C语言、C++中的union用法总结

开始的话

已经好长时间没有更新了，对不起自己，更对不起我亲爱的读者，同时也对不起自己开办的这个博客平台。忙，太忙了，忙于找工作，找一份好工作，纠结于去大城市闯呢，还是回到本省的首府城市。大家都在纠结这个问题，也希望大家和我讨论讨论。别的先不说了，都工作这么长时间了，还回过头来总结union，确实有点过分，要是和大家说我一直从事于C++开发，还不懂union，大家可能还真的不信。我们每天都在总结那些看似高端的东西，什么设计模式（当然我也有总结了）、重构（后期我也会说的了）了，却忽略了那些最基础，最根本的知识点。今天别人问我，我蒙了，所以，就有了这篇文章。

什么是union？

翻译过来说，就是共用体，或者也叫联合体。说到了union，也就是共用体，就不得不说一下struct了，当我们有如下的struct的定义时：

代码如下:

struct student
{
     char mark;
     long num;
     float score;
};

关于struct的内存结构，将就会像下图所示这样（在x86机器上演示）：

sizeof(struct student)的值为12bytes。但是，当我们定义如下的union时，

代码如下:

union test
{
     char mark;
     long num;
     float score;
};

sizeof(union test)的值为4。这为什么呢？这就是需要说的。 有的时候，我们需要几种不同类型的变量存在在同一段的内存空间中，就像上面的，我们需要将一个char类型的mark、一个long类型的num变量和一个float类型的score变量存放在同一个地址开始的内存单元中。上面的三个变量，char类型和long类型所占的内存字节数是不一样的，但是在union中，它们都是从同一个地址存放的，也就是使用的覆盖技术，这三个变量互相覆盖，而这种使几个不同的变量共占同一段内存的结构，称为“共用体”类型的结构。上面定义的union类型的结构如下：

上面也说了，sizeof(union test)的值为4。那为什么是4呢？大体上来说，结构体struct所占用的内存为各个成员的占用的内存之和（当然也需要考虑内存对齐的问题了）。而对于union来说，在谭浩强的《C语言程序设计》中这么说：union变量所占用的内存长度等于最长的成员的内存长度。很显然，这是不对的，对于union所占用的内存大小，需要考虑内存对齐的问题。这就是为什么sizeof(union test)的值为4啦。

C中使用union

说的再好，再多，终归都是要在使用的，下面就好好的说说C中使用union。和struct一样，union只有先定义了共用体变量才能引用它。而且不能直接引用共用体变量，而只能引用共用体变量中的成员。就像我上面定义的union test。我们不能像下面这样直接引用union：

代码如下:

union test a;
printf("%d", a);

这种直接引用是错误的，由于a的存储区有好几种类型，分别占不同长度的存储区，仅写共用体变量名a，这样使编译器无法确定究竟输出的哪一个成员的值。所以，应该写成下面这样：

代码如下:

printf("%d", a.mark);

同时，在使用union的时候，我们还需要注意以下的几点：

1.同一个内存段可以用来存放几种不同类型的成员，但在每一个时刻只能存在其中一种，而不是同时存放几种。也就是说，每一瞬间只有一个成员起作用，其它的成员不起作用，即不是同时都存在和起作用。

2.共用体变量中起作用的成员是最后一个存放的成员，在存入一个新的成员后，原有的成员就失去作用。比如以下的代码：

代码如下:

#include <iostream>
using namespace std;
 
union test
{
     char mark;
     long num;
     float score;
}a;
 
int main()
{
     // cout<<a<<endl; // wrong
     a.mark = 'b';
     cout<<a.mark<<endl; // 输出'b'
     cout<<a.num<<endl; // 98 字符'b'的ACSII值
     cout<<a.score<<endl; // 输出错误值
 
     a.num = 10;
     cout<<a.mark<<endl; // 输出空
     cout<<a.num<<endl; // 输出10
     cout<<a.score<<endl; // 输出错误值
 
     a.score = 10.0;
     cout<<a.mark<<endl; // 输出空
     cout<<a.num<<endl; // 输出错误值
     cout<<a.score<<endl; // 输出10
 
     return 0;
}

所以，在使用union的时候，要十二分的小心的。

3.由于union中的所有成员起始地址都是一样的，所以&a.mark、&a.num和&a.score的值都是一样的。

4.不能把union变量作为函数参数，也不能使函数带回union变量，但可以使用指向union变量的指针。

5.union类型可以出现在结构体类型定义中，也可以定义union数组，反之，结构体也可以出现在union类型定义中，数组也可以作为union的成员。

按理说，总结到这里，C语言中的union也就没什么更多的要说了。但是，有一种东西叫做C++，在这个C++中有一种东西叫做类。

当union遇到对象

就单单C中的union，上面的总结已经够用了，但是，现在偏偏又有一个叫做C++的东西；当union遇到了C++中的对象时，一切又变得剪不断，理还乱。上面总结的union使用法则，在C++中依然适用。本来union本就是从C语言中的，如果我们在C++中继续按照C语言的那种方式使用union，那是没有问题的。如果我们在union中放一个类的对象呢？结果会怎么样？比如有以下代码：

代码如下:

#include <iostream>
using namespace std;
 
class CA
{
     int m_a;
};
 
union Test
{
     CA a;
     double d;
};
 
int main()
{
     return 0;
}

可以看到，没有问题；如果我们在再类CA中添加了构造函数，或者添加析构函数，我们就会发现程序就会出现错误。由于union里面的东西共享内存，所以不能定义静态、引用类型的变量。由于在union里也不允许存放带有构造函数、析构函数和复制构造函数等的类的对象，但是可以存放对应的类对象指针。编译器无法保证类的构造函数和析构函数得到正确的调用，由此，就可能出现内存泄漏。所以，我们在C++中使用union时，尽量保持C语言中使用union的风格，尽量不要让union带有对象。

结束的话

我们都在玩那些高大上的东西，猛回头，发现身后却又一个大坑。打开尘封了多年的《C语言程序设计》（谭浩强著），小心翼翼的拭去封面上的尘土，思绪立刻被拉回到大一。那些年，我那清纯的大一。对大学的憧憬，对计算机的好奇，对编程的未知，就是这本书，这本该死的《C语言程序设计》，把我带上了“程序猿”这条不归路。说多了，都是泪，当你看我这篇文章时，你应该懂我的。CodeMonkey~~~，这条不归路，且行且珍惜。

===修改日志===

2014年9月11日 删除了文中“不能把union变量作为函数参数，也不能使函数带回union变量，但可以使用指向union变量的指针。”这样的描述，非常感谢Cassie_Lcy的指正，而且还在评论中附上了验证代码，非常感谢；同时，我也非常抱歉，对于这点没有验证过的知识，就进行了总结，对大家造成了一定的误导，sorry。一定要注重求学的严谨性。