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3、共用体

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共用体

通过前面的讲解,我们知道结构体(Struct)是一种构造类型或复杂类型,它可以包含多个类型不同的成员。在C语言中,还有另外一种和结构体非常类似的语法,叫做共用体(Union),它的定义格式为

union 共用体名{
    成员列表
};

结构体和共用体的区别在于:结构体的各个成员会占用不同的内存,互相之间没有影响;而共用体的所有成员占用同一段内存,修改一个成员会影响其余所有成员。

结构体占用的内存大于等于所有成员占用的内存的总和(成员之间可能会存在缝隙),共用体占用的内存等于最长的成员占用的内存。共用体使用了内存覆盖技术,同一时刻只能保存一个成员的值,如果对新的成员赋值,就会把原来成员的值覆盖掉。

共用体也是一种自定义类型,可以通过它来创建变量,例如:

union data{
    int n;
    char ch;
    double f;
};
union data a, b, c;

上面是先定义共用体,再创建变量,也可以在定义共用体的同时创建变量

union data{
    int n;
    char ch;
    double f;
} a, b, c;

如果不再定义新的变量,也可以将共用体的名字省略

union{
    int n;
    char ch;
    double f;
} a, b, c;

共用体 data 中,成员 f 占用的内存最多,为 8 个字节,所以 data 类型的变量(也就是 a、b、c)也占用 8 个字节的内存,请看下面的演示:

union data{
    int n;
    char ch;
    short m;
};

union data a;
//sizeof(a) = 4, sizeof(union data) = 4
printf("sizeof(a)=%zd, sizeof(union data)=%zd\n", sizeof(a), sizeof(union data));

a.n = 0x61;
//a.n=61, a.ch=a, a.m=61
printf("a.n=%X, a.ch=%c, a.m=%hX\n", a.n, a.ch, a.m);

a.ch = 'b';
//a.n=62, a.ch=b, a.m=62
printf("a.n=%X, a.ch=%c, a.m=%hX\n", a.n, a.ch, a.m);

a.m = 0x2061;
//a.n=2061, a.ch=a, a.m=2061
printf("a.n=%X, a.ch=%c, a.m=%hX\n", a.n, a.ch, a.m);

a.n = 0x22212061;
//a.n=212061, a.ch=a, a.m=2061
printf("a.n=%X, a.ch=%c, a.m=%hX\n", a.n, a.ch, a.m);

这段代码不但验证了共用体的长度,还说明共用体成员之间会相互影响,修改一个成员的值会影响其他成员。

要想理解上面的输出结果,弄清成员之间究竟是如何相互影响的,就得了解各个成员在内存中的分布。以data为例,各个成员在内存中的分布如下:

img

成员 n、ch、m 在内存中“对齐”到一头,对 ch 赋值修改的是前一个字节,对 m 赋值修改的是前两个字节,对 n 赋值修改的是全部字节。也就是说,ch、m 会影响到 n 的一部分数据,而 n 会影响到 ch、m 的全部数据。

上图是在绝大多数 PC 机上的内存分布情况,如果是 51 单片机,情况就会有所不同:

img

为什么不同的机器会有不同的分布情况呢?这跟机器的存储模式有关。

共用体应用

共用体在一般的编程中应用较少,在单片机中应用较多。对于 PC 机,经常使用到的一个实例是: 现有一张关于学生信息和教师信息的表格。学生信息包括姓名、编号、性别、职业、分数,教师的信息包括姓名、编号、性别、职业、教学科目。

struct Info{
    char name[20];
    int num;
    char sex;
    char profession;
    union{
        float score;
        char * course;
    } sc;
};

struct Info student = {"HanXiao",501,'m','s'};
student.sc.score = 90.5;
printf("student.name=%s student.num=%d student.sex=%c student.profession=%c  student.sc.score=%f\n", student.name,student.num, student.sex, student.profession, student.sc.score);

struct Info teacher = {"YanWeiMin",1011,'f','t'};
teacher.sc.course = "math";
printf("teacher.name=%s teacher.num=%d teacher.sex=%c teacher.profession=%c  teacher.sc.course=%s\n", teacher.name,teacher.num, teacher.sex, teacher.profession, teacher.sc.course);

打印日志

student.name=HanXiao student.num=501 student.sex=m student.profession=s  student.sc.score=90.500000
teacher.name=YanWeiMin teacher.num=1011 teacher.sex=f teacher.profession=t  teacher.sc.course=math

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