C 語言聯合體（Union）深度解析：記憶體共享機制與實戰應用

編輯：關於C語言

核心概念：結構體 vs 聯合體

聯合體定義語法

union 聯合體名 {
    型別 成員1;
    型別 成員2;
    // ...
};

範例：人員資料（教師/學生互斥欄位）

union PerData {
    int class_id;      // 學生：班級編號
    char office[10];   // 教師：教研室名稱
};

變數宣告三種形式

/* 1. 先定義後宣告 */
union PerData { int class_id; char office[10]; };
union PerData a, b;

/* 2. 定義同時宣告 */
union PerData { int class_id; char office[10]; } a, b;

/* 3. 匿名聯合體直接宣告 */
union { int class_id; char office[10]; } a, b;

成員存取與初始化規則

存取語法：變數名.成員名 或 指標->成員名
禁止對整個聯合體變數直接賦值（a = b 在 C 標準中未定義）
禁止宣告時初始化（union PerData u = {1}; 非標準）
賦值只能針對單一成員進行

完整實戰範例：教師/學生通用表單

#include <stdio.h>

int main() {
    struct {
        char name[10];
        int age;
        char job;          // 's' = 學生, 't' = 教師
        union {
            int class_id;
            char office[10];
        } dept;
    } person[2];

    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        printf("輸入: 姓名 年齡 身份(s/t) 班級/教研室: ");
        scanf("%s %d %c", person[i].name, &person[i].age, &person[i].job);
        
        if (person[i].job == 's')
            scanf("%d", &person[i].dept.class_id);   // 陣列/指標無需 &
        else
            scanf("%s", person[i].dept.office);      // 字串陣列名即地址
    }

    printf("\n%-10s %3s %3s %s\n", "姓名", "年齡", "身份", "班級/教研室");
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        if (person[i].job == 's')
            printf("%-10s %3d %3c %d\n", person[i].name, person[i].age, person[i].job, person[i].dept.class_id);
        else
            printf("%-10s %3d %3c %s\n", person[i].name, person[i].age, person[i].job, person[i].dept.office);
    }
    return 0;
}

進階特性與限制

匿名聯合體（C11 標準）

struct Widget {
    int type;
    union {      // 無標籤，成員直接提升到結構體作用域
        int i;
        float f;
        char *s;
    };
};
// 存取：w.i, w.f, w.s  (無需 w.u.i)

嵌套與對齊

聯合體可嵌套結構體，結構體可嵌套聯合體
大小遵循最大成員對齊：union { char c; double d; } 大小為 8 的倍數

函數參數與回傳限制

特性	結構體	聯合體
記憶體佈局	成員依序排列，各自佔用獨立空間	成員完全重疊，共享同一塊記憶體
總大小	所有成員大小之和（含對齊填充）	等於最大成員的大小（含對齊）
同時存活	所有成員同時存在	同一時刻僅一個成員有效
賦值行為	各成員獨立賦值	新值覆蓋舊值

操作	結構體	聯合體
值傳遞參數	✅ 支援	❌ C 標準不保證（建議用指標）
回傳值	✅ 支援	❌ 同上
指標傳遞	✅	✅ 推薦做法

記憶體佈局視覺化

union PerData { int class_id; char office[10]; };
假設 int=4 bytes, 對齊=4

記憶體位址:  基址  基址+1  基址+2  基址+3  基址+4 ... 基址+9
class_id 佔用: [  byte0  ][  byte1  ][  byte2  ][  byte3  ]
office   佔用: [  o  ][  f  ][  f  ][  i  ][  c  ][  e  ][\0][  ][  ][  ]
             ▲                                                       ▲
             同一塊記憶體區域（10 bytes，按最大成員對齊）              ▲