【C语言】联合体完全指南：内存共享、大小计算与实战应用

苏兮

发布于 2026-01-13 17:07:34

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前言：

在C语言中，联合体（union）是一种特殊的数据类型，允许在同一块内存空间中存储不同的数据类型。与结构体不同，联合体的所有成员共享同一块内存，这使得它在某些场景下能节省内存，但也带来了独特的使用限制。无论你是初学者还是希望巩固知识的开发者，本文都将帮助你彻底掌握联合体的精髓！

一、联合体类型的声明

像结构体一样，联合体也是由一个或者多个成员构成，这些成员可以不同的类型。但是编译器只为最大的成员分配足够的内存空间。联合体的特点是所有成员共用同一块内存空间。所以联合体也叫：共用体。给联合体其中一个成员赋值，其他成员的值也跟着变化。看代码：

#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	//联合变量的定义
	union Un un = { 0 };
	//计算联合体变量的⼤⼩
	printf("%d\n", sizeof(un));
	return 0;
}

输出：

为什么会是4呢，这里咱们就不得不提到联合体的特点了。

二、联合体的特点

联合的成员是共用同一块内存空间的，这样一个联合变量的大小，至少是最大成员的大小（因为联合至少得有能力保存最大的那个成员）。那咱们再来看一下下面的代码：

#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	//联合变量的定义
	union Un un = { 0 };
	// 下面输出的结果是一样的吗？
	printf("%p\n", &(un.i));
	printf("%p\n", &(un.c));
	printf("%p\n", &un);
	return 0;
}

可以来看一下输出：

看到这，咱们就要对联合体内存布局有个理解了：

有了这个理解，咱们再接着向下看：

#include <stdio.h>
//联合类型的声明
union Un
{
	char c;
	int i;
};
int main()
{
	//联合变量的定义
	union Un un = { 0 };
	un.i = 0x11223344;
	un.c = 0x55;
	printf("%x\n", un.i);
	return 0;
}

这里就会涉及到大小端，忘记的可以参考《整形在内存中的存储：补码、截断与大小端的终极指南》。咱们就假设在小端模式下分析吧：一行代码一行代码的分析：

如果这里不是很理解的话，这一步咱们也可以画个示意图：

ok，下一步：

示意图：

故输出为：

到此，想必我们对联合体又有了新的理解。咱们一开始就说，联合体和结构体一样，联合体也是由一个或者多个成员构成，这些成员可以不同的类型。那么它们两者的区别在何处，用处又有哪些不同？咱们下面来看看。

三、相同成员的结构体和联合体对比

我们先来对比一下相同成员的结构体和联合体的内存布局情况。

struct S//定义结构类型
{
	char c;
	int i;
};
struct S s = { 0 };//定义结构体变量并初始化为0

union Un
{
	char c;
	int i;
};
union Un un = { 0 };

内存对比：

可见，使用联合体是可以节省空间的，举个实例：比如，我们要搞一个活动，要上线一个礼品兑换单，礼品兑换单中有三种商品：图书、杯子、衬衫。每一种商品都有：库存量、价格、商品类型和商品类型相关的其他信息。

图书：书名、作者、页数杯子：设计衬衫：设计、可选颜色、可选尺寸

我们可能会这样写，直接一个结构：

struct gift_list
{
	//公共属性
	int stock_number;//库存量
	double price; //定价
	int item_type;//商品类型

	//特殊属性
	char title[20];//书名
    char author[20];//作者
	int num_pages;//⻚数

	char design[30];//设计
	int colors;//颜⾊
	int sizes;//尺⼨
};

上述的结构其实设计的很简单，用起来也方便，但是结构的设计中包含了所有礼品的各种属性，这样使得结构体的大小就会偏大，比较浪费内存。因为对于礼品兑换单中的商品来说，只有部分属性信息是常用的。比如：

商品是图书，就不需要design、colors、sizes。所以我们就可以把公共属性单独写出来，剩余属于各种商品本身的属性使用联合体，这样就可以减少所需的内存空间，一定程度上节省了内存。

代码实现：

struct gift_list
{
	int stock_number;//库存量
	double price; //定价
	int item_type;//商品类型
	union {
		struct
		{
			char title[20];//书名
			char author[20];//作者
			int num_pages;//⻚数
		}book;
		struct
		{
			char design[30];//设计
		}mug;
		struct
		{
			char design[30];//设计
			int colors;//颜⾊
			int sizes;//尺⼨
		}shirt;
	}item;
};

注意： 代码设计的思想慢慢悟，但是上面的代码要看懂。

四、联合体大小的计算

两者原则：

联合的大小至少是最大成员的大小。（保证可以存放下成员）
当最大成员大小不是最大对齐数的整数倍的时候，就要对齐到最大对齐数的整数倍。（主要是由于硬件优化和 CPU访问效率的考虑，详解见《结构体内存对齐》）

练习：

#include <stdio.h>
union Un1
{
	char c[5];
	int i;
};
union Un2
{
	short c[7];
	int i;
};
int main()
{
	//下面输出的结果是什么？
	printf("%d\n", sizeof(union Un1));
	printf("%d\n", sizeof(union Un2));
	return 0;
}

先来看un1的大小：

union Un1
{
	//首先 c 数组的大小为5
	//则说明此联合体大小至少为5
	//其次：
	char c[5];//数组中元素为 char 类型，则对齐数为1
	int i;    //对齐数是4
	//最大对齐数为4，5不是4的整数倍
	//则联合体大小为8
};

调试：

ok，接着来简单看一下un2：

union Un2
{
	short c[7];//总大小为14，对齐数为2
	int i;     //对齐数为4
	//故总大小为16
};

调试：

五、基于联合体来判断大小端

在《整形在内存中的存储》中咱们就说到了怎么判断大小端，咱们但是只讲了一种办法（通过指针），今天咱们来看看如何联合体来判断大小端：

#include <stdio.h>
union Un
{
	char c;
	int i;
};

int main()
{
	union Un un = { 0 };
	un.i = 0x11223344;
	un.c = 0x55;
	if (un.i == 0x11223355)
		printf("小端存储\n");
	else
		printf("大端存储\n");
	return 0;
}

熟悉吧，咱们前面已经说过这个代码了，只是咱们这次加了判断而已。那咱们想，这样写是不是繁琐了些，那咱们这样写呢：

int check_sys()
{
	union
	{
		int i;
		char c;
	}un;
	un.i = 1;
	return un.c;//返回1是小端，返回0是大端
}

但是，两个代码的思想都是一样的。 咱们的联合体相关的知识点就说到这里，谢谢大家学习至此！！！

总结

联合体是C语言灵活性的经典体现，合理使用能让代码更高效，但也需要对其底层机制有深刻理解。希望本文能帮助你彻底掌握联合体的核心用法！

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原始发表：2025-08-07，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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