C++联合体union有什么用途 内存共享的特殊数据结构

c++++中的union通过共享内存实现多种功能，1.节省内存空间：联合体大小等于最大成员，适用于嵌入式系统和协议解析；2.实现类型转换或数据重解释：通过不同成员读写同一内存，如将float转为int输出，但存在可移植性问题；3.构建变体类型：搭配标识字段模拟std::variant功能，需手动管理生命周期；4.处理硬件相关或协议数据：结合位域操作寄存器各部分，简化底层编程。尽管有更安全替代方案，union在性能关键场景仍具实用价值。

在C++中，union（联合体）是一种特殊的数据结构，它最显著的特点是所有成员共享同一块内存空间。这意味着多个不同类型的变量可以共用同一个内存地址，但同一时间只能存储其中一个成员的值。这种特性虽然看起来限制较多，但在某些特定场景下非常有用。

1. 节省内存空间

这是使用 union 最常见的原因之一。当你需要一个变量能表示多种类型，但不需要同时保存所有类型的数据时，就可以使用联合体来节省内存。

比如：

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

union Data {
    int i;
    float f;
    char c;
};

这个 Data 联合体的大小等于其中最大成员的大小（通常是 float 或 int，4 字节），而不是三个成员加起来的大小。如果不用联合体而是用结构体，那就会占用至少 4 + 4 + 1 = 9 字节。

所以在嵌入式系统、协议解析等对内存敏感的场景中，union 非常实用。

2. 实现类型转换或数据重解释

由于联合体的成员共享内存，你可以通过一个成员写入数据，再通过另一个成员读取，从而实现一种“类型转换”的效果。这在处理底层数据格式转换时很有用。

例如：

union IntFloat {
    int i;
    float f;
};

IntFloat u;
u.f = 3.14f;
std::cout << u.i; // 把 float 的二进制表示当作 int 输出

这种方式虽然不安全（依赖于平台和字节序），但在某些情况下可以用于快速获取原始数据的比特位表示，比如调试或优化代码。

落笔AI

AI写作，AI写网文、AI写长篇小说、短篇小说

41

查看详情

注意：这种做法可能带来可移植性问题，使用时要小心。

3. 构建变体类型（Variant Type）

虽然 C++17 提供了 std::variant，但在一些旧版本或资源受限的环境中，开发者会自己用 union 搭配一个标识字段来模拟类似功能。

例如：

struct Variant {
    int type;  // 0: int, 1: double, 2: char*
    union {
        int i;
        double d;
        const char* s;
    };
};

这样你就可以根据 type 的值判断当前存储的是哪种类型，并访问对应的成员。不过要注意手动管理生命周期和类型安全，否则容易出错。

4. 处理硬件相关或协议数据

在操作系统开发、驱动编写或者网络通信中，经常会遇到数据在不同格式之间切换的情况。比如一个寄存器的低几位代表某种状态，高位又是另一种含义，这时候可以用联合体配合位域一起使用。

举个例子：

union Register {
    uint32_t raw;
    struct {
        uint32_t cmd : 8;
        uint32_t addr : 16;
        uint32_t valid : 1;
    } bits;
};

通过这种方式可以直接操作寄存器的不同部分，而无需进行复杂的位运算。

基本上就这些。
虽然现在有更安全的方式替代 union（比如 std::variant 和 std::any），但在性能关键或底层编程中，union 依然是一个值得掌握的工具。

以上就是C++联合体union有什么用途 内存共享的特殊数据结构的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！