为什么使用C语言联合体会得到这个输出？

Question

#include<stdio.h>

union U{
    struct{
        int x;
        int y;
    };
    float xy;
};

int main(){
    union U u;
    u.x = 99;
    printf("xy %f\n",u.xy); //output " 0 "
    return 0;
}

我已经发现这与内部如何存储和读取浮点数有关。是否有人可以准确地向我解释一下？

- chiru player

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使用%f进行打印并不是特别有用;你应该考虑使用%g或%e。如果值非常小，即使它不为零，它也会打印为0.000000。(例如，任何比0.0000005更小的值都将打印为0.000000)。您需要阅读 IEEE 754 的维基百科页面，以了解这些值如何表示。例如，在运行macOS Sierra 10.12.5和GCC 7.2.0的Mac上，使用printf("xy %22.16g\n", u.xy);将生成xy 1.387285479681569e-43。 - Jonathan Leffler

@JonathanLeffler; OP已经初始化了联合体u中未命名结构体的成员x。然后他使用另一个联合体成员xy来读取内容。有可能会出现陷阱表示，这种情况下代码的行为将是未定义的。 - haccks

4字节的float类型中正常数值的范围通常为10⁺³⁸到10⁻³⁸，因此float类型中的1.387…E-43是一个次标准值（尽管在8字节的double类型值的范围内）。 - Jonathan Leffler

@chiru 你没有初始化变量y，所以它可以有任何值。 - MCG

@MCG 变量 y 在此代码中未被访问，如果 sizeof(float) <= sizeof(int)。 - M.M

据我所知，这违反了严格别名规则，因此编译器可以假设.xy未初始化，并且对.x的写入是无效的。因此，它可能会将代码编译为int main（）{ printf（“xy％f \ n”，0.0）; }，完全优化联合的使用。 我相信，将int的位重新解释为float的唯一安全方法是使用memcpy（）：int x = 99; float xy; memcpy（&xy，&x，sizeof（float））; - cmaster - reinstate monica

Answer 1

^{将评论转换为答案。}

使用%f打印不是很有用；您应该考虑使用%g或%e。使用%f时，如果值非常小，则即使它不为零，也会被打印为0.000000。（例如，任何小于0.0000005的值都将被打印为0.000000。）您需要阅读维基百科上关于IEEE 754的内容，以了解这些值是如何表示的。

例如，在运行macOS Sierra 10.12.5的Mac上使用GCC 7.2.0进行打印：

printf("xy %22.16g\n", u.xy);

产生：

 xy 1.387285479681569e-43

4字节的float类型中正常数值范围通常为10⁺³⁸到10⁻³⁸，因此float类型的值1.387…E-43是次标准值（尽管在8字节的double类型值的范围内）。请记住，由于“默认参数提升”，传递给printf()的float类型值会自动提升为double类型值，因此printf()实际上永远不会接收到float类型的值。

- Jonathan Leffler

Answer 2

浮点数的表示方式会影响结果。请参考C语言中如何在内存中表示浮点数和https://softwareengineering.stackexchange.com/questions/215065/can-anyone-explain-representation-of-float-in-memory来了解浮点数在内存中的表示方式。您还没有初始化结构体变量y，它可能具有任何值，可能被使用也可能不被使用。在您的情况下，该值非常小，您未打印完整值。为了查看float xy的值，您需要打印完整值。正如在这里的评论中建议的那样，在Windows(包含MinGW编译器)上使用Codeblocks 16.1中的以下语句，我得到的值与0.000000不同。

printf("xy %.80f\n",u.xy);

给我 xy 0.00000000000000000000000000000000000000000013872854796815689002144922874570169700

- MCG

Answer 3

是的，你说得对，这与浮点值的二进制表示有关，该表示在标准文档IEEE 754中定义。请参阅Steve Hollasch的这篇优秀文章以获得简单的解释。浮点数是32位值，整数也是如此。因此，在您的联合U中，xy恰好落在嵌入式结构的x成员上，因此当您将x设置为99时，1100011（99的二进制表示）的位将被重新解释为float的尾数。正如其他人指出的那样，这是一个非常小的值，具体取决于printf格式说明符，可能会打印为0。

从您的联合成员的命名（x，y，xy）猜测，我认为您想声明不同的内容，例如：

union U
    {
    struct
        {
        short x;
        short y;
        };
    float xy;
    };

或者：

union U
    {
    struct
        {
        int x;
        int y;
        };
    double xy;
    };

在这些声明中，x和y成员都映射到xy成员。

- SBS

Answer 4

原因是该值非常接近于零，所以默认的6位精度无法显示任何内容。

尝试：

union { int i; float f; } u = {.i= 99};

printf("f %g\n", u.f);

- o11c

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也许您应该展示您得到了什么，并建议在哪里查找更多信息。 - Jonathan Leffler

或者 printf("xy %.80f\n",u.xy); - Support Ukraine