Union類型詳解

一、Union類型概述

Union類型（共用體）是一種特殊的數據類型，它能夠在同一塊內存空間中存儲不同的數據類型。在C語言中，它允許在同一變數中存儲不同的數據類型，但同一時間只能有其中一個成員被使用。

舉例來說，我們可以定義一個union類型的結構體，同時在其中存儲int、float和char等數據類型，但只有其中一個成員能被使用，而其他成員則處於未定義的狀態。這個特性給程序員在節約內存空間方面提供了一定的便利。

二、Union類型的定義

union TestUnion{
    int i;
    float f;
    char s[20];
};

上述代碼定義了一個名為TestUnion的union類型，包含3個成員變數：int類型的i、float類型的f和char類型的s。每個成員被分配的內存空間是相同的，並且所有成員變數會共享這些內存空間。因此，當改變一個成員變數的值時，其他成員變數的值也會被影響。

三、Union類型的使用

1、Union類型的初始化

和結構體一樣，Union類型的初始化需要使用花括弧{}。在初始化時只能初始化一個成員變數。如果試圖同時初始化多個成員變數，則只有最後一個值會被存儲。

union TestUnion{
    int i;
    float f;
    char s[20];
};
union TestUnion u = {5};

上述代碼初始化u的成員變數i的值為5，其他成員變數的值則未被初始化。

2、Union類型的讀取

通常情況下，在讀取Union類型的值時，我們需要知道當前Union類型的成員變數的類型。這可以通過union的第一個成員變數的值來判斷。

union TestUnion{
    int i;
    float f;
    char s[20];
};
union TestUnion u;
u.i = 5;
printf("%d\n", u.i);
u.f = 3.14;
printf("%f\n", u.f);

上述代碼中，我們先將u的成員變數i的值設置為5，然後通過printf函數輸出它的值。接著，我們將u的成員變數f的值設置為3.14，並再次使用printf函數輸出其值。可以看到，雖然u的類型是Union類型，但是我們可以通過不同的方式讀取它的成員變數的值。

3、Union類型的賦值

當給Union類型賦值時，只能給當前正在使用的成員變數賦值。如果嘗試給非當前成員變數賦值，則會覆蓋上一個成員變數的值。

union TestUnion{
    int i;
    float f;
    char s[20];
};
union TestUnion u;
u.i = 5;
printf("%d\n", u.i);
u.f = 3.14;
printf("%f\n", u.f);

上述代碼中，我們先將u的成員變數i的值設置為5，然後通過printf函數輸出它的值。接著，我們將u的成員變數f的值設置為3.14，並再次使用printf函數輸出其值。可以看到，雖然u的類型是Union類型，但是我們可以通過不同的方式讀取它的成員變數的值。

4、Union類型的大小

在32位系統中，Union類型的大小是它最大的成員變數的大小。在64位系統中，Union類型的大小是它各成員變數大小中最大的，但大小是8的倍數。

union TestUnion{
    int i;
    float f;
    char s[20];
};
printf("%lu\n", sizeof(union TestUnion));

上述代碼輸出Union類型TestUnion的大小。因為int類型佔用4個位元組，在32位系統中，此Union類型的大小為4位元組；在64位系統中，此Union類型的大小為8位元組。

四、Union類型的應用場景

Union類型的最主要應用場景是在可以使用不同數據類型的時候，節省內存空間。舉個例子，我們可以使用Union類型來定義一個比特數據類型：

union bitfield{
    unsigned char byte;
    struct {
        unsigned int bit1 : 1,
                     bit2 : 1,
                     bit3 : 1,
                     bit4 : 1,
                     bit5 : 1,
                     bit6 : 1,
                     bit7 : 1,
                     bit8 : 1;
    };
};

上述代碼定義了一個Union類型bitfield，其中包括一個成員變數byte和一個結構體。結構體內的成員變數都是1位大小，總共佔用1個位元組。通過這種方式，我們可以使用一個變數並佔用1個位元組的內存空間儲存8個比特的數據，而不是使用8個變數並佔用8個位元組的內存空間。這種方式在嵌入式系統等資源受限的環境中非常有用。

五、小結

本文詳細介紹了Union類型的概念、定義、使用、大小和應用場景，希望可以對大家理解Union類型提供一點幫助。Union類型是一個比較特殊的類型，通過靈活使用，可以為程序員提供更多的便利。