联合体(union)允许在相同内存位置存储不同数据类型,其大小等于最大成员所需空间,同一时间只能保存一个成员的值,与结构体相比更节省内存但不安全。

联合体(union)是C++中一种特殊的数据类型,允许在同一个内存位置存储不同的数据类型。它与结构体(struct)在语法上相似,但行为和用途有显著区别。理解union的机制以及它与struct的区别,对编写高效、底层的C++程序非常重要。
union的基本用法
union定义的一组成员共享同一块内存空间,其大小等于最大成员所需的空间。任何时候,union只能保存其中一个成员的值。
示例:union Data {
int i;
float f;
char str[4];
};
Data data;
data.i = 10; // 写入int
cout
data.f = 22.5; // 覆盖原值,写入float
cout
// 此时访问data.i将得到不可预测的结果
由于所有成员共用内存,修改一个成员会影响其他成员的值。因此使用union时必须清楚当前存储的是哪个类型。
union与struct的主要区别
尽管union和struct都用于组合不同类型的数据,但它们在内存布局和用途上有本质不同。
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内存分配方式不同
- struct的每个成员都有独立的内存空间,总大小是各成员之和(考虑内存对齐)
- union的所有成员共享同一段内存,总大小等于最大成员的大小
数据存储能力不同
- struct可以同时保存所有成员的值
- union任意时刻只能保存一个成员的值
用途场景不同
- struct常用于表示具有多个属性的实体,如学生信息、坐标点等
- union多用于节省内存或实现类型转换,如网络协议解析、硬件寄存器操作
union的典型应用场景
union在某些特定场合非常有用。
节省内存空间
当一组变量不会同时使用时,可用union减少内存占用。例如:
union Value {
int intVal;
double doubleVal;
bool boolVal;
}; // 大小约为8字节(取决于double)
若使用struct,则需要至少14字节以上(含对齐)。
类型双关(Type Punning)
通过union实现不同类型的内存 reinterpret,例如查看浮点数的二进制表示:
union FloatBits {
float f;
uint32_t i;
};
FloatBits fb;
fb.f = 3.14f;
cout
注意:这种用法在严格别名规则下可能引发未定义行为,C++标准不保证一定安全。
C++11以后的扩展:带构造函数的union
传统union不能包含有构造函数的类类型成员。但从C++11开始,可以定义包含非POD类型的union,但需要手动管理生命周期。
例如:
union Mixed {
int i;
std::string s;
Mixed() {}
~Mixed() {}
};
这种union需要程序员显式调用构造和析构函数,使用复杂且易出错,通常建议用std::variant替代。
基本上就这些。union适合对内存敏感或需要底层操作的场景,而struct是通用的数据聚合方式。选择哪种取决于实际需求。合理使用union能提升效率,但要小心数据覆盖和类型安全问题。










