共用体（Union）的核心用法及注意事项

C语言中的共用体（Union）是一种特殊的数据类型，允许在同一内存区域存储不同类型的数据，但其所有成员共享同一块内存空间。以下是共用体的核心用法及注意事项：

一、定义与声明

1. 语法格式 共用体通过 union 关键字定义，成员可以是任意数据类型（如 int、char、数组等），定义形式如下：

   union 共用体名 {
       数据类型 成员1;
       数据类型 成员2;
       // ...
   };

   示例：

   union Data {
       int num;
       char ch;
       float f;
   };

   1.匿名共用体：可省略共用体名，直接定义变量（适用于一次性使用)。

   union {
       int a;
       char b;
   } var;  // var为匿名共用体变量，后续无法复用此类型

   2.声明变量：可通过 union Data data; 或结合 typedef 简化类型名 。 

   /*标准声明*/
   union Data {
       int num;
       char ch;
       float f;
   };
   union Data data;  // 声明共用体变量

   /*通过 typedef 为共用体类型定义别名，避免重复书写 union 关键字：*/
   typedef union Data {
       int num;
       char ch;
   } MyData;  // MyData为共用体别名
   MyData data;  // 声明变量时无需写union

2. 内存分配

   共用体的大小等于其最大成员的大小。例如，若成员包括 int（4字节）、char[20]（20字节），则共用体大小为20字节 。

二、核心特性

1. 内存共享与覆盖

   • 所有成员共享同一内存空间，修改一个成员会影响其他成员的值。例如：

     union Data data;
     data.num = 10;       // 写入整数
     data.ch = 'A';       // 覆盖部分内存，导致num的值被破坏

   • 最后一次赋值的成员有效，其他成员可能包含无效数据 。

2. 访问成员

   • 使用 . 运算符访问成员（如 data.num），不可直接引用共用体变量本身（如 printf("%d", data); 错误） 。
   • 结构体嵌套共用体：常用于根据条件选择存储不同类型的数据（如学生分数或教师科目） 。

三、典型应用场景

1. 节省内存

   • 当多个数据不同时使用时（如嵌入式系统状态存储），共用体可减少内存占用。例如：

     union DeviceStatus {
         int errorCode;
         float temperature;
     }; // 仅需4字节（int或float的大小）

2. 类型转换与数据解析

   • 查看同一数据的多种二进制表示（如将浮点数转换为整数分析其二进制结构）。
   • 网络协议解析：处理不同格式的数据包头部和负载 。

3. 检测系统字节序（大端/小端）

   union Endian {
       int num;
       char bytes[4];
   };
   union Endian e = {0x12345678};
   if (e.bytes[0] == 0x78) printf("小端模式"); // 低地址存低位

四、注意事项

1. 内存覆盖风险

   • 不同成员类型长度不同时，短类型修改仅覆盖部分内存（如修改 char 只影响 int 的低位字节）。

2. 初始化与赋值

   • 只能初始化第一个成员（如 union Data data = {10};），后续赋值需逐个成员操作 。
   • 避免通过已覆盖的成员读取数据，可能导致未定义行为 。

3. 与结构体的区别

   特性	结构体（Struct）	共用体（Union）
   内存分配	各成员独立，总内存为成员总和（含对齐）	共享内存，大小等于最大成员
   数据共存性	可同时存储所有成员	仅存储最后一次赋值的成员
   典型用途	组织复杂数据（如学生信息）	节省内存或类型转换  1   20

五、代码示例

#include 
#include 

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

int main() {
    union MyUnion u;
    u.i = 10;
    printf("i: %d\n", u.i);

    u.f = 3.14; // 覆盖i的值
    printf("f: %.2f\n", u.f);
    printf("i (覆盖后): %d\n", u.i); // 输出无效值

    strcpy(u.str, "Hello");
    printf("str: %s\n", u.str);      // 覆盖全部内存
    return 0;
}

总结

共用体通过内存共享机制，在特定场景下（如内存敏感型程序、数据解析）具有显著优势，但需谨慎处理成员覆盖问题。结合结构体使用（如嵌套共用体）可灵活设计复杂数据结构。