union理解与妙用

最近在看PCL中关于自定义PointT类型的文档，发现其中广泛使用了union，以前学习的时候用不到这个，也就没有留心，借此机会学习下union的使用方法，理解下union的本质。

一 struct和union内存结构

我们先来简单看下struct的内存结构，如下定义一个结构体：

struct student{    char mark;    long num;    float score;};

由于内存对齐的存在，这个student结构体的内存结构如下：

虽然mark理论上只有一个字节，但是却会占用4个字节的空间。
下面定义一个与student数据成员一样的union：

union union_student{    char mark;    long num;    float score;};

我们发现sizeof(union_student)的值为4，这就是union和struct的区别了。有时候，我们需要几种不同类型的变量存在在同一段的内存空间中，就像上面的，我们需要将一个char类型的mark、一个long类型的num变量和一个float类型的score变量存放在同一个地址开始的内存单元中。上面的三个变量，char类型和long类型所占的内存字节数是不一样的，但是在union中，它们都是从同一个地址存放的，也就是使用的覆盖技术，这三个变量互相覆盖，而这种使几个不同的变量共占同一段内存的结构，称为“共用体”类型的结构，也称“联合体”，也就是我们要说的union了，内存结构如下：

由上面，我们大致可以看出：结构体struct所占用的内存为各个成员的占用的内存之和（当然也需要考虑内存对齐的问题了）。而对于union来说，union变量所占用的内存长度等于最长的成员的内存长度，同样需要考虑内存对齐的问题。

二 union的使用

和struct一样，union只有先定义了共用体变量才能引用它。而且不能直接引用共用体变量，而只能引用共用体变量中的成员。
同时，在使用union的时候，还需要注意以下的几点：
1.同一个内存段可以用来存放几种不同类型的成员，但在每一个时刻只能存在其中一种，而不是同时存放几种。也就是说，每一瞬间只有一个成员起作用，其它的成员不起作用，即不是同时都存在和起作用。
2.共用体变量中起作用的成员是最后一个存放的成员，在存入一个新的成员后，原有的成员就失去作用。比如以下的代码：

union_student a;// cout<<a<<endl; // wronga.mark = 'b';cout << a.mark << endl; // 输出'b'cout << a.num << endl; // 98 字符'b'的ACSII值cout << a.score << endl; // 输出错误值a.num = 10;cout << a.mark << endl; // 输出空cout << a.num << endl; // 输出10cout << a.score << endl; // 输出错误值a.score = 10.0;cout << a.mark << endl; // 输出空cout << a.num << endl; // 输出错误值cout << a.score << endl; // 输出10

3.由于union中的所有成员起始地址都是一样的，所以&a.mark、&a.num和&a.score的值都是一样的。
4.union类型可以出现在结构体类型定义中，也可以定义union数组，反之，结构体也可以出现在union类型定义中，数组也可以作为union的成员。

三 union + 对象

当union遇到了C++中的对象时，一切又变得复杂起来。上面总结的union使用法则，在C++中依然适用。本来union本就是从C语言中的，如果我们在C++中继续按照C语言的那种方式使用union，那是没有问题的。如果我们在union中放一个类的对象呢？结果会怎么样？比如有以下代码：

#include <iostream>using namespace std;class CA{     int m_a;};union Test{     CA a;     double d;};int main(){     return 0;}

可以看到，没有问题；如果我们在再类CA中添加了构造函数，或者添加析构函数，我们就会发现程序就会出现错误。由于union里面的东西共享内存，所以不能定义静态、引用类型的变量。由于在union里也不允许存放带有构造函数、析构函数和复制构造函数等的类的对象，但是可以存放对应的类对象指针。编译器无法保证类的构造函数和析构函数得到正确的调用，由此，就可能出现内存泄漏。所以，我们在C++中使用union时，尽量保持C语言中使用union的风格，尽量不要让union带有对象。

四 理解PointT

我们先看一段代码：

#define PCL_ADD_UNION_NORMAL4D \  union EIGEN_ALIGN16 { \    float data_n[4]; \    float normal[3]; \    struct { \      float normal_x; \      float normal_y; \      float normal_z; \    }; \  };

这是PCL中定义normal（法向量）的源码。有了上面的知识，我们在来理解这个应该就没有问题了，其中：

• data_n[4] 为了内存对齐设计的
• normal[3] 和struct 里面的内容是主角，normal[3]方便我们进行整体的操作，而struct里面的内容则有助于我们访问normal中的各个分量，虽然直接normal[i]也可以，但是没有normal_x，normal_y，normal_z直观。这样的定义也有助于我们更好的理解代码。