您现在的位置：程式碼之家 >> 編程語言 > >> C語言 >> C >> C 語言基礎

C語言聯合體深度解析：定義、使用與內存佈局

編輯：C 語言基礎

什麼是聯合體

聯合體（union）是一種構造類型，允許在同一塊內存空間中存儲不同類型的數據——但同一時刻只能存儲其中一種。這與結構體（所有成員並存）本質不同：結構體長度 = 成員長度之和（含對齊），聯合體長度 = 最長成員的長度。

聯合體定義語法

union UnionName {
    type1 member1;
    type2 member2;
    // ...
};

示例：教師/學生通用的「部門」字段

union Dept {
    int classNo;      // 學生：班級號
    char office[20];  // 教師：教研室名
};

聯合體變量聲明三種方式

// 1. 先定義後聲明
union Dept { int classNo; char office[20]; };
union Dept a, b;

// 2. 定義同時聲明
union Dept { int classNo; char office[20]; } a, b;

// 3. 匿名聯合體直接聲明
union { int classNo; char office[20]; } a, b;

成員訪問與賦值規則

只能通過 變量.成員 或 指針->成員 訪問單一成員。
不可對整個聯合體變量直接賦值或初始化（C 標準禁止）。
賦值新成員會覆蓋舊成員的內存位模式，舊數據失效。

完整示例：教師/學生信息錄入與顯示

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    struct Person {
        char name[20];
        int age;
        char job;           // 's' 學生, 't' 教師
        union {
            int classNo;
            char office[20];
        } dept;
    } people[2];

    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        printf("輸入姓名 年齡 身份(s/t)：");
        scanf("%s %d %c", people[i].name, &people[i].age, &people[i].job);

        if (people[i].job == 's') {
            printf("輸入班級號：");
            scanf("%d", &people[i].dept.classNo);   // 數組名/字符串不需 &，但這裡是 int
        } else {
            printf("輸入教研室：");
            scanf("%s", people[i].dept.office);     // office 是數組，自動退化為指針
        }
    }

    printf("\n姓名\t年齡\t身份\t班級/教研室\n");
    for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        if (people[i].job == 's') {
            printf("%s\t%d\t%c\t%d\n", people[i].name, people[i].age, people[i].job, people[i].dept.classNo);
        } else {
            printf("%s\t%d\t%c\t%s\n", people[i].name, people[i].age, people[i].job, people[i].dept.office);
        }
    }
    return 0;
}

內存佈局圖解

union Dept { int classNo; char office[20]; };  // 假設 int 4 字節，office 20 字節

變量 a 內存佈局（共 20 字節）：
+--------------------+--------------------+--------------------+--------------------+
| office[0]          | office[1]          | ...                | office[19]         |  <-- 20 字節
+--------------------+--------------------+--------------------+--------------------+
| classNo (4 bytes)  | (padding 16 bytes) |                    |                    |  <-- 同一地址起始
+--------------------+--------------------+--------------------+--------------------+

賦值 a.classNo = 101 時：前 4 字節寫入 0x00000065，後 16 字節保持不變（殘留數據）。
賦值 strcpy(a.office, "CS Dept") 時：前 8 字節寫入字符串，覆蓋 classNo 位模式。

聯合體 vs 結構體對比表

特性	結構體 struct	聯合體 union
成員存儲	各自獨立內存，同時存在	共享同一內存，互斥存在
總長度	成員長度之和（含對齊填充）	最長成員長度（對齊後）
初始化	可整體初始化（C99 指定初始化器）	標準禁止整體初始化，只能賦值單一成員
典型用途	固定結構的記錄（學生、產品）	變體記錄、協議數據帧、類型懲罰