C言語 共用体 union【メモリをシェアする考え方と使い方】

こんにちは、ナナです。

構造体、列挙型に続いて、共用体のunionを紹介しましょう。

共用体は実践で使用することは多くありませんが、C言語に共用体という仕組みがあることは知っておきましょう。

構造体と似ている部分もあるので、知らない方はこちらの記事を事前に読んでおくとよいです。

本記事では次の疑問点を解消する内容となっています。

では、共用体の使い方を学んでいきましょう。

共用体ってそもそも何？捉え方を学ぶ

ソファーベッドは、とある空間を「ソファー」と「ベッド」という２つの用途として使い方を変えられる家具ですね。

共用体は、とあるメモリ領域を複数のデータ型でアクセスできる仕組みを提供します。これはまさしく、メモリのソファーベッドですね。

共用体の定義方法と使い方

共用体の型定義

共用体は「union」というキーワードを使って定義します。

定義の形は構造体と似ており、typedefを利用して定義するのがこちらも一般的です。例としてソファーベッドを共用体で定義してみましょう。

//  ソファーベッド共用体
typedef union
{
    char    sofa[2];    //  ソファー[2人掛け]
    short   bed;        //  ベッド[1名用]
} U_SOFABED;

この共用体の型定義が、一体どのような効果をもたらすのでしょう。プログラムから変数を使って確認してみましょう。

共用体の変数を使ったプログラム

構造体の場合は、構造体メンバが並んだ順にメモリが確保されます。共用体の場合は、各共用体メンバの開始位置が同じ場所から配置されます。

つまり、重なっているメモリ部分は、共用体メンバがメモリを共用（シェア）します。

それでは具体的に共用体の変数定義を行い、各共用体メンバにアクセスしてみましょう。

#include <stdio.h>

//  ソファーベッド共用体
typedef union
{
    char    sofa[2];    //  ソファー[2人掛け]
    short   bed;        //  ベッド[1名用]
} U_SOFABED;

int main(void)
{
    // ソファーベッドの変数定義
    U_SOFABED sofabed;
    
    // ソファーとして1バイト単位でアクセス
    sofabed.sofa[0] = 0x12;
    sofabed.sofa[1] = 0x34;

    // ベッドとして2バイトでアクセス
    sofabed.bed     = 0x5678;

    return 0;
}

ソファとして１バイト単位でアクセス

ベッドとして２バイトでアクセス

このように、同じメモリに対して各共用体メンバで、異なるアクセスが可能になります。

Q&A：共用体でよくある質問

Q：共用体ってどんなときに使うの？

共用体を有効活用するシーンはかなり限定的なものです。

組み込み開発では共用体を使った特殊なデータ構造を使用することがあります。マイコン入門編では非常に効果的な使い方があるのですが、その時に解説をしましょう。