一、Union 联合体的定义

Union 是一种特殊的数据类型，允许在同一个内存位置存储不同的数据类型。其主要特点是：

  1. 共享内存空间：union 类型是共享内存的，以最大的成员的大小作为整个 union 的大小。

  2. 存储地址相同：联合体中的各数据的存储地址都是相同的。

二、为什么要使用 Union？

  1. 节省内存：

    • 当多个数据项不会同时使用时
    • 在嵌入式系统等内存受限环境中特别有用

  2. 数据类型转换：

    • dev.to 提到可用于类型转换（type punning）
    • 允许以不同方式解释同一块内存

  3. 实际应用场景：
    一个银行账户的例子：

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    union AccountInfo {
        struct Person personal;
        struct Company business;
    };

    一个账户要么是个人账户，要么是企业账户，不会同时是两种。

三、Union 的关键特性

  1. 内存分配规则：

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    union U1 {
        int n;      // 4字节
        double d;   // 8字节
        char s[11]; // 11字节
    }; // 最终大小为16字节（因字节对齐）

  2. 访问规则：

  • 同一时间只能使用一个成员
  • 最后写入的成员是当前有效值
  1. 字节对齐：
    ddili.org 提醒，union 的大小会受到字节对齐的影响，在32位和64位系统上可能有所不同。

四、使用注意事项

  1. 数据安全：
  • 需要清楚知道当前正在使用哪个成员
  • 避免同时访问多个成员
  1. 字节序考虑：
  • 在不同系统间传输数据时需要考虑字节序
  • 建议使用明确的类型转换函数
  1. 替代方案：
  • C++中可以考虑使用 std::variant
  • 某些场景可以用结构体（struct）代替

五、使用示例

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

// 使用整数成员
data.i = 10;
printf("Integer: %d\n", data.i);

// 使用浮点数成员
data.f = 3.14;
printf("Float: %f\n", data.f);
// 注意：此时 data.i 的值已经被覆盖

六、最佳实践建议

  1. 明确标记当前类型：

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    struct Value {
        enum { INT, FLOAT, STRING } type;
        union {
            int i;
            float f;
            char* s;
        } data;
    };

  2. 文档化使用意图：

  • 清晰注释每个成员的用途
  • 说明何时使用哪个成员
  1. 考虑安全性：
  • 添加类型检查机制
  • 在访问前验证当前活动成员

Union 是一个强大的工具，但需要谨慎使用，确保代码的可维护性和安全性。