C语言的struct与union怎么使用

在C语言中，struct（结构体）和union（联合体）是两种非常重要的复合数据类型。它们允许程序员将不同类型的数据组合在一起，形成一个新的数据类型。本文将详细介绍struct和union的定义、使用方法以及它们之间的区别。

1. 结构体（struct）

1.1 结构体的定义

结构体是一种用户定义的数据类型，它允许将多个不同类型的数据组合在一起。结构体的定义使用struct关键字，语法如下：

struct 结构体名 {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    ...
    数据类型 成员n;
};

例如，定义一个表示学生的结构体：

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    float score;
};

1.2 结构体变量的声明与初始化

定义结构体后，可以声明结构体变量并对其进行初始化。结构体变量的声明和初始化方式如下：

struct 结构体名 变量名 = {成员1的值, 成员2的值, ..., 成员n的值};

例如，声明并初始化一个Student类型的变量：

struct Student stu1 = {"Alice", 20, 95.5};

也可以在声明结构体变量时逐个赋值：

struct Student stu2;
strcpy(stu2.name, "Bob");
stu2.age = 21;
stu2.score = 88.0;

1.3 访问结构体成员

结构体成员可以通过.运算符来访问。例如：

printf("Name: %s\n", stu1.name);
printf("Age: %d\n", stu1.age);
printf("Score: %.2f\n", stu1.score);

1.4 结构体数组

结构体数组是指数组中的每个元素都是一个结构体变量。例如，定义一个包含3个学生的数组：

struct Student stuArray[3] = {
    {"Alice", 20, 95.5},
    {"Bob", 21, 88.0},
    {"Charlie", 22, 92.0}
};

可以通过下标访问数组中的结构体成员：

printf("Name: %s\n", stuArray[1].name);  // 输出: Bob

1.5 结构体指针

结构体指针是指向结构体变量的指针。通过结构体指针访问结构体成员时，需要使用->运算符。例如：

struct Student *pStu = &stu1;
printf("Name: %s\n", pStu->name);
printf("Age: %d\n", pStu->age);
printf("Score: %.2f\n", pStu->score);

1.6 结构体嵌套

结构体可以嵌套使用，即一个结构体的成员可以是另一个结构体。例如：

struct Date {
    int year;
    int month;
    int day;
};

struct Employee {
    char name[50];
    struct Date birthday;
    float salary;
};

struct Employee emp1 = {"David", {1990, 5, 15}, 5000.0};

访问嵌套结构体成员时，可以使用多个.运算符：

printf("Birthday: %d-%d-%d\n", emp1.birthday.year, emp1.birthday.month, emp1.birthday.day);

2. 联合体（union）

2.1 联合体的定义

联合体是一种特殊的数据类型，它允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。联合体的定义使用union关键字，语法如下：

union 联合体名 {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    ...
    数据类型 成员n;
};

例如，定义一个表示数据的联合体：

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

2.2 联合体变量的声明与初始化

联合体变量的声明和初始化方式与结构体类似。例如：

union Data data1 = {10};  // 初始化第一个成员

也可以逐个赋值：

union Data data2;
data2.i = 10;
data2.f = 220.5;
strcpy(data2.str, "C Programming");

2.3 访问联合体成员

联合体成员可以通过.运算符来访问。需要注意的是，联合体的所有成员共享同一块内存，因此修改一个成员的值会影响其他成员的值。例如：

union Data data3;
data3.i = 10;
printf("data3.i: %d\n", data3.i);  // 输出: 10

data3.f = 220.5;
printf("data3.f: %.2f\n", data3.f);  // 输出: 220.50
printf("data3.i: %d\n", data3.i);  // 输出: 1132068864 (不确定的值)

2.4 联合体的应用场景

联合体通常用于节省内存空间，特别是在需要存储不同类型数据但不会同时使用这些数据的场景中。例如，在网络协议中，一个数据包可能包含不同类型的数据，但每次只使用其中一种类型。

3. struct与union的区别

3.1 内存分配

• 结构体：结构体的每个成员都有独立的内存空间，结构体的总大小等于所有成员大小的总和（考虑对齐）。
• 联合体：联合体的所有成员共享同一块内存空间，联合体的大小等于最大成员的大小。

3.2 数据存储

• 结构体：结构体的每个成员可以同时存储不同的数据。
• 联合体：联合体的所有成员共享同一块内存，因此只能同时存储一个成员的数据。

3.3 使用场景

• 结构体：适用于需要同时存储多个不同类型数据的场景。
• 联合体：适用于需要节省内存空间，且同一时间只使用一种类型数据的场景。

4. 总结

struct和union是C语言中非常重要的复合数据类型，它们各自有不同的特点和适用场景。结构体适合用于存储多个不同类型的数据，而联合体则适合用于节省内存空间且同一时间只使用一种类型数据的场景。理解它们的区别和使用方法，可以帮助程序员更高效地编写C语言程序。

通过本文的介绍，相信读者已经对struct和union有了更深入的了解。在实际编程中，合理使用这两种数据类型，可以大大提高代码的可读性和效率。