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C语言联合(union)的定义和初始化

当定义结构对象时,如果没有显式地初始化它们,则会采用一般初始化规则:如果该结构对象属于动态存储类型,那么其成员具有不确定的初始值。另一方面,如果结构对象具有静态存储周期,那么其非指针成员初始值是 0,其指针成员初始值是空指针。

不同于结构成员——它们在结构中都具有单独的内存位置,联合成员则共享同一个内存位置。也就是说,联合中的所有成员都是从相同的内存地址开始。因此,可以定义一个拥有许多成员的联合,但是同一时刻只能有一个成员允许含有一个值。联合让程序员可以方便地通过不同方式使用同一个内存位置。

定义联合(union)

联合的定义方式与结构是一样的,只是把关键字 struct 改成 union

union [标签名称]{成员声明列表};


下面的例子定义了一个名为Data的联合类型,它有 3 个成员:i、x 和 str:
union Data { int i; double x; char str[16]; };

这种类型的对象可以存储一个整数、一个浮点数或一个短字符串。下面的声明定义了一个 union Data 类型的对象 var 和一个 unionData 类型的数组 myData,它有 100 个元素(联合的空间大小为它最大成员的空间大小):
union Data var, myData[100];

如果想获得联合的空间大小,可以使用 sizeof 运算符。对上例来说,sizeof(var)会返回 16,而 sizeof(myData)则返回 1600。

如图 1 所示,联合中所有成员都是从内存中同一个地址开始的。


图 1

为展示联合和结构的差异,看看下面定义的 struct Record,它具有成员 i、x 和 str:
struct Record { int i; double x; char str[16]; };


图 2
如图 2 所示,结构对象中每个成员使用内存中的不同位置。

获取联合成员的方式和获取结构成员的方式一样。唯一的差异在于,当改变一个联合成员的值时,实际上修改了该联合所有成员的值。下面的一些例子使用联合对象 var 和 myData:
var.x = 3.21;
var.x += 0.5;
strcpy( var.str, "Jim" );                       // 占用了var.x的内存位置
myData[0].i = 50;
for ( int i = 0; i < 50; ++i )
  myData[i].i = 2 * i;

与结构一样,每个联合类型的成员都拥有各自的命名空间。所以在上例最后的语句中,索引变量 i 和联合成员 i 代表两个不同的对象。

程序员要确保联合对象的内存内容被正确地解释和使用。联合内成员的类型不同,允许程序员采用不同的方式解释内存中的同一组字节值。例如,下面的循环使用联合来展示一个 double 值在内存中的存储形式:
var.x = 1.25;
for ( int i = sizeof(double) - 1; i >= 0; --i )
  printf( "%02X ", (unsigned char)var.str[i] );

该循环从 var.x 的最高位字节开始,生成下面的输出:

3F F4 00 00 00 00 00 00

初始化联合(union)

与结构类似,通过初始化列表(initialization list)来初始化联合对象。但是,对联合来说,列表只有一个初始化器(initializer)。

与结构一样,C99 允许在初始化器中使用成员指示符来指示哪个成员被初始化。而且,如果初始化器没有成员指示符,那么就与联合内的第一个成员关联。具有自动存储类的联合对象也可以使用已有的同类型对象来初始化。下面是一些初始化例子:
union Data var1 = { 77 },
           var2 = { .str = "Mary" },
           var3 = var1,
           myData[100] = { {.x= 0.5}, { 1 }, var2 };

数组 myData 中的元素如果没有指定初始化器,会被隐式地初始化为 0 值。