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C++ union联合体用法_C++共用体内存分布

穿越時空

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发布时间:2025-11-28 14:46:02

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来源于php中文网

原创

联合体在同一内存位置存储不同数据类型,仅当前赋值成员有效。定义如union Data{int i; float f; char str[4];};使用时data.i=10,则i有效,f和str未定义。

c++ union联合体用法_c++共用体内存分布

联合体(union)在C++中是一种特殊的数据类型,允许在同一个内存位置存储不同类型的数据。同一时间只有一个成员有效,所有成员共享同一块内存空间。这使得union在节省内存和实现特定底层操作时非常有用。

联合体的基本用法

定义一个union的方式与结构体类似,但所有成员从同一地址开始存储:

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[4];
};

使用时只能保证当前赋值的成员是有效的:

Data data;
data.i = 10;
cout << "data.i: " << data.i << endl;

data.f = 220.5; // 此时i的值不再有效
cout << "data.f: " << data.f << endl;
注意:对某个成员赋值后,其他成员的值会变得不确定,因为它们共用内存。

内存分布与大小计算

union的总大小等于其最大成员所需的字节数,并按最大成员的对齐方式对齐。

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例如上面的 Data 联合体:

  • int 占4字节
  • float 占4字节
  • char[4] 占4字节

所以整个union大小为4字节。所有成员都从同一地址开始,读写任意成员都会覆盖这块内存。

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再看一个更复杂的例子:

union Mixed {
    long long ll;   // 8字节
    double d;       // 8字节
    int arr[3];     // 12字节
};

尽管前两个成员都是8字节,但arr占12字节,因此union大小为12字节,按8字节对齐(取决于平台)。

典型应用场景

union常用于以下场景:

  • 节省内存:当多个变量不会同时使用时,可用union减少占用
  • 数据 reinterpret_cast:快速查看同一数据的不同解释形式,如将float转为int查看位模式
  • 硬件寄存器映射:嵌入式开发中用于访问设备寄存器的不同位段
  • 序列化/反序列化:临时解析二进制数据流

例如查看float的二进制表示:

union {
    float f;
    uint32_t i;
} u;
u.f = 3.14f;
cout << hex << u.i << endl; // 输出f的IEEE 754编码

基本上就这些。union不复杂但容易误用,关键是理解“同一时间只一个成员有效”的原则。使用时要配合外部标记判断当前类型,否则极易引发未定义行为。C++11之后推荐使用 std::variant 来替代大部分union用途,更加安全。

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