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:

 
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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,

 
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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:

 
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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:

 
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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:
     
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    #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:

 
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#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。

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