如何知道Union中哪个变量被使用了？

Question

如果我声明一个Union如下：

union TestUnion
{
    struct 
    {
      unsigned int Num;
      unsigned char Name[5];
    }TestStruct;
    unsigned char Total[7];
};

现在，我如何知道是使用了Total[7]还是TestStruct？

我正在使用C语言！我重新学习了联合体和结构体，这个问题就浮现在我的脑海中。sizeof不能用，因为它们的大小相同，都是7个字节。这里又出现了另一个问题。

当我只将"Total"填充为字符'a'并尝试sizeof(TestUnionInstance)时，它返回12（字符的大小是1个字节，对吗？）。所以我将结构体与其分离，发现结构体的大小为12个字节，而不是5+2=7个字节……奇怪！！有人能解释一下吗？

附注：我正在使用Visual Studio 2008。

- Swanand

Answer 1

你不能这样做。这是 union 的一个特点。

如果你需要辨别，可以使用所谓的 tagged union。一些语言内置了对此的支持，但在 C 中，你需要自己实现。基本思路是在 union 中包含一个标记，你可以用它来判断其版本，例如：

enum TestUnionTag {NUM_NAME, TOTAL};

struct {
    enum TestUnionTag tag;
    union {
        struct {
            unsigned int Num;
            unsigned char Name[5];
        } TestStruct;
        unsigned char Total[7];
    } value;
} TestUnion;

在您的代码中，确保始终设置标记以说明联合体的使用方式。

关于sizeof：结构体的大小为12个字节，因为有4个字节用于int（大多数现代编译器都有4字节的int，与长整型相同），然后是三个字节的填充和五个字节的字符（我不知道填充是在字符之前还是之后）。填充存在是为了使结构体成为一个完整的单词长度，以便内存中的所有内容都保持在单词边界上对齐。由于结构体的长度为12个字节，所以联合体必须有12个字节长才能容纳它；联合体的大小不会根据其中的内容而改变。

- Tom Anderson

---

填充位出现在char之后，而不是之前。严格来说，实现可以在它之前放置填充位，但是如果你从char [5]更改为char[6]，它还必须在它之前放置相同数量的填充位，这将非常荒谬。 C要求具有共同初始元素序列的结构是兼容的。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 2

使用的成员是您最后写信的那个; 其他成员不可用。 您知道您上次写信给哪个成员，对吧？ 毕竟，编程是您写的 :-)

---

至于您的次要问题：编译器允许在结构体中插入“填充字节”以避免未对齐的访问并使其性能更佳。

以下是可能在您的结构体内部字节分布的示例
序号    |名称      |填充
- - - -|- - - - -|x x x
0 1 2 3|4 5 6 7 8|9 a b

- pmg

---

+1 是因为您花时间展示了对象的内存布局。 - Chris Lutz

有时候你只需要访问其他成员。联合的一个重要功能是为同一数据提供不同的视图。 - thkala

关于“禁止访问”的评论，需要注意的是，就编译器而言，没有任何限制。程序员必须手动执行任何此类策略。 - thkala

@thkala - 标准将此行为定义为未定义的，因此除非您明确依赖于平台相关的行为，否则它是禁止的。实际上，我知道 int is_little_endian(void) { union { int i; char c[sizeof(int)]; } u; u.i = 1; return u.c[0] == 1; } 将会做什么，但按照标准，该代码是UB并且是有害的。 - Chris Lutz

它在字节序和结构内存布局方面是未定义的。已定义的是，联合体的所有“备选项”都将从相同的地址开始，这使得知道自己在做什么的人可以执行小奇迹 :-) - thkala

访问不同的联合成员而非最后一次写入的成员，其实现是由编译器定义的（参考6.5.2.2/5）。 - pmg

Answer 3

简短回答：除了在联合体外部的结构体中添加枚举变量之外，没有其他方法。

enum TestUnionPart
{
  TUP_STRUCT,
  TUP_TOTAL
};

struct TestUnionStruct
{
  enum TestUnionPart Part;
  union
  {
    struct
    {
      unsigned int Num;
      unsigned char Name[5];
    } TestStruct;
    unsigned char Total[7];
  } TestUnion;
};

现在您需要控制联合的创建，以确保枚举正确设置，例如使用类似以下函数的函数：

void init_with_struct(struct TestUnionStruct* tus, struct TestStruct const * ts)
{
  tus->Part = TUP_STRUCT;
  memcpy(&tus->TestUnion.TestStruct, ts, sizeof(*ts));
}

现在，对于正确的值进行分发只需要一个开关：

void print(struct TestUnionStruct const * tus)
{
  switch (tus->Part)
  {
    case TUP_STRUCT:
      printf("Num = %u, Name = %s\n",
             tus->TestUnion.TestStruct.Num,
             tus->TestUnion.TestStruct.Name);
      break;
    case TUP_TOTAL:
      printf("Total = %s\n", tus->TestUnion.Total);
      break;
    default:
      /* Compiler can't make sure you'll never reach this case */
      assert(0);
  }
}

作为一则旁注，我想提到这些结构最好在ML语言家族中处理。

type test_struct = { num: int; name: string }
type test_union = Struct of test_struct | Total of string

- bltxd

Answer 4

首先，现在大多数架构上的sizeof(int)都是4。如果您想要2，请查看short或C99中stdint.h头文件中的int16_t。

其次，C使用填充字节来确保每个struct对齐到字边界（4）。因此，您的结构体看起来像这样：

+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+
|      Num      |   N   a   m   e   |   |   |   |
+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+

结尾处有3个字节。否则，数组中的下一个struct的Num字段将处于尴尬对齐的位置，这会使访问效率降低。

第三，联合体的sizeof将是其最大成员的sizeof。即使没有使用所有空间，sizeof也会返回最大的结果。

正如其他答案所提到的，您需要一些其他方式（如enum）来确定使用联合体的哪个字段。

- Chris Lutz

Answer 5

无法确定。您应该有一些额外的标志（或其他与您的联合体外部相关的手段），以表明实际使用的联合体部分。

- Vlad

Answer 6

将联合体与枚举一起使用以确定存储的内容的另一个示例。我发现这样更加清晰明了。

from: https://www.cs.uic.edu/~jbell/CourseNotes/C_Programming/Structures.html

作者： 约翰·贝尔博士

---

为了知道实际存储的联合字段，通常将联合体嵌套在结构体中，并使用枚举类型指示实际存储的内容。例如：

typedef struct Flight {
    enum { PASSENGER, CARGO } type;
    union {
        int npassengers;
        double tonnages;  // Units are not necessarily tons.
    } cargo;
} Flight;

Flight flights[ 1000 ];

flights[ 42 ].type = PASSENGER;
flights[ 42 ].cargo.npassengers = 150;

flights[ 20 ].type = CARGO;
flights[ 20 ].cargo.tonnages = 356.78;

- Impostrophe

---

是的！Tom Anderson 的回答被接受，并且说的完全一样。 - Swanand