联合体大小由最大成员决定,所有成员共享内存,修改一个成员会影响其他成员值。例如union Data含int、Float和char[8],其大小为8字节,赋值d.i=10后d.f的值将不可预测。

在c++中,union(联合体)是一种特殊的数据类型,允许在同一个内存位置存储不同的数据类型。它和结构体(Struct)类似,但所有成员共享同一块内存空间。这意味着,在任意时刻,union只能保存其中一个成员的值。理解它的存储特性和使用场景,有助于写出更高效、灵活的代码。
联合体的存储特性
union的大小由其最大成员决定,因为所有成员共用同一段内存。例如:
union Data { int i; float f; char str[8]; };
这个union的大小是8字节(由str[8]决定),无论你存入int还是float,都会覆盖同一块内存。当你修改一个成员时,其他成员的值会变得不可预测。
举个例子:
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Data d; d.i = 10; cout << d.f; // 输出无意义的浮点数
这是因为int和float的二进制解释方式不同,同一段内存按不同方式读取结果自然不同。
实际应用场景
虽然union看起来危险且容易出错,但在某些特定场合非常有用。
1. 节省内存空间
当一组变量不会同时使用时,可以用union减少内存占用。比如嵌入式系统或协议通信中,资源有限,union能有效压缩数据结构。
2. 实现类型双关(type punning)
有时需要将一种类型的数据按另一种类型解释,比如查看float的二进制表示:
union { float f; uint32_t i; } u; u.f = 3.14f; cout << hex << u.i; // 查看float的整数形式
这在调试、序列化或底层数据处理中很常见。
3. 构建变体类型(类似简易variant)
在没有std::variant的旧代码中,union常配合一个类型标签使用,实现简单的多类型容器:
struct Value { enum Type { INT, FLOAT, String } type; union { int i; float f; char s[32]; }; };
使用时通过type字段判断当前存储的是哪种数据,避免误读。
注意事项与现代替代方案
原始union不管理构造和析构,如果包含string等非POD类型会出问题。C++11起支持含构造函数的union,但需手动管理生命周期。
现代C++推荐使用std::variant代替手工union,它类型安全、自动管理状态,不易出错:
std::variant<int, float, std::string> v = 3.14f; if (holds_alternative<float>(v)) { cout << get<float>(v); }
基本上就这些。union本质是“同一内存,多种解释”,用得好能节省空间、提升性能,但要小心使用。在需要高性能且明确控制内存的场景下,它依然有价值。