联合体union的详解

时间:2022-09-05 17:03:23

1.概述

联合体union的定义方式与结构体一样,但是二者有根本区别。

在结构中各成员有各自的内存空间,一个结构变量的总长度是各成员长度之和。而在“联合”中,各成员共享一段内存空间,一个联合变量的长度等于各成员中最长的长度。

2.联合体长度

在The C Programming Language里面讲述union内存分配的原话是

1)联合体就是一个结构

2)联合体的所有成员相对于基地址的偏移量为0

3)此结构空间要大到总够容纳最“宽”的成员

4)并且,其对齐方式要适合于联合体中所有类型的成员

我的理解可以概括为两点:

1)联合体的结构空间要足够大,要等于最长的一个结构变量的空间,但是这个最长的空间要满足以下条件:

     1.要大于等于最长的一个结构变量的空间

      2.并且要能够整除其他结构变量的数据长度,即联合体空间对其他成员的元类型要能够整除(int a[5],其元类型为int,元类型长度为4),实际上就是要取一个元类型的最小公倍数。

这儿举例来说

union     
{   
    float   fuel_load;   
    char a[5];  
    int   pallets;   
}fighter; 


这个结构体中,各个结构变量的空间分别为float   fuel_load; 占4个字节,char a[5];占5个字节,int pallets;占4个字节。通过“3)此结构空间要大到总够容纳最“宽”的成员”这句话,我们可以认为是结构体的空间为5个字节即可,但是“其对齐方式要适合于联合体中所有类型的成员”没有满足,对于这个问题,通过上面红色字体部分可以解决。,因此联合体空间为8.8可以整除 4(float、int长度)和1(char的长度),并且8大于数组5.

再举一个例子有助于大家理解。

struct   aircraft 
{ 
int   wingspan; 
int   passengers; 
union   
{ 
float   fuel_load; 
float   bomb_load; 
int   pallets; 
}; 
}fighter; 

sizeof(fighter) 是12 。int   wingspan; int   passengers;两个int型 8个字节。union中 3个都是4个字节,因此union长度为4个字节。 

3.内存分配

一句话:联合体变量的各个成员都是从低字节开始公用的。即:所有的成员都是从低字节开始的。

我们先为整个union分配一个空间,这个空间大小就是上面(2)内存分配中所讲述的。

union {
      int i;
      char x[2];
}a;
int main(void)
{
   a.x[0] = 10;
   a.x[1] = 1;
   printf("%d\n",a.i);
   return 0;
}

其内存如下图所示。a.x[0] 处于低字节,x[1]高字节。当调用i这个成员变量的时候,其开始地址仍然是从起始地址开始,数4个字节输出。因此为 256 + 10 = 266

联合体union的详解

(改低地址处:0000 1010)

程序附上:

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#if 0
typedef union data{
     float a;
     float b;
     int c;
}data_t;
int main(int argc ,char **argv)
{

     printf("sizeof(float):%d\nsizeof(data_t):%d\n",sizeof(float),sizeof(data_t));
     return 0;


}
#endif
typedef union data{
     int i;
     char x[2];
}data_t;
int main(int argc ,char **argv)
{

        data_t datab;
     memset(&datab,0,sizeof(datab));
     datab.x[0] = 10;
     datab.x[1] = 1;
    
        printf("sizeof(float):%d\nsizeof(int):%d\n",sizeof(float),sizeof(int));
     printf("datab.i :%d\n",datab.i);
     return 0;


}

4.附录 各个数据类型的长度

type bytes

int  4

char 1

short int 2

bool 1

long 4

long long 8

float 4

double 8

long double 8

 

补充1:

解决一下捧场网友的困惑。

关于“有名”与“无名”联合体在结构体内所占空间的问题,其实这和是不是结构体无关,只和“有名”、“无名”有关,而且有名无名也是表象,其实是声明类型与定义变量的区别,看例子,直接打印,

#include <stdio.h>
struct s1{
        union u{
                int i;
        };
        struct ss1{
                int i;
        };
};

struct s2{
        union{
                int i;
        };
        struct{
                int i;
        };
};

struct s3{//the same to s2
        union su3{
                int i;
        }su33;
        struct ss3{
                int i;
        }ss33;
};

union su4{
        int i;
};
struct ss4{
        int i;
};
struct s4{//the same to s3
        union su4 su44;
        struct ss4 ss44;
};
struct s5{//the same to s1
        union su4;
        struct ss4;
};

struct s6{//the same to s1
        union{
                int;
        };
        struct{
                int;
        };
};

main(){
        struct s1 sVal1;
        struct s2 sVal2;
        struct s3 sVal3;
        struct s4 sVal4;
        struct s5 sVal5;
        struct s6 sVal6;

        printf("sVal1's size:%d\n",sizeof(sVal1));
        printf("sVal1:%p\t%d\n",&sVal1);

        printf("sVal2's size:%d\n",sizeof(sVal2));
        printf("sVal2:%p\t%d\n",&sVal2);

        printf("sVal3's size:%d\n",sizeof(sVal3));
        printf("sVal3:%p\t%d\n",&sVal3);

        printf("sVal4's size:%d\n",sizeof(sVal4));
        printf("sVal4:%p\t%d\n",&sVal4);

        printf("sVal5's size:%d\n",sizeof(sVal5));
        printf("sVal5:%p\t%d\n",&sVal5);

        printf("sVal5's size:%d\n",sizeof(sVal5));
        printf("sVal5:%p\t%d\n",&sVal5);
}

地址供参考,主要看size,分别为:

 

0,8,8,8,0,0

 

s1只有类型,没有变量,没有变量自然就没有空间占用(s5同)。

类型就是类型,和是不是结构体、联合体无关的,你的“int i;”中i不就是个变量吗?如果换成int;结果相同(这就是s6)。

 

s4和s5的做法能帮助排除干扰,将子结构体与联合体声明在外,内部直接引用,4是定义了变量,5什么都没做。

 

另外,这种做法编译的时候GCC会给你在相应的行做出提示“union_with_name.c:49: 警告:没有声明任何东西”