👇😊 C语言共用体（Union） 😊👇

🌈 1. 共用体是什么？

现在你有一个多功能储物箱🎁，同一时间只能放一种物品（比如书、水杯或零食），但箱子会根据物品自动调整内部空间。共用体（Union）就是这样的“箱子”：

  • 特点：所有成员共享同一块内存，同一时间只能使用一个成员！
  • 目的：节省内存，灵活处理不同类型数据（但不能同时存储）

🌈 2. 共用体 vs 结构体：关键区别

共用体（Union） 结构体（Struct）
内存分配 所有成员共享同一块内存 每个成员有独立内存
内存大小 等于最大成员的大小 等于所有成员大小之和（考虑对齐）
使用场景 同一时间只存一种类型数据 同时存储多个类型数据

🌈 3. 共用体的定义与内存分配

3.1 定义共用体

📝 语法： 

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union 共用体标签 {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    // ...
} 变量名; // 可选变量声明

🌰 例子： 

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union Data {
    int i;      // 4字节
    float f;    // 4字节
    char str[20]; // 20字节 → 共用体总大小=20字节
};

union Data data; // 声明共用体变量

3.2 内存大小验证

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printf("共用体大小：%zu\n", sizeof(union Data)); // 输出20

🌈 4. 共用体成员访问

4.1 基本访问

使用 . 运算符访问成员（与结构体相同）： 

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data.i = 10;       // 存入整数
printf("%d\n", data.i);

data.f = 3.14;     // 存入浮点数 → 覆盖之前的数据！
printf("%f\n", data.f);

strcpy(data.str, "Hello"); // 存入字符串 → 覆盖浮点数！
printf("%s\n", data.str);

4.2 重要特性

  • 内存共享：修改一个成员会覆盖其他成员的值！
  • 同一时间只能用一种成员，否则数据会混乱！

🌰 错误示例： 

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data.i = 10;
data.f = 3.14;
printf("%d", data.i); // 输出的是被覆盖后的垃圾值！❌

✅ 正确用法： 

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data.i = 10;
printf("%d", data.i); // 先使用i

data.f = 3.14;
printf("%f", data.f); // 再使用f（此时i已被覆盖）

🌈 5. 共用体的应用场景

  1. 节省内存：处理多个类型数据但不同时使用的情况
    • 如：嵌入式设备中，根据模式存储温度（float）或状态码（int）
  2. 解析不同数据格式
    • 如：网络协议中，同一字段可能是IP地址（字符串）或错误码（整数）
  3. 类型转换黑科技
    • 通过共用体直接将整数的内存解释为浮点数（谨慎使用！）

🌰 类型转换示例： 

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union Converter {
    int i;
    float f;
};

union Converter c;
c.i = 1092616192; // 0x41200000 的十进制
printf("%f\n", c.f); // 输出10.0（解释为浮点数）

🌈 6. 共用体的初始化

共用体只能初始化第一个成员： 

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union Data data = {10}; // 正确 → 初始化i为10
// union Data data = {3.14}; ❌ 错误！必须初始化第一个成员

其他成员需后续赋值： 

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data.f = 3.14; // 正确，但会覆盖i的值

🌈 7. 共用体与结构体嵌套

共用体可以作为结构体的成员，反之亦然。

🌰 例子：根据数据类型存储不同信息 

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struct SensorData {
    int type; // 数据类型标识
    union {
        int intValue;
        float floatValue;
        char stringValue[20];
    } data; // 共用体成员
};

struct SensorData sd;
sd.type = 1; // 1表示存储浮点数
sd.data.floatValue = 36.5;

🌈 8. 常见错误与避坑指南

  1. 同时使用多个成员 

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    union Data data;
    data.i = 10;
    data.f = 3.14; // i的值被覆盖！
    printf("%d", data.i); // 输出错误数据 ❌

  2. 未初始化直接使用 

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    union Data data;
    printf("%d", data.i); // 随机值！可能引发问题 ❌

  3. 错误计算内存大小 

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    union Data {
        int i;
        double d; // 8字节 → 共用体总大小=8
    };
    printf("%zu", sizeof(union Data)); // 正确输出8 ✅

🌈 9. 综合练习

练习1：类型转换器

用共用体实现一个整数和浮点数的互相转换器，验证内存共享特性。

练习2：协议解析

定义一个共用体 Packet，包含整数ID、浮点数值和字符串消息，根据类型字段解析数据。

练习3：错误修复

以下代码有什么问题？ 

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union Value {
    int num;
    char str[10];
};

int main() {
    union Value v = {5};
    strcpy(v.str, "Hello");
    printf("%d", v.num); // 输出什么？
    return 0;
}

🎯 参考答案

练习1：

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#include <stdio.h>

union Converter {
    int i;
    float f;
};

int main() {
    union Converter c;
    c.i = 1092616192; // 对应浮点数10.0的二进制
    printf("浮点数值：%f\n", c.f); // 输出10.0
    return 0;
}

练习2：

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#include <stdio.h>
#include <string.h>

typedef struct {
    int type; // 0:int, 1:float, 2:string
    union {
        int intValue;
        float floatValue;
        char stringValue[20];
    } data;
} Packet;

void printPacket(Packet p) {
    switch(p.type) {
        case 0: printf("Int: %d\n", p.data.intValue); break;
        case 1: printf("Float: %f\n", p.data.floatValue); break;
        case 2: printf("String: %s\n", p.data.stringValue); break;
    }
}

int main() {
    Packet p1 = {0, .data.intValue = 100};
    Packet p2 = {2};
    strcpy(p2.data.stringValue, "Hello");
    printPacket(p1);
    printPacket(p2);
    return 0;
}

练习3：

问题：存入字符串后，整数成员 num 的值被覆盖，输出的是字符串的内存解释值（垃圾值）。
修正：确保同一时间只使用一个成员！

🚀 总结：

  • 共用体是“内存共享大师”，节省内存但需谨慎使用！
  • 同一时间只能激活一个成员，否则数据会“打架”！
  • 适合处理类型多变但不同时使用的数据场景

记住：多动手写代码，感受内存共享的神奇与陷阱！ 💻🔧