有一個(gè)部件可以包含在任何時(shí)候給定的值。聯(lián)合體會(huì)提供使用相同的存儲(chǔ)器位置供多用途的有效方式。

定義聯(lián)合體
要定義聯(lián)合體，必須使用union語(yǔ)句很相似于定義結(jié)構(gòu)。聯(lián)合體聲明中定義了一個(gè)新的數(shù)據(jù)類型，程序不止一個(gè)成員。聯(lián)合體聲明的格式如下：

union [union tag]
{
  member definition;
  member definition;
  ...
  member definition;
} [one or more union variables]; 

union標(biāo)簽是可選的，每個(gè)成員的定義是一個(gè)正常的變量定義，如 int i; 和 float f; 或任何其他有效的變量的定義。在聯(lián)合體定義的結(jié)尾，最后分號(hào)之前，可以指定一個(gè)或多個(gè)變量的聯(lián)合，但它是可選的。這里定義一個(gè)名為數(shù)據(jù)聯(lián)合類型有三個(gè)成員 i, f, 和 str:

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

現(xiàn)在，數(shù)據(jù)類型的變量可以存儲(chǔ)的整數(shù)，一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，或字符的字符串。這意味著一個(gè)單可變結(jié)構(gòu)即相同的存儲(chǔ)單元可用于存儲(chǔ)多個(gè)類型的數(shù)據(jù)。可以使用任何內(nèi)置或用戶定義的數(shù)據(jù)類型根據(jù)需要在聯(lián)合里面。

通過union所占用的內(nèi)存將大到足以容納聯(lián)合體的最大成員。例如，在上面的例子中的數(shù)據(jù)類型將占用20個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間，因?yàn)檫@是通過文字串所占用的最大空間。以下將顯示由上述聯(lián)合共占用內(nèi)存大小的例子：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
union Data
{
  int i;
  float f;
  char str[20];
};
 
int main( )
{
  union Data data;    

  printf( "Memory size occupied by data : %d
", sizeof(data));

  return 0;
}

讓我們編譯和運(yùn)行上面的程序，這將產(chǎn)生以下結(jié)果：

Memory size occupied by data : 20

訪問聯(lián)合體成員
要訪問聯(lián)合體的任何成員，我們使用成員訪問運(yùn)算符（.）。成員訪問運(yùn)算符編碼為聯(lián)合體變量名和成員，訪問時(shí)使用union關(guān)鍵字定義聯(lián)合體類型的變量。以下為例子來解釋聯(lián)合體的用法：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
union Data
{
  int i;
  float f;
  char str[20];
};
 
int main( )
{
  union Data data;    

  data.i = 10;
  data.f = 220.5;
  strcpy( data.str, "C Programming");

  printf( "data.i : %d
", data.i);
  printf( "data.f : %f
", data.f);
  printf( "data.str : %s
", data.str);

  return 0;
}

讓我們編譯和運(yùn)行上面的程序，這將產(chǎn)生以下結(jié)果：

data.i : 1917853763
data.f : 4122360580327794860452759994368.000000
data.str : C Programming

在這里，我們可以看到，聯(lián)合體成員i 和f 值被損壞，因?yàn)榉峙浣o變量終值已占用的內(nèi)存位置，如果str成員的值被很好的打印的原因?，F(xiàn)在，讓我們來再一次看看同樣的例子，我們將使用一個(gè)變量在同一時(shí)間，它是聯(lián)合體的主要目的：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
union Data
{
  int i;
  float f;
  char str[20];
};
 
int main( )
{
  union Data data;    

  data.i = 10;
  printf( "data.i : %d
", data.i);
  
  data.f = 220.5;
  printf( "data.f : %f
", data.f);
  
  strcpy( data.str, "C Programming");
  printf( "data.str : %s
", data.str);

  return 0;
}

讓我們編譯和運(yùn)行上面的程序，這將產(chǎn)生以下結(jié)果：

data.i : 10
data.f : 220.500000
data.str : C Programming

這里，所有的成員都得到打印得非常好，因?yàn)橐粋€(gè)部件被一次使用。

應(yīng)用場(chǎng)合
當(dāng)多個(gè)數(shù)據(jù)需要共享內(nèi)存或者多個(gè)數(shù)據(jù)每次只取其一時(shí)，可以利用聯(lián)合體(union)。在C Programming Language 一書中對(duì)于聯(lián)合體是這么描述的：

