结构体struct && 联合union

1.C语言中的结构体

1.1 定义

结构体是由一系列相同或不同类型的变量组成的集合。

struct 结构体名{               //struct为关键字，“结构体名”为用户定义的类型标识。

数据类型1 成员名1;          //{ }中是组成该结构体的成员，其中数据类型可以是C语言所允许的任何数据类型。

数据类型2 成员名2;

...

数据类型n 成员名n;

};

1.2 结构体的内存分配（方法一）

结构体在内存中分配一块连续的内存，但结构体内的变量并不一定是连续存放的，这涉及到内存对齐。

原则1  数据成员对齐规则：结构（struct或联合union）的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员存储的起始位置要从该成员大小的整数倍开始（比如int在32位机为4字节，则要从4的整数倍地址开始存储）。

原则2  结构体作为成员：如果一个结构里有某些结构体成员，则结构体成员要从其内部最大元素大小的整数倍地址开始存储。（struct a里存有struct b，b里有char，int，double等元素，那b应该从8的整数倍开始存储。）

原则3  收尾工作：结构体的总大小，也就是sizeof的结果，必须是其内部最大成员的整数倍，不足的要补齐。

例1.



struct A{                            struct B{
      int a;                                char b;
      char b;                               int a;
      short c;                              short c;
         };                                   };

sizeof(A) = 8; int为4，char为1，short为2，这里用到了原则1和原则3。
sizeof(B) = 12; char为1，int为4，short为2，怎么会是12？还是原则1和原则3。

           a         b         c
A的内存布局：1111,     1*,       11

           b          a        c
B的内存布局：1***,     1111,   11**


其中星号*表示填充的字节。

A中，b后面为何要补充一个字节？因为c为short，其起始位置要为2的倍数，就是原则1。c的后面没有补充，因为b和c正好占用4个字节，整个A占用空间为4的倍数，也就是最大成员int类型的倍数，所以不用补充。

B中，b是char为1，b后面补充了3个字节，因为a是int为4，根据原则1，起始位置要为4的倍数，所以b后面要补充3个字节。c后面补充两个字节，根据原则3，整个B占用空间要为4的倍数，c后面不补充，整个B的空间为10，不符，所以要补充2个字节。

例2.



struct A{                               struct B{
    int a;                                  char e[2];
    double b;                               int f;
    float c;                                double g;
        };                                  short h;
                                            struct A i;
                                                  };

sizeof(A) = 24; int为4，double为8，float为4，总长为8的倍数，补齐，所以整个A为24。

sizeof(B) = 48; 看看B的内存布局。

            e         f       g              h          
B的内存布局：11* *,   1111,   11111111, 11 * * * * * *,       

            i
           1111* * * *, 11111111, 1111 * * * *

  


  i其实就是A的内存布局。根据原则2，i的起始位置要为8的倍数，所以h后面要补齐。

1.3 结构体的内存分配（方法二）

struct的内存大小为每个数据内存的加和，首先按照最大的数据类型进行单个分配，如果前一个数据占用不了所有的内存，而剩下的内存可以放下下一个数据，则第二个数据不另外分配内存(但是地址必须是从这个数据类型大小的整数倍开始，看下面的struct C)，否则重新分配一个最大类型的内存。（个人觉得这种方法比较好理解！）

例3.

struct A{                            struct B{                           struct C{
     int a;                             int a;                               int a;
    char b;                            double b;                             char b;
    double c;                          char c;                               short c;
         };                                   }；                            char d;
                                                                                }
对于结构体A:
因为A中最大的数据类型是double，占8个字节。所以系统先分配8个字节用来放int，结果int只需要4个就够了，然后剩下的4个字节中的1个可以用来放后面的char，碰到double c时，因为此时的3个字节不能存下，所以再分配了一个8个字节来存放double c。因此A占用16个字节。

