一、引言
在C语言编程中，结构体（struct）和共用体（union）是两种重要的复合数据类型，它们允许程序员将多个不同类型的数据组合成一个单一的数据类型。然而，尽管两者在形式上有些相似，但它们在内存中的表示和用途上却有着显著的区别。本文将通过实验的方式，深入探究结构体和共用体在C语言中的差异，并通过代码示例进行验证。
二、结构体（struct）
结构体是一种复合数据类型，它允许我们在一个变量中存储不同的数据类型。结构体中的每个元素（也称为成员）可以是不同类型的数据，它们通过结构体名来访问。结构体在内存中占据的是所有成员变量大小的总和，并且每个成员在内存中是连续存储的。
下面是一个简单的结构体示例代码：
#include <stdio.h> // 定义一个结构体 typedef struct { int id; char name[50]; float score; } Student; int main() { // 声明一个结构体变量 Student stu = {1, "Tom", 90.5}; // 访问结构体成员 printf("ID: %d, Name: %s, Score: %.1f\n", stu.id, stu.name, stu.score); return 0; }
在这个示例中，我们定义了一个名为Student的结构体，它包含了三个成员：id（整型）、name（字符数组）和score（浮点型）。然后，我们声明了一个Student类型的变量stu，并初始化了它的成员。最后，我们通过结构体变量名加上点操作符（.）来访问结构体的成员。
三、共用体（union）
共用体也是一种复合数据类型，它允许我们在一个变量中存储不同的数据类型。然而，与结构体不同的是，共用体中的所有成员共享同一块内存空间。这意味着，当我们在共用体中存储一个值时，它将覆盖该内存块中之前的值。共用体在内存中的大小是其成员中最大数据类型的大小。
下面是一个简单的共用体示例代码：
#include <stdio.h> // 定义一个共用体 typedef union { int i; float f; char str[20]; } Data; int main() { // 声明一个共用体变量 Data data; // 存储整数 data.i = 10; printf("Integer: %d\n", data.i); // 存储浮点数（覆盖之前的整数） data.f = 220.5; printf("Float: %.1f\n", data.f); // 存储字符串（覆盖之前的浮点数） strcpy(data.str, "Hello"); printf("String: %s\n", data.str); // 注意：此时尝试访问 data.i 或 data.f 将得到未定义的结果 return 0; }
在这个示例中，我们定义了一个名为Data的共用体，它包含了三个成员：i（整型）、f（浮点型）和str（字符数组）。然后，我们声明了一个Data类型的变量data，并依次存储了整数、浮点数和字符串。由于共用体的特性，当我们存储一个新的值时，它将覆盖该内存块中之前的值。因此，在存储字符串之后，我们不能再通过data.i或data.f来访问之前的整数或浮点数了。
四、实验验证
为了更直观地展示结构体和共用体在内存中的差异，我们可以使用C语言中的指针和内存操作函数来进行实验验证。
首先，我们定义一个结构体和一个共用体，并声明相应的变量。然后，我们打印出这些变量在内存中的地址和大小。接下来，我们使用指针和内存操作函数来查看这些变量在内存中的具体内容。
以下是实验验证的代码示例：
#include <stdio.h> #include <string.h> // 定义结构体和共用体 typedef struct { int id; char name[50]; float score; } Student; typedef union { int i; float f; char str[20]; } Data; int main() { // 声明变量 Student stu = {1, "Tom", 90.5}; Data data; // 打印变量地址和大小 printf("Student stu address: %p, size: %zu\n", &stu, sizeof(stu)); printf("Data data address: %p, size: %zu\n", &data, sizeof(data)); // 验证结构体内存布局 printf("stu.id address: %p, value: %d\n", &(stu.id), stu.id); printf("stu.name address: %p, value: %s\n", stu.name, stu.name); printf("stu.score address: %p, value: %.1f\n", &(stu.score), stu.score); // 验证共用体内存布局（仅展示一种成员） data.i = 10; printf("data.i address: %p, value: %d\n", &(data.i), data.i); // 注意：由于共用体的特性，我们不能同时查看多个成员的内容 return 0; }
通过运行这段代码，我们可以清晰地看到结构体和共用体在内存中的地址和大小差异。同时，通过打印结构体和共用体成员的地址和内容，我们可以验证它们在内存中的存储方式。实验结果将直观地展示结构体成员在内存中是连续存储的，而共用体成员则共享同一块内存空间。
