结构体和共用体在C语言中不同类型数据的处理

# 1. 简介

### 1.1 C语言中的结构体和共用体

在C语言中，结构体（struct）和共用体（union）是两种特殊的数据类型，用于在内存中存储和操作不同类型的数据。结构体是一种能够容纳多个不同类型成员的复合数据类型，而共用体则是一种能够在同一段内存中存储不同类型的数据的特殊结构。

### 1.2 目的和意义

结构体和共用体的出现，主要是为了解决一些复杂数据结构的表示和操作问题。通过结构体，可以将多个相关的数据封装在一起，形成一个更加有组织、更加容易理解和维护的数据结构；而共用体则可以减少内存的使用，提高数据的灵活性和效率，特别适用于某些需要频繁转换不同数据类型的场景。

### 1.3 本文的结构

本文将详细介绍结构体和共用体的定义、使用、特点、应用场景以及内存分配等方面内容。首先，我们将从结构体的基本概念和使用方法开始，包括嵌套和指针的应用。接下来，我们将介绍共用体的特点和与结构体的区别，并探讨共用体的一些常见应用场景。然后，我们将深入讨论结构体和共用体的内存分配机制，包括内存对齐和填充规则，以及内存占用情况和布局示例。随后，我们将比较结构体和共用体在处理不同类型数据时的优缺点和适用场景。最后，我们将通过一个综合案例，来分析结构体和共用体的综合应用，展示实际案例和代码示例，并讨论效率和可维护性问题。

接下来，我们将深入讨论结构体的定义和使用方法。

# 2. 结构体的定义和使用

### 2.1 结构体的基本概念

在C语言中，结构体是一种自定义的数据类型，允许将不同类型的数据组合在一起，形成一个新的复合数据类型。结构体中的每个数据成员可以有自己的数据类型，可以是基本数据类型，也可以是其他结构体类型。

### 2.2 定义和使用结构体

结构体的定义使用`struct`关键字，其语法如下：

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

定义了结构体之后，可以通过以下方式声明结构体变量并对其进行初始化和访问成员：

struct 结构体名 变量名;

变量名.成员名 = 值;

例如，我们定义一个表示学生信息的结构体：

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

int main() {
    struct Student student1; // 声明一个struct Student类型的变量student1

    student1.studentID = 123456;
    strcpy(student1.name, "John");
    student1.age = 18;

    printf("Student ID: %d\n", student1.studentID);
    printf("Name: %s\n", student1.name);
    printf("Age: %d\n", student1.age);

    return 0;
}

输出结果：

Student ID: 123456
Name: John
Age: 18

### 2.3 结构体的嵌套和指针

结构体可以进行嵌套，即在结构体中包含其他结构体作为成员。同时也可以使用指针指向结构体。

struct Address {
    char city[50];
    char street[100];
};

struct Student {
    int studentID;
    char name[50];
    int age;
    struct Address address;
};

int main() {
    struct Student student2;
    struct Student *ptr;

    ptr = &student2;
    ptr->studentID = 654321;
    strcpy(ptr->name, "Jane");
    ptr->age = 19;
    strcpy(ptr->address.city, "New York");
    strcpy(ptr->address.street, "Broadway");

    printf("Student ID: %d\n", ptr->studentID);
    printf("Name: %s\n", ptr->name);
    printf("Age: %d\n", ptr->age);
    printf("City: %s\n", ptr->address.city);
    printf("Street: %s\n", ptr->address.street);

    return 0;
}

输出结果：

Student ID: 654321
Name: Jane
Age: 19
City: N