共用体只能同时储存一个值吗？

这个问题问得很好，也触及了共用体（union）的核心特性。简单直接地回答：是的，共用体在任何给定时刻，确实只能存储一个值。

让我试着用一种更自然、更具解释性的方式来阐述这一点，而不是像AI那样列出条目。

想象一下，共用体就像是一个多功能的“容器”，但这个容器有一个非常特殊的限制：它只能被“激活”来容纳一种类型的数据，而不能同时容纳另一种。

我们来具体分析一下为什么会这样。

内存的共享与“覆盖”

共用体的核心思想在于内存的共享。当你定义一个共用体时，你实际上是在说：“我需要一个区域，这个区域可以被解释成一个整数，也可以被解释成一个浮点数，甚至是一个字符数组。”

关键在于，这个“区域”的大小，是由共用体中所有成员中占用内存最大的那个成员决定的。也就是说，如果你的共用体中有个 `int` (比如4字节) 和一个 `float` (也是4字节)，那么这个共用体的总大小就是4字节。如果你的共用体里有一个 `int` (4字节) 和一个 `double` (8字节)，那么这个共用体的大小就是8字节。

当你将一个值赋给共用体的某个成员时，例如：

```c++
union MyUnion {
int i;
float f;
};

MyUnion u;
u.i = 10; // 现在，这4个字节被解释成了整数10
```

这就像是把你的“多功能容器”设置成了“整数模式”，并且把整数10放了进去。这4个字节的内存区域，现在就存储着表示整数10的二进制位。

然后，如果你紧接着又给另一个成员赋值：

```c++
u.f = 3.14f; // 现在，同样的这4个字节被解释成了浮点数3.14
```

这发生了什么？这并不是说你在原来的4个字节上又“叠加”了一个浮点数。 而是说，原来存储整数10的这4个字节，现在被重新解释，或者说被“覆盖”了，成为了浮点数3.14的二进制表示。 换句话说，原来整数10的那个值，在内存中就已经不复存在了，被新的浮点数的值所取代。

“谁说了算”的机制

这种“谁说了算”的机制，决定了在读取共用体时，你必须知道当前存储的是哪种类型的值。如果你错误地试图读取一个与当前实际存储类型不符的成员，结果通常是不可预测的（这被称为“未定义行为”）。

比如，在上面的例子中：

如果最后你读取 `u.i`，你得到的是将浮点数3.14的二进制位解释成整数的结果，这个结果通常会很奇怪，不是你期望的10。
如果你最后读取 `u.f`，你就会得到3.14，因为这是最后一次赋值的操作，并且你正确地以浮点数的方式读取了它。

为什么要这样设计？

共用体的设计初衷是为了节省内存。在某些场景下，你可能需要处理多种不同类型的数据，但你又知道在任何一个时刻，你只需要其中一种。例如，一个网络数据包的头部可能包含一个类型字段，指明接下来的数据是字符串、整数还是其他什么。你可以用一个共用体来存储这个实际的数据部分，根据类型字段来决定是把共用体当作字符串读取，还是当作整数读取，这样就能有效地利用内存。

总结一下：

共用体不是一个可以同时持有多种数据副本的“集合”。它是一个共享一块内存区域的机制，并且在任何一个时刻，这块内存区域只被一种特定的数据类型所“拥有”和“解释”。当你将一个值赋给共用体的某个成员时，你实际上是在告诉编译器：“请将这块内存区域按照这个成员的类型来填充和解释。”之前的任何解释和内容都会被新的填充所覆盖。

希望这样的解释能让你更清晰地理解共用体“一次只存一个值”的本质。

网友意见

union 在标准 C 和标准 C++ 中行为不同。

C 的 union 中，若 union 在生存期内，则所有成员都同时处于生存期内，但可能有非法对象表示。这允许类型双关，即将一个位模式以多个类型解释。

C++ 的 union 中，同一时刻只有一个成员在生存期内，使用不同的成员读写一般是未定义行为。例外是若公共起始序列存在，且在生存期中的成员拥有公共起始序列，则可通过其他成员的公共起始序列读取。这实际上不允许类型双关。

---

严格来说题主的代码存在 UB ，不过考虑到不少编译器默认有允许类型双关的扩展，有时也可认为有确定结果并作出解释。

一般实现是 union 的每个成员对象存储都始于 union 存储的首字节。现在常见的 int 占 4 字节， double 占 8 字节。先写入 double 成员再写入 int 成员时，原先的 double 成员对象表示的高 4 字节未被覆盖（ C 标准中是未指定的，实际上覆盖也得到允许）。而被覆盖的低位字节，在实现中正好对应 double 的低位尾数。

由于输出方式的设置，某些时候低位字节的改变恰好会被掩盖。这造成了你的 one4all 能同时存储 double 和 int 的错觉。

（参见 std::basic_ostream::operator<< - cppreference.com 、 std::num_put::put, std::num_put::do_put 、 std::basic_ios::init - cppreference.com 、std::printf, std::fprintf, std::sprintf, std::snprintf ）

另外也有 NaN-boxing 这种技术能在浮点 NaN 值里放别的东西，不过这就和 union 没什么关系了。

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