C语言联合体 union 怎么用？内存布局和实战场景详解

联合体（union）的所有成员共享同一块内存，大小等于最大成员的大小（再按最严格对齐要求补齐）。和 struct 每个成员各占各的不同，union 同一时刻只有最后写入的成员是有效的——读其他成员是未定义行为（C99 附录 J 明确标注）。

三个核心使用场景：类型双关（不经过指针强转，用 union 做浮点数的二进制级操作）、变体类型（配合 enum 标记当前存的是哪种数据，俗称 tagged union）、协议解析（同一段内存既能当原始字节流读，也能按字段结构体读）。

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// 最常见的实用写法：tagged union
enum Tag { TAG_INT, TAG_FLOAT, TAG_STR };
struct Value {
    enum Tag tag;
    union {
        int i;
        float f;
        char *s;
    } data;
};

一个冷知识：union 常用来检测字节序。写入 int x = 1，然后读 char 成员，如果是 1 就是小端序——很多 libc 的 endian 检测就是这么实现的。

追问

union 和 struct 的内存布局有什么区别？

struct 的成员顺序排列，总大小是各成员大小之和（加上对齐填充）。union 的成员重叠排列，所有成员起始地址相同，总大小取最大成员再按最大对齐补齐。所以 struct 是"加法"，union 是"取最大值"。

读非最后写入的成员为什么是 UB？

C 标准只保证读最后写入的成员是有定义的。因为不同成员可能有不同的位表示（trap representation），编译器有权假设你不会这么干，从而做激进优化。不过实践中，用 union 做 type punning（比如写 float 读 unsigned int 看位模式）在 GCC/Clang 下是扩展支持的行为，C99 TC3 之后的标准草案也倾向允许，但严格来说仍不算完全可移植。

union 的对齐规则是什么？

union 的对齐要求等于其最严格成员的对齐要求。比如包含 double 的 union 在 64 位系统上按 8 字节对齐，即使最大成员只占 4 字节，最终 sizeof 可能是 8 而不是 4。可以用 _Alignof（C11）或 __alignof__ 查实际对齐。

实际项目里怎么安全地用 union？

永远搭配 enum 标记使用（tagged union 模式）。写入某个成员前先设好 tag，读取前先检查 tag——任何跳过 tag 检查直接访问 union 成员的代码都是定时炸弹。C 语言没有内置的 sum type，tagged union 就是最接近的替代。