結構體(Struct)是一種構造類型或復雜類型,它可以包含多個類型不同的成員。在C語言中,還有另外一種和結構體非常類似的語法,叫做共用體(Union),它的定義格式為:
union 共用體名{
成員列表
};
共用體有時也被稱為聯合或者聯合體,這也是 Union 這個單詞的本意。
結構體和共用體的區別在於:結構體的各個成員會占用不同的內存,互相之間沒有影響;而共用體的所有成員占用同一段內存,修改一個成員會影響其余所有成員。
結構體占用的內存大於等於所有成員占用的內存的總和(成員之間可能會存在縫隙),共用體占用的內存等於最長的成員占用的內存。共用體使用了內存覆蓋技術,同一時刻只能保存一個成員的值,如果對新的成員賦值,就會把原來成員的值覆蓋掉。
共用體也是一種自定義類型,可以通過它來創建變量,例如:
union data{ int n; char ch; double f; }; union data a, b, c;
上面是先定義共用體,再創建變量,也可以在定義共用體的同時創建變量:
union data{ int n; char ch; double f; } a, b, c;
如果不再定義新的變量,也可以將共用體的名字省略:
union{ int n; char ch; double f; } a, b, c;
共用體 data 中,成員 f 占用的內存最多,為 8 個字節,所以 data 類型的變量(也就是 a、b、c)也占用 8 個字節的內存,請看下面的演示:
#include <stdio.h> union data{ int n; char ch; short m; }; int main(){ union data a; printf("%d, %d\n", sizeof(a), sizeof(union data) ); a.n = 0x40; printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m); a.ch = '9'; printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m); a.m = 0x2059; printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m); a.n = 0x3E25AD54; printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m); return 0; }
運行結果:
4, 4 40, @, 40 39, 9, 39 2059, Y, 2059 3E25AD54, T, AD54
這段代碼不但驗證了共用體的長度,還說明共用體成員之間會相互影響,修改一個成員的值會影響其他成員。
要想理解上面的輸出結果,弄清成員之間究竟是如何相互影響的,就得了解各個成員在內存中的分布。以上面的 data 為例,各個成員在內存中的分布如下:
成員 n、ch、m 在內存中“對齊”到一頭,對 ch 賦值修改的是前一個字節,對 m 賦值修改的是前兩個字節,對 n 賦值修改的是全部字節。也就是說,ch、m 會影響到 n 的一部分數據,而 n 會影響到 ch、m 的全部數據。
上圖是在絕大多數 PC 機上的內存分布情況,如果是 51 單片機,情況就會有所不同:
為什么不同的機器會有不同的分布情況呢?這跟機器的存儲模式有關,我們將在VIP教程《大端小端以及判別方式》一節中展開探討。
共用體的應用
共用體在一般的編程中應用較少,在單片機中應用較多。對於 PC 機,經常使用到的一個實例是: 現有一張關於學生信息和教師信息的表格。學生信息包括姓名、編號、性別、職業、分數,教師的信息包括姓名、編號、性別、職業、教學科目。請看下面的表格:
Name | Num | Sex | Profession | Score / Course |
---|---|---|---|---|
HanXiaoXiao | 501 | f | s | 89.5 |
YanWeiMin | 1011 | m | t | math |
LiuZhenTao | 109 | f | t | English |
ZhaoFeiYan | 982 | m | s | 95.0 |
f 和 m 分別表示女性和男性,s 表示學生,t 表示教師。可以看出,學生和教師所包含的數據是不同的。現在要求把這些信息放在同一個表格中,並設計程序輸入人員信息然后輸出。
如果把每個人的信息都看作一個結構體變量的話,那么教師和學生的前 4 個成員變量是一樣的,第 5 個成員變量可能是 score 或者 course。當第 4 個成員變量的值是 s 的時候,第 5 個成員變量就是 score;當第 4 個成員變量的值是 t 的時候,第 5 個成員變量就是 course。
經過上面的分析,我們可以設計一個包含共用體的結構體,請看下面的代碼:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define TOTAL 4 //人員總數 struct{ char name[20]; int num; char sex; char profession; union{ float score; char course[20]; } sc; } bodys[TOTAL]; int main(){ int i; //輸入人員信息 for(i=0; i<TOTAL; i++){ printf("Input info: "); scanf("%s %d %c %c", bodys[i].name, &(bodys[i].num), &(bodys[i].sex), &(bodys[i].profession)); if(bodys[i].profession == 's'){ //如果是學生 scanf("%f", &bodys[i].sc.score); }else{ //如果是老師 scanf("%s", bodys[i].sc.course); } fflush(stdin); } //輸出人員信息 printf("\nName\t\tNum\tSex\tProfession\tScore / Course\n"); for(i=0; i<TOTAL; i++){ if(bodys[i].profession == 's'){ //如果是學生 printf("%s\t%d\t%c\t%c\t\t%f\n", bodys[i].name, bodys[i].num, bodys[i].sex, bodys[i].profession, bodys[i].sc.score); }else{ //如果是老師 printf("%s\t%d\t%c\t%c\t\t%s\n", bodys[i].name, bodys[i].num, bodys[i].sex, bodys[i].profession, bodys[i].sc.course); } } return 0; }
運行結果:
Input info: HanXiaoXiao 501 f s 89.5↙ Input info: YanWeiMin 1011 m t math↙ Input info: LiuZhenTao 109 f t English↙ Input info: ZhaoFeiYan 982 m s 95.0↙ Name Num Sex Profession Score / Course HanXiaoXiao 501 f s 89.500000 YanWeiMin 1011 m t math LiuZhenTao 109 f t English ZhaoFeiYan 982 m s 95.000000