1. 介紹
1.1 什麼是「C語言 union」？
C語言中的union是一種可以同時處理多種不同資料型態的資料結構，與結構體（struct）類似。然而，與結構體不同的是，union一次只能儲存其中一個成員，所有成員共用同一塊記憶體空間，也就是說，每個成員的記憶體位址相同。這樣的設計讓union具備優良的記憶體效率，非常適合用於資源有限的環境。
1.2 文章目的
本篇文章將詳細解說C語言union的基本用法、優點與限制。透過實際的程式碼範例，協助你理解如何正確使用union並介紹最佳實務做法，讓你在開發時能夠靈活應用。
2. union 的基礎
2.1 union 的語法與定義
union的基本語法和結構體非常相似。以下是union宣告和定義的範例：
union Data {
int i;
float f;
char str[20];
};這個例子中，我們定義了一個名為Data的union，它包含int型態的i、float型態的f以及char陣列str。但請注意，union同一時間只能儲存其中一個成員，這些成員共用相同的記憶體空間。
2.2 union 和 struct 的差異
union與struct最大差別在於記憶體配置方式。結構體（struct）為每個成員分配獨立記憶體，可同時儲存多個成員；而union所有成員共用同一記憶體，只能儲存一個成員。因此，union的大小等於最大成員的大小。
3. union 的使用範例
3.1 基本使用案例
以下展示一個使用union的基本範例：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
union Data {
int i;
float f;
char str[20];
};
int main() {
union Data data;
data.i = 10;
printf("data.i: %dn", data.i);
data.f = 220.5;
printf("data.f: %fn", data.f);
strcpy(data.str, "C Programming");
printf("data.str: %sn", data.str);
return 0;
}本程式中，宣告了一個Data型態的union，並賦予不同型態的值。需注意，只有最後賦值的str會保留，其餘資料會被覆蓋。
3.2 記憶體效率的重要性
union因為所有成員共用同一記憶體空間，因此記憶體利用率非常高。這特性在記憶體受限的系統或需高效處理特定資料型態時格外有用。例如，你希望用一個變數來處理多種型態的資料時，使用union可以大幅減少記憶體佔用。
4. union 的優點與限制
4.1 優點
- 提升記憶體效率：
union只會使用最大成員的記憶體空間，因此非常節省記憶體。 - 靈活的資料結構：可以用一個
union來處理多種型態的資料，提升程式設計彈性。
4.2 限制
- 資料覆蓋問題：所有成員共用記憶體空間，依序存取不同成員時會造成資料被覆蓋。
- 資料管理較複雜：因記憶體共享，資料管理容易變得複雜，使用時需特別小心。
5. union 的應用案例
5.1 實務應用場景
union常用於位元欄位操作，或需要以單一資料結構管理多種型態的資料。例如在通訊協定實作時，收發資料需以不同型態解讀，這時就可以用union達成。
5.2 嵌入式系統的應用
在嵌入式系統（Embedded System）中，由於記憶體資源有限，union這類高效率的資料結構相當受歡迎。例如感測器數據讀取，或硬體暫存器需要以多種型態解讀時，都會用到union。
6. union 使用最佳實務
6.1 安全使用 union 的方法
在使用union時，務必清楚知道當下是由哪個成員被賦值。若不慎存取不同成員，會出現不可預期的結果。此外，建議加入適當註解或文件，讓其他開發者更容易理解你的union設計。
6.2 除錯與測試
除錯union相關程式時，可直接利用除錯器檢查記憶體內容。同時，建議設計完善的測試案例，以確保不同成員的賦值和讀取都正確無誤。
7. union 與 struct 的選擇指南
7.1 如何選擇
在union和struct間選擇時，請考量記憶體效率及資料同時使用的需求。若需同時處理多個成員，建議用struct；若優先考慮節省記憶體且一次只需處理單一成員，則適合使用union。
7.2 案例研究
舉例來說，若需用同一變數儲存不同感測器數據並根據需求解讀，推薦用union。反之，若需同時保存多個參數並一起處理，建議選用struct。
8. 結論
8.1 重點整理
union是C語言中有效管理記憶體的重要工具。透過共用同一記憶體區塊，能有效處理多種資料型態，但同時需注意正確的使用方式。若能妥善掌握union的特性，將有助於提升程式效能。
8.2 進一步學習建議
理解union觀念後，建議實際編寫程式驗證其行為，能幫助你更深入掌握。也推薦參考官方文件或可靠的參考資源，持續學習更多實用案例與相關主題。