     1)聯(lián)合體是一個(gè)結(jié)構(gòu)；

     2)它的所有成員相對(duì)于基地址的偏移量都為0；

     3)此結(jié)構(gòu)空間要大到足夠容納最"寬"的成員；

     4)其對(duì)齊方式要適合其中所有的成員；

下面解釋這四條描述：

     由于聯(lián)合體中的所有成員是共享一段內(nèi)存的，因此每個(gè)成員的存放首地址相對(duì)于于聯(lián)合體變量的基地址的偏移量為0，即所有成員的首地址都是一樣的。為了使得所有成員能夠共享一段內(nèi)存，因此該空間必須足夠容納這些成員中最寬的成員。對(duì)于這句“對(duì)齊方式要適合其中所有的成員”是指其必須符合所有成員的自身對(duì)齊方式。

下面舉例說明：

如聯(lián)合體

union U
{
  char s[9];
  int n;
  double d;
};

s占9字節(jié)，n占4字節(jié)，d占8字節(jié)，因此其至少需9字節(jié)的空間。然而其實(shí)際大小并不是9，用運(yùn)算符sizeof測(cè)試其大小為16.這是因?yàn)檫@里存在字節(jié)對(duì)齊的問題，9既不能被4整除，也不能被8整除。因此補(bǔ)充字節(jié)到16，這樣就符合所有成員的自身對(duì)齊了。從這里可以看出聯(lián)合體所占的空間不僅取決于最寬成員，還跟所有成員有關(guān)系，即其大小必須滿足兩個(gè)條件：1)大小足夠容納最寬的成員；2)大小能被其包含的所有基本數(shù)據(jù)類型的大小所整除。

測(cè)試程序：

/*測(cè)試聯(lián)合體 2011.10.3*/

#include <iostream>
using namespace std;

union U1
{
  char s[9];
  int n;
  double d;
};

union U2
{
  char s[5];
  int n;
  double d;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  U1 u1;
  U2 u2;
  printf("%d\n",sizeof(u1));
  printf("%d\n",sizeof(u2));
  printf("0x%x\n",&u1);
  printf("0x%x\n",&u1.s);
  printf("0x%x\n",&u1.n);
  printf("0x%x\n",&u1.d);
  u1.n=1;
  printf("%d\n",u1.s[0]);
  printf("%lf\n",u1.d);
  unsigned char *p=(unsigned char *)&u1;
  printf("%d\n",*p);
  printf("%d\n",*(p+1));
  printf("%d\n",*(p+2));
  printf("%d\n",*(p+3));
  printf("%d\n",*(p+4));
  printf("%d\n",*(p+5));
  printf("%d\n",*(p+6));
  printf("%d\n",*(p+7));
  return 0;
}

輸出結(jié)果為：

16
8
0x22ff60
0x22ff60
0x22ff60
0x22ff60
1
0.000000
1
0
0
0
48
204
64
0
請(qǐng)按任意鍵繼續(xù). . .

對(duì)于sizeof(u1)=16。因?yàn)閡1中s占9字節(jié)，n占4字節(jié)，d占8字節(jié)，因此至少需要9字節(jié)。其包含的基本數(shù)據(jù)類型為char，int，double分別占1，4，8字節(jié)，為了使u1所占空間的大小能被1，4，8整除，則需填充字節(jié)以到16，因此sizeof(u1)=16.

對(duì)于sizeof(u2)=8。因?yàn)閡2中s占5字節(jié)，n占4字節(jié)，d占8字節(jié)，因此至少需要8字節(jié)。其包含的基本數(shù)據(jù)類型為char，int，double分別占1，4，8字節(jié)，為了使u2所占空間的大小能被1，4，8整除，不需填充字節(jié)，因?yàn)?本身就能滿足要求。因此sizeof(u2)=8。

從打印出的每個(gè)成員的基地址可以看出，聯(lián)合體中每個(gè)成員的基地址都相同，等于聯(lián)合體變量的首地址。

對(duì)u1.n=1，將u1的n賦值為1后，則該段內(nèi)存的前4個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為00000001 00000000 00000000 00000000

因此取s[0]的數(shù)據(jù)表示取第一個(gè)單元的數(shù)據(jù)，其整型值為1，所以打印出的結(jié)果為1.

至于打印出的d為0.000000愿意如下。由于已知該段內(nèi)存前4字節(jié)的單元存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為00000001 00000000 00000000 00000000，從上面打印結(jié)果48，204，64，0可以知道后面4個(gè)字節(jié)單元中的數(shù)據(jù)為00110000 11001100 01000000 00000000，因此其表示的二進(jìn) 制浮點(diǎn)數(shù)為

00000000 01000000 11001100 00110000 00000000 00000000 00000000 00000001

對(duì)于double型數(shù)據(jù)，第63位0為符號(hào)位，62-52 00000000100為階碼，0000 11001100 00110000 00000000 00000000 00000000 00000001為尾數(shù)，根據(jù)其值知道尾數(shù)值約為0，而階碼為4-1023=-1019，因此其表示的浮點(diǎn)數(shù)為1.0*2^(-1019)=0.00000000000......，因此輸出結(jié)果為0.000000。

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