详细讲解union关键字以及底层原理-DPDK中文网

一、`union` 关键字详解

1. 基本定义

联合体（Union） 是一种特殊的数据类型，允许在同一内存区域存储不同类型的数据。所有成员共享同一块内存空间，大小由最大成员决定。

语法示例：


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

2. 核心特性

内存共享：所有成员从同一地址开始存储，修改任一成员会影响其他成员的值。

大小计算：联合体的大小等于其最大成员的大小（需考虑内存对齐）。


 printf("Size: %zu\n", sizeof(union MyUnion)); // 输出可能是4（假设int和float均为4字节）

用途场景：
- 节省内存（如协议解析、类型转换）。
- 实现“变体记录”（同一时刻仅需一种类型的数据）。

二、底层原理剖析

1. 内存布局

共享起始地址：所有成员的第一个字节地址相同。

示例分析：

 union Data {
     int x;
     char y[4];
 } u;


 u.x = 0x12345678;
 printf("%x\n", u.y[0]); // 输出取决于系统字节序（小端模式下为0x78）

在小端机器上，y[0] 访问 x 的最低有效字节。

2. 与结构体的对比

3. 匿名联合（C11/C++特性）

可直接嵌入结构体中，无需命名：

   struct Widget {
       int type;
       union { // 匿名联合
           int num;
           char* str;
       };
   };
   
   struct Widget w;
   w.num = 42; // 直接访问

###三、高级应用与注意事项

####1. 类型双关（Type Punning）

通过联合体安全地重新解释同一段内存的不同类型数据（某些编译器支持）：

union Converter {
    float f;
    uint32_t u;
} conv;


conv.f = 3.14f;
printf("IEEE754 Hex: %X\n", conv.u); // Float的二进制表示

*注意*：C标准未完全定义此行为，但多数编译器（如GCC）明确支持。

####2. 实际应用场景

*网络协议解析*：

union IPAddress {
    uint32_t addr;          // IPv4整型地址  
    uint8_t octets[4];       // IPv4四字节拆分  
};

IPAddress ip;  
ip.addr = htonl(0xC0A80101);  
printf("%u.%u.%u.%u\n", ip.octets[0], ip.octets[1], ...); //192.168.1.1

硬件寄存器映射:

union StatusReg {  
	uint16_t raw;  
	struct {                  //位域操作更直观    
		bool error :1;      
		bool ready :1;    
	};  
} status;  

status.error=true;//直接设置特定位

####3.关键注意事项

#####a)初始化问题 -只能初始化第一个声明变量,否则会覆盖其它变量值.

#####b)跨平台兼容性风险 -不同系统间可能存在字节序差异导致数据解释错误.

#####c)C++扩展功能(C++17起) 可以包含非平凡类型(string/vector等),但需要手动管理构造/析构:

#include<string>  

union ComplexData{   
	int id=0;//C++允许默认初始化   
	std::string text;//高风险!必须显式处理生命周期   

	~ComplexData(){}//需自定义析构防止泄漏  
}; 

ComplexData cd={};//正确方式初始化基础类型id=0.
new(&cd.text)std::string("hello");//placement new激活string对象.
cd.text.std::~string();//显式销毁!

###四、总结要点

特性	说明
本质	多视图共享单一物理存储空间
优势	极致节省空间+高效二进制操作能力
风险点	隐式覆盖问题/未定义行为隐患(如非法类型双关)