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C 语言 union ​

更新时间：2026-08-26。本文是 languages/c/ 主题入门层第 48 篇。同一个内存位置，有时存 int，有时存 float，有时存一组字节——struct 让成员"并列共存"，union 则让成员"共享同一块内存"。它是 C 里最省内存、也最容易被误用的类型。

本文要回答的问题 ​

  • union 和 struct 有什么本质区别？
  • union 占多大内存？成员之间是什么关系？
  • 它到底有什么用？现实中哪里会用到？

一、基本语法与内存布局 ​

c
union Number {
    int i;
    float f;
    unsigned char bytes[4];
};

声明、赋值、访问都跟 struct 一样：

c
union Number n;
n.i = 65;
printf("%d\n", n.i);          // 65

但内存布局完全不同。struct 是成员依次排开，union 是成员从同一地址开始：

对比structunion
成员内存依次排列共享同一块
大小≥ 各成员之和（+填充）≥ 最大成员（对齐取整）
同时访问多成员可以，都有意义只有最后写入的有意义
典型用途记录一组相关数据同一位置多种解释

二、大小：取最大成员 ​

c
union Number n;
printf("%zu\n", sizeof(union Number));   // 4：最大成员 int/float 是 4 字节

struct NumberBox {
    int i;
    float f;
    unsigned char bytes[4];
};
printf("%zu\n", sizeof(struct NumberBox));  // 12：成员相加

注意对齐规则同样适用：成员最大 8 字节（如 double）时，union 大小可能补到 8 的倍数。

写一个成员，读另一个成员会怎样？读出来的是同一块内存按新类型重新解释的字节——这在普通代码里是未定义行为（类型双关），但在嵌入式中是常规操作，见下文"用途"。

三、典型用途 1：同一内存，多种解释（协议解析） ​

网络字节序、文件头、寄存器都是"同一段字节，按不同字段解析"的典型：

c
typedef union {
    unsigned int raw;              // 按 32 位整型整体读
    struct {
        unsigned int version : 4;  // 位域
        unsigned int type : 8;
        unsigned int len : 20;
    } fields;
} PacketHeader;

读取网卡收到的原始字节流时，既可以直接 raw 整体处理，也可以按字段访问 fields.version——同一个数据，两种视角。

四、典型用途 2：省内存的"多选一"记录 ​

一个图形程序，形状要么是圆（存半径）、要么是矩形（存长宽），不会同时出现：

c
typedef struct {
    int kind;                       // 0=圆, 1=矩形
    union {
        float radius;
        struct { float w, h; } rect;
    } shape;                        // 只取最大分支的空间
} Shape;

kind 字段标明当前 union 里哪个成员有效——这种 union + 类型标签（tagged union） 模式，是省内存的经典做法，也是 Rust 的 enum 在 C 里的手搓版。

五、常见坑对照 ​

坑现象对策
写一个读另一个得到"重新解释"的字节，逻辑错只读最后写入的成员
忘记录类型标签按错误分支解析加 kind 字段
误以为 union 能同时存多值后写覆盖先写记住"同一时刻只有一个有效"
结构体里 union 大小估算错缓冲区溢出用 sizeof
类型双关（读未写入成员）UB，编译器可能优化错用 memcpy 或按标准做法

六、与本站主线衔接 ​

一句话总结 ​

union 让所有成员共享同一块内存，大小取最大成员并按对齐取整，同一时刻只有最后写入的成员有意义；典型用途是"同一字节多种解释"（协议/寄存器）和"多选一"省内存（配类型标签）——它是 C 的"内存复用"工具，用得好省内存，用错了读出一堆乱码。