8.5 共用体 · 波仔的C++课

📄 一句话概括

共用体（union，也叫联合体）和结构体长得几乎一模一样，但内存安排正好相反：结构体的成员是"并排住"（每人一间房，互不干扰）；共用体的成员是"挤在同一间房里"（同一块内存，谁写谁占）。所以共用体的大小不是成员相加，而是取最大的那个成员。它只有一个真正的用途：让同一块内存，在不同时刻被当成不同的类型来用。

📝 本节和前面几节的关系

8.1~8.4 讲的是"怎么把几个数据打包在一起同时保存"。这一节讲一个反过来的需求：有些数据永远不可能同时用到，为什么要给它们各分一块空间？共用体就是"分时复用一间房"。它和结构体的对比（并排 vs 重叠）是本节的记忆锚点，也是"内存布局"这条线索（8.1.5 的对齐 → 本节的重叠）的延续。

一、一句话讲清区别

struct S { int i; double d; char c; };      // 结构体：三间房，并排
union  U { int i; double d; char c; };      // 共用体：一间房，三个人轮流住

画成图：

结构体 struct S             共用体 union U
┌──────┬──────┬────┐        ┌──────────────┐
│  i   │  d   │ c  │        │  i / d / c   │   ← 同一块内存
└──────┴──────┴────┘        └──────────────┘
  4字节   8字节  1字节          取最大的那个（8 字节）
  总共 24 字节（含对齐）        总共 8 字节

一句话记牢： - 结构体 = 同时都要 → 各分一间（相加） - 共用体 = 只用其中一个 → 挤一间（取最大）

二、什么时候真的需要它

判断标准：这几个数据"会不会同时被用到"？

场景	该用哪个	为什么
学生的姓名 + 年龄 + 成绩	结构体	三样随时都要看，缺一不可
一个数据要么是整数、要么是小数、要么是字符（同一时刻只可能是其中一种）	共用体	不可能同时是两种，没必要各分一间
通讯协议的一个"变长字段"：按类型标志决定它是什么	共用体	每包只可能是其中一种解读
想省内存的嵌入式设备（内存按字节抠）	共用体	复用同一块空间

回到现实的一句话：共用体是"省内存 + 类型转换"的工具。桌面程序里用得不多，但在协议解析、二进制文件读写、嵌入式这三个领域很常见——所以教材要讲，考试要考。

三、一个直观的例子

假设要记录一个职工的"某项数据"——有时是工号（整数）、有时是工资（小数）、有时是级别（字符）：

union StaffData {
    int    id;          // 工号
    double salary;      // 工资
    char   level;       // 级别
};

一条记录只需要 8 字节（最大的 double），而用结构体要 24 字节。而且这三个数据是互斥的——一个职工的数据，同一时刻只会以其中一种形式存在。

四、本节三篇的分工

小节	内容
8.5.1 共用体的定义与声明	语法（和 `struct` 几乎一样）
8.5.2 共用体的大小	为什么大小是"最大成员"（含实例05）
8.5.3 共用体的特点	三条特点 + 与结构体的完整对比

五、动手 Demo：先看一眼"同一块内存"

#include <iostream>
using namespace std;

union U {
    int  i;
    char c;
};

int main() {
    U u;
    u.i = 1000;
    cout << "写 i = 1000 后：u.i = " << u.i << endl;

    u.c = 'A';                  // 往同一块内存的低字节写了 'A'
    cout << "写 c = 'A' 后：u.i = " << u.i << "（被搅乱了！）" << endl;

    cout << "sizeof(U) = " << sizeof(U) << " 字节（取最大的 int）" << endl;
    cout << "u 的地址     = " << &u     << endl;
    cout << "u.i 的地址   = " << &u.i   << "（相同）" << endl;
    cout << "u.c 的地址   = " << &u.c   << "（还是相同！）" << endl;
    return 0;
}

看到什么算成功：

写 i = 1000 后：u.i = 1000
写 c = 'A' 后：u.i = （变成了另一个数，不是 1000）
sizeof(U) = 4 字节（取最大的 int）
u 的地址     = 0x...
u.i 的地址   = 0x...（相同）
u.c 的地址   = 0x...（还是相同！）

最震撼的一行是最后两行：&u.i 和 &u.c 打印出来是同一个地址——这就直接证明了"它们住在同一间房里"。

30 秒实验：把 union 改成 struct，再跑一遍。&u.i 和 &u.c 立刻变成两个不同的地址，而且 u.c = 'A' 再也搅不乱 u.i。一眼看懂"并排"和"重叠"的区别。

六、常见误区

"共用体就是省内存的结构体"——只说对了一半。它不只是"省"，而是语义完全不同：共用体的成员不能同时有效。当作"省空间的结构体"用，程序必然出错。
"union 里可以随便存几个值"——只能存一个。写了 u.c 就破坏了 u.i（下一节详细讲）。
"共用体很少见，可以跳过"——考试会考，实际也会遇到（协议、二进制文件、嵌入式）。至少要能看懂、能算大小。
"struct 和 union 关键字可以互换"——不行。它们是两种不同的内存安排，语法像不代表语义像。

自测三问（点开对答案）

1. 结构体和共用体在内存安排上的根本区别？——结构体成员**并排**（各占一块，互不干扰）；共用体成员**重叠**（共用同一块内存，谁写谁占）。 2. `union { int i; char c; };` 的大小是多少？为什么？——4 字节。因为成员共用一块内存，大小取**最大的那个成员**（`int` 的 4 字节）。 3. 什么情况下该用共用体而不是结构体？——几个数据**互斥、同一时刻只可能用到其中一个**的时候（协议字段、类型可变的记录、省内存场合）。

☐ 8.5.1 共用体的定义与声明（下一节）