C語言 Union 與大小端模式深度解析

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Union 基礎特性

union 關鍵字用法與 struct 相似，但所有成員共用同一塊內存空間，同一時刻只能存儲一個成員的值。空間大小等於最大成員的大小，所有成員起始地址相同（偏移量為 0）。

union StateMachine {
    char character;
    int number;
    char *str;
    double exp;
};

上例中 double 佔 8 字節，故 StateMachine 大小為 8 字節。主要用途：節省空間，適用於「數據互斥、不同時存在」的場景。

大小端模式對 Union 的影響

經典面試題：

union { int i; char a[2]; } *p, u;
p = &u;
p->a[0] = 0x39;
p->a[1] = 0x38;
// 問：p->i 的值為多少？

大端模式

高字節存低地址，低字節存高地址。a[0] 是高字節，a[1] 是低字節。
結果：0x39380000（假設 int 32 位，高 16 位補 0）。

小端模式

低字節存低地址，高字節存高地址。a[0] 是低字節，a[1] 是高字節。
結果：0x00003839。

運行時檢測系統大小端

利用 union 成員共用地址特性，將 int 置 1，檢查最低地址字節：

int checkSystem() {
    union {
        int i;
        char ch;
    } c;
    c.i = 1;
    return (c.ch == 1);  // 1 = 小端, 0 = 大端
}

x86 架構為小端模式，內存中低地址存儲低字節（0x01）。

補充：指針運算陷阱題

#include 
int main() {
    int a[5] = {1,2,3,4,5};
    int *ptr1 = (int *)(&a + 1);
    int *ptr2 = (int *)((int)a + 1);
    printf("%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);
    return 0;
}

&a + 1：指針類型為 int (*)[5]，+1 跳過整個數組（20 字節），ptr1[-1] 即 a[4] = 5。
(int)a + 1：將地址轉為整數後 +1，僅偏移 1 字節。小端模式下，*ptr2 讀取的 4 字節為 00 00 00 02，即 0x02000000。

輸出：5,2000000（十六進制）。