C语言系列文章之union

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联合体,就是将几种数据类型联合起来的一种数据结构,但是它们共用一个空间。
怎么理解呢?川剧变脸见过没,就是来来回回的变来变去,给人看的眼花缭乱的,但是不管你怎么变,面具下的脸却始终不变。同样的道理,各种数据类型就是各种脸谱,对外展现了不同的形象,唯一不变的就是它的内存空间的二进制数据始终都是一样的,它们占用的空间也是同一个地方,只是这些二进制数据当你把它看成浮点型的时候,它是浮点数;当你把它看成无符号整数的时候,就是无符号数,或者你把这些数据看成有符号的数据,那么它就是有符号数据。
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比如上面的,同样的代码,因为显示的时候采用不同的方式(面具),所以看起来不一样,但实际上它的十六进制数是一样的,通过两个整型数据就可以看出来,都是 0xC0B0 0000。实际上浮点数据 5.5 深入去看的话,也一定是 0xC0B0 0000,只是这里没办法看到罢了。实际上我们可以直接通过内存地址 0x2000 0010(上图可以看到这个地址)观察数据的,可以看下图:
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可以看到,这个地址周围只有一个 0xC0B0 0000,相连的几个数据都是 0 ,这也间接的说明了浮点 5.5 在内存中存的就是这个值(关于浮点数的存取,我会单独用一小节讲述)。
再比如一个 24 bit 表示的像素点,由 Red,Green,Blue 三种颜色组成(由这三种颜色可以组成任一种看到的颜色),每种颜色 8 bit,但是有时候他们又可以进行组合,组合一个代表像素点的值,这时就可以使用联合体。
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这里就是一个联合体的声明(关于 typedef 关键字,看 typedef 小节,关于 struct 关键字,看 struct 小节)。这里可以看到,这个联合体里包含了一个结构体和一个无符号整型数据。当需要某一种颜色数据时就调用这个颜色的值,而当需要整个像素的值时就调用 Value 就可以了。
如下:
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现在知道怎么使用了,现在看看内存是怎样的:
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可以看到,这个联合体共占 4 字节空间,它既可以表示 Value,也可以修改其中的 Red、Green、Blue。但是也能发现这里还有一个空闲的 1 个字节,这是因为 Value 为四字节,所以只能按照最大的空间申请内存空间(联合体占用的内存空间总是等于当中最大的一个数据类型的大小)。
现在再来理解一下前面的代码,一开始设置 Value 的值,此时因为占用的是一块内存空间,所以就会同时更改 Red、Green、Blue。Value 赋值为 0x00203040,按照小端存储方式, Red = 0x40,Green = 0x30,Blue = 0x20。
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当修改 Blue 的值时,只有 Blue 改变了,变为 0x10,又因为他们共用一个空间,所以 Value 也跟着改变了。
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所以利用这种特性,在数据传输的时候,就可以对数据进行拆分(当然也可以采用强制转换的办法,另说),比如将一个四字节的 int 数据,拆分为四个 unsigned char,或者将一个浮点数拆分为 unsigned char 用于字节传输发送。
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而如果 R、G、B 这种结构体类型可能其他地方需要用到,那么就可以将这种结构体声明放到联合体外面使用,然后把它当成一种新的数据类型和整型数据联合,效果是一样的。

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