11.4  共享内存

前面讨论了如何使用位字段节省内存，这一般应用于逻辑变量。C语言还有另一个功能，可以将几个变量放在相同的内存区。这个功能在内存短缺时比位字段应用得更广，因为实际上，我们常常使用几个变量，但其中只有一个变量在任意给定的时刻都有有效值。

多个变量共享内存的另一种情形是，程序处理许多不同类型的数据，但是一次只能处理一种，要处理的类型在执行期间确定。第三种可能是，要在不同的时间访问相同的数据，但在不同的情况下该数据的类型是不同的。例如对于一组数值类型的变量，要把它们当成char类型的数组，以便能将它们作为一块数据来移动。

11.4.1  联合

在C语言中允许在多个不同变量共享同一内存区的功能称为联合(union)。声明联合的语法类似于结构，给联合指定标记名称的方式通常也是类似的。定义联合要使用关键字union。例如下面的语句声明一个联合被三个变量共享。

union  u_example

{

float  decval;

int  *pnum;

double  my_value;

}U1;

上述语句用标记符名称u_example声明一个联合，它由浮点值decval、整数指针pnum和双精度浮点变量my_value共享。该语句定义了一个联合的实例，即变量U1。也可以用下面的语句声明这个联合的其他实例：

union  u-example  U2, U3;

联合成员的访问方式和结构成员完全相同。例如，要指定U1和U2成员的值，可以编写：

U1.decval = 2.5;

U2.decval = 3.5  *  U1.decval;

试试看：使用联合

下面是一个使用联合的例子：

/* Program 11.8 The operation of a union */

#include <stdio.h>

int main(void)

{

union u_example

{

float decval;

int pnum;

double my_value;

} U1;

U1.my_value = 125.5;

U1.pnum = 10;

U1.decval = 1000.5f;

printf("\ndecval = %f pnum = %d my_value = %lf",

U1.decval, U1.pnum, U1.my_value );

printf("\nU1 size = %d\ndecval size = %d pnum size = %d my_value"

" size = %d",sizeof U1, sizeof U1.decval,

sizeof U1.pnum, sizeof U1.my_value);

return 0;

}

代码的说明

这个例子示范了联合的结构和基本操作。U1联合的声明如下：

union  u_example

{

float  decval;

int  pnum;

double  my_value;

}U1;

联合的这三个成员的类型是不同的，它们需要的存储空间也不同(假设编译器给int类型指定两个字节)。

在赋值语句中，给联合实例U1的每个成员赋值如下：

U1.my_value  =  125.5;

U1.pnum  =  10;

U1.decval  =  1000.5f;

注意，引用联合成员的方式和引用结构成员的方法相同。

下面的两行语句输出这三个成员的值，联合U1占用的字节数及每个成员占用的字节数。输出如下所示(如果机器给int类型的变量指定4个字节，输出就与此类似)：

decval  =  1000.500000  pnum  =  8192  my_value  =  125.50016

U1  slze  =  8

decval  slze  =  4  pnum  size  =  2  my_value  size  =  8

首先要注意，只有最后一个变量的值是正确的，其他两个都是错的。这在意料之中，因为它们共享同一块内存空间。其次，my_value成员没有被毁坏。这是因为只修改了my_value中最不重要的部分。正常情况下，这么小的错误很容易被忽略掉，但最后的结果可能很糟。在使用联合时，要特别注意不要使用无效的数据。

注意：

从输出可知，联合所占的字节数是其最大的成员所占的空间。

11.4.2  联合指针

也可以用下列语句定义联合指针：

union  u_example  *pU;

有了指针后，就可以修改联合的成员了。如下列语句：

pU  =  &U2;

U1.decval  =  pU->decval;

第二行赋值语句中，等号右边的表达式pU–>decval等于U2.decval。

11.4.3  联合的初始化

声明联合时，若需要初始化联合的实例，只能用和联合中第一个变量相同类型的常量初始化。以u_example为例，只能用float常量去初始化，如下所示：

union  u_example  U4  =  3.14f;

可以重新安排联合中成员的顺序，将要初始化的成员作为第一个成员。联合中成员的顺序并不重要，因为它们都重叠在同一个内存区中。

11.4.4  联合中的结构成员

结构和数组可以是联合的成员。反之，联合也可以是结构的成员。例如：

struct  my_structure

{

int  numl;

float  num2;

union

{

int  *pnum;

float  *pfnum;

}  my_U;

}  samples[5];

这里声明了一个结构类型my_structure，它包含一个没有标记符名称的联合，所以这个联合的实例只能存在于结构的实例之中。这种联合常常称为匿名联合。上面的语句还定义了一个包含5个结构实例的数组samples。结构中的联合由两个指针共享。要使用联合成员，其表示法和嵌套的结构相同，例如，要访问结构数组中第三个元素的int指针，要使用如下语句中左边的表达式：

samples[2].my_U.pnum = &my_num；

首先，假设变量my_num已声明为int类型。使用存储在联合中的值时，总是会提取上次赋予联合的值。这似乎很明显，但实际上，很容易将最近存储为整数的值当成float，有时错误很微小，例如程序11.7输出的my_value值。自然，这样通常会得到垃圾值。常常采用的一种方法是将联合嵌入结构中，该联合也有一个成员，指定在联合中当前存储的值的类型。例如：

/* Type code for data in union */

#define TYPE_LONG   1

#define TYPE_FLOAT 2

#define TYPE_CHAR   3

struct Item

{

int u_type;

union

{

long integer;

float floating;

char ch;

} u;

} var;

这段代码定义了Item结构类型，它包含两个成员：int类型的值u_type和匿名联合的一个实例u。这个联合可以存储long类型、float类型或char类型的值，u_type成员用于记录当前存储在u中的类型。

为var设置一个值：

var.u.floating = 2.5f;

var.u_type = TYPE_FLOAT;

在处理var时，需要检查它存储了什么类型的值。下面的例子说明了具体的做法：

switch(var.u_type)

{

case TYPE_FLOAT:

printf("\nValue of var is %10f", var.u.floating);

break;

case TYPE_LONG:

printf("\nValue of var is %10ld", var.u.integer);

break;

case TYPE_CHAR:

printf("\nValue of var is %10c", var.u.ch);

break;

default:

printf("\nInvalid union type code.");

break;

}

使用联合，主要是为了便于把这样的代码放在函数中。