第11篇：结构体与联合体的深入探讨-优快云博客

结构体与联合体的深入探讨

在C语言中，结构体（struct）和联合体（union）是用于处理复杂数据类型的强大工具。它们允许程序员将不同类型的数据组合成一个单一的数据结构，从而有效地管理和操作数据。在这一篇文章中，我们将深入探讨结构体和联合体的定义、使用方法以及它们的实际应用。

11.1 结构体（`struct`）基础

11.1.1 结构体的定义与声明

结构体是将多个不同类型的数据组合在一起的用户自定义数据类型。结构体的定义和声明方式如下：

c

struct Person {
    char name[50];
    int age;
    float height;
};

在上面的示例中，Person结构体包含了三个成员：name、age和height，分别用于存储人的姓名、年龄和身高。

11.1.2 结构体变量的创建与访问

定义结构体后，可以创建结构体变量并访问其成员：

c

#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct Person {
    char name[50];
    int age;
    float height;
};

int main() {
    struct Person person1;

    // 设置结构体成员
    strcpy(person1.name, "Alice");
    person1.age = 30;
    person1.height = 5.5;

    // 访问结构体成员
    printf("Name: %s\n", person1.name);
    printf("Age: %d\n", person1.age);
    printf("Height: %.1f\n", person1.height);

    return 0;
}

c

11.1.3 结构体的初始化

结构体可以在声明时进行初始化，初始化的顺序与结构体成员的顺序一致：

c

struct Person person1 = {"Alice", 30, 5.5};

也可以使用逐个初始化的方式：

c

struct Person person1 = {.name = "Alice", .age = 30, .height = 5.5};

11.1.4 结构体中的指针

结构体成员可以是指针，这在动态分配内存时特别有用：

c

struct Person {
    char *name;
    int age;
    float height;
};

创建和使用这种结构体时，需要分配内存并处理指针：

c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

struct Person {
    char *name;
    int age;
    float height;
};

int main() {
    struct Person person1;
    person1.name = (char *)malloc(50 * sizeof(char));
    if (person1.name == NULL) {
        perror("内存分配失败");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    strcpy(person1.name, "Alice");
    person1.age = 30;
    person1.height = 5.5;

    printf("Name: %s\n", person1.name);
    printf("Age: %d\n", person1.age);
    printf("Height: %.1f\n", person1.height);

    free(person1.name);

    return 0;
}

c

11.2 联合体（`union`）基础

11.2.1 联合体的定义与声明

联合体是一种特殊的数据结构，其中的所有成员共享同一块内存区域。联合体的定义和声明方式如下：

c

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

在这个示例中，Data联合体可以存储一个整数、一个浮点数或一个字符串，但同一时间只能存储其中的一种。

11.2.2 联合体变量的创建与访问

创建联合体变量并访问其成员：

c

#include <stdio.h>
#include <string.h>

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

int main() {
    union Data data;

    // 存储整数
    data.i = 10;
    printf("Data.i: %d\n", data.i);

    // 存储浮点数，覆盖之前的整数值
    data.f = 220.5;
    printf("Data.f: %.1f\n", data.f);

    // 存储字符串，覆盖之前的浮点数值
    strcpy(data.str, "Hello");
    printf("Data.str: %s\n", data.str);

    return 0;
}

c

11.2.3 联合体的初始化

联合体的初始化类似于结构体，但只能初始化第一个成员：

c

union Data data = {.i = 10};

11.2.4 联合体与结构体的比较

内存使用：联合体所有成员共享同一块内存，因此在存储时占用的内存与其最大成员相同；结构体则占用所有成员的内存总和。
用途：联合体适用于需要在不同时间存储不同类型数据的情况；结构体则适用于需要同时存储多个不同类型数据的情况。

11.3 结构体与联合体的实际应用

11.3.1 结构体的实际应用

结构体常用于表示实体对象，如学生信息、图形坐标等。例如，一个简单的学生信息管理系统：

c

#include <stdio.h>

struct Student {
    char name[50];
    int id;
    float grade;
};

void printStudent(struct Student s) {
    printf("Name: %s\n", s.name);
    printf("ID: %d\n", s.id);
    printf("Grade: %.2f\n", s.grade);
}

int main() {
    struct Student student1 = {"John Doe", 12345, 89.5};
    printStudent(student1);
    return 0;
}

c

11.3.2 联合体的实际应用

联合体常用于需要根据不同情境存储不同类型数据的场景。例如，一个可以存储不同数据类型的传感器读取值的系统：

c

#include <stdio.h>

union SensorData {
    int temperature;
    float humidity;
    char status[10];
};

int main() {
    union SensorData data;

    // 存储温度
    data.temperature = 25;
    printf("Temperature: %d\n", data.temperature);

    // 存储湿度，覆盖之前的温度值
    data.humidity = 55.5;
    printf("Humidity: %.1f\n", data.humidity);

    // 存储状态，覆盖之前的湿度值
    snprintf(data.status, sizeof(data.status), "OK");
    printf("Status: %s\n", data.status);

    return 0;
}

c

11.3.3 结构体与联合体的综合使用

有时可以将结构体和联合体结合使用，以更好地组织复杂的数据结构。例如，定义一个包含联合体的结构体：

c

#include <stdio.h>

struct Sensor {
    char name[20];
    union {
        int temperature;
        float humidity;
        char status[10];
    } data;
};

int main() {
    struct Sensor sensor1;
    snprintf(sensor1.name, sizeof(sensor1.name), "Sensor1");
    sensor1.data.temperature = 25;

    printf("Sensor Name: %s\n", sensor1.name);
    printf("Temperature: %d\n", sensor1.data.temperature);

    return 0;
}

c