C结构体与联合体问题

在C语言中，结构体和联合体是常用的数据类型，它们可以用来定义复杂的数据类型，包括多个不同类型的数据。本文将介绍关于结构体和联合体的一些常见问题。

什么是结构体？

结构体是一种用户自定义的数据类型，它可以用来组合多个不同类型的数据。结构体的定义通常包括成员变量和成员函数。结构体的成员变量可以是基本数据类型，也可以是其他结构体或指针类型。

下面是一个结构体的定义示例：

struct Student {
    char name[20];
    int age;
    float score;
};

在上面的例子中，结构体 Student 包含了三个成员变量：name, age, score。可以通过以下方式初始化结构体变量：

struct Student stu = {"Tom", 18, 90.5};

通过 . 访问结构体成员：

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

什么是联合体？

联合体和结构体类似，也是一种用户自定义的数据类型，它可以用来组合多个不同类型的数据。但与结构体不同的是，联合体中的成员变量是共用一块内存的，即同一时间只能保存其中一个成员变量的值。这也是联合体的一个特点：节省内存空间。

下面是一个联合体的定义示例：

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

在上面的例子中，联合体 Data 定义了三个成员变量：i, f, str。可以通过以下方式初始化联合体变量：

union Data d;
d.i = 5;
printf("d.i: %d\n", d.i);

d.f = 3.14;
printf("d.f: %f\n", d.f);

strcpy(d.str, "Hello");
printf("d.str: %s\n", d.str);

需要注意的是，每次赋值会导致其他成员变量的值被覆盖，因为它们是共用同一块内存的。

结构体与联合体的区别

结构体和联合体的最大区别就是内存的使用。结构体的每个成员变量都有其独立的内存，因此结构体的大小为各成员变量大小之和。而联合体的所有成员变量共用一块内存，联合体的大小为最大成员变量的大小。

另外，结构体的每个成员变量均可以独立赋值，而联合体同一时间只能保存其中一个成员变量的值。

结构体与联合体的嵌套

结构体和联合体可以相互嵌套，用来表示更加复杂的数据类型。

举例来说，考虑一个计算器，它可以处理整数和浮点数的加法和减法。我们可以定义一个包含两个联合体的结构体：

union IntOrFloat {
    int i;
    float f;
};

struct Calculator {
    union IntOrFloat num1;
    union IntOrFloat num2;
    char op;
};

其中 num1 和 num2 分别表示两个加数或被减数，op 表示加法或减法运算符。实现一个简单的计算器：

struct Calculator cal = {{.i = 5}, {.f = 3.5}, '+'};

if (cal.num1.i != 0) {
    printf("%d %c %d = %d\n", cal.num1.i, cal.op, cal.num2.i, cal.num1.i + cal.num2.i);
} else {
    printf("%f %c %f = %f\n", cal.num1.f, cal.op, cal.num2.f, cal.num1.f + cal.num2.f);
}

通过 . 可以指定初始化每个成员结构体的成员变量，上面的例子中就按顺序初始化了 num1, num2, op。

结构体与联合体的应用

结构体和联合体是 C 语言中非常常见的数据类型，因为它们能够表示各种复杂的数据结构。它们在系统编程和嵌入式领域中经常被使用。

举例来说，Linux 内核中有许多用到了结构体和联合体的例子。例如，struct file 用来表示打开的文件，struct task_struct 用来表示进程，union sigval 用来表示信号的参数等等。

结论

本文介绍了 C 语言中结构体和联合体的一些常见问题，包括定义、初始化、访问、嵌套、应用等。结构体和联合体是 C 语言中非常重要的数据类型，掌握其使用方法有助于更加灵活地处理数据。