对于结构体B：

系统碰到int分给他8个字节存放，碰到double时，剩下的4个字节不足以存放，所以再分配了8个字节，再遇到char时又分配了8个字节，这样B共分配了24个字节。（系统其实是浪费了5个字节的空间）

比较A和B，只有变量定义的顺序不一样，结果占用的内存空间也不一样。所以，结构体里面最好按照类型从小到大的顺序来排列，以免浪费空间。

对于结构体C：

按照上述方法，最大的数据类型是int，占4个字节，系统先分配4个字节（0~3）；再分配4个字节（4~7），存放char b；short c占2个字节，但是必须从2的整数倍开始，所以应当分配(6~7)，中间空余1个字节；char d占1个字节，但是上次分配的4字节用完了，所以需要再分配4个字节存放char d，d只占用1个字节，所以剩下3个字节空闲。sizeof(struct C)=12。

2. C++中的结构体与类的区别

C中的结构体不允许有函数，而C++中的结构体允许。

类与结构体在C++中只有两点区别，除此这外无任何区别。

1）class中默认的成员访问权限是private的，而struct中则是public的。  　

2）从class继承默认是private继承，而从struct继承默认是public继承。

3. 联合union

3.1 定义

联合(又叫共用体)是一种特殊形式的变量，使用关键字union来定义 ，它的声明与变量定义与结构体十分相似。其形式为: 　　

union 联合名

{ 　 　

数据类型 成员名; 　 　

数据类型 成员名;  　　

... 　　

} 变量名;

联合表示几个变量共用一个内存位置，在不同的时间保存不同的数据类型和不同长度的变量。在union中，所有的联合成员共用一个空间，并且同一时间只能储存其中一个成员变量的值。

3.2 联合的内存分配

Union的大小为其内部所有变量的最大值，并且按照类型最大值的整数倍进行内存对齐。

union A            union B             union C                  union D
{                  {                   {                        {
char c[10];        char c[10];         char c[10];              char c;
char cc1;          int  i;             double d;                int i;
}u1;               }u2;                }u3;                     double d;
                                                                 }u4;
union A :首先按照char c[10]分配10个字节，然后按照char的1个字节对齐，最终sizeof(u1)=10;
union B :首先按照char c[10]分配10个字节，然后按照int的4个字节对齐，最终sizeof(u2)=12; (大于等于10且能被4整除的最小的数，即12）

union C :首先按照char c[10]分配10个字节，然后按照doube的8个字节对齐，最终sizeof(u3)=16;(大于等于10且能被8整除的最小的数，即16）

union D：按照double分配8个字节，最终sizeof(u4)=8;

3.3 应用

在C/C++程序的编写中，当多个基本数据类型或复合数据结构要占用同一片内存时，我们要使用联合体；当多种类型，多个对象，多个事物只取其一时（我们姑且通俗地称其为“n 选1”），我们也可以使用联合体来发挥其长处。



union myun
{
struct { int x; int y; int z; }u;
int k;
}a;
int main()
{
a.u.x =4;
a.u.y =5;
a.u.z =6;
a.k = 0;
printf("%d %d %d\n",a.u.x,a.u.y,a.u.z);
return 0;
}


union类型是共享内存的，以size最大的结构作为自己的大小，这样的话，myun这个结构就包含u这个结构体，而大小也等于u这个结构体的大小，在内存中的排列为声明的顺序x,y,z从低到高，然后赋值的时候，在内存中，就是x的位置放置4，y的位置放置5，z的位置放置6，现在对k赋值，对k的赋值因为是union，要共享内存，所以从union的首地址开始放置，首地址开始的位置其实是x的位置，这样原来内存中x的位置就被k所赋的值代替了，就变为0了，这个时候要进行打印，就直接看内存里就行了，x的位置也就是k的位置是0，而y，z的位置的值没有改变，所以应该是0,5,6。

4.结构体和联合的区别：

1)联合和结构体都是由多个不同的数据类型成员组成，但在任何同一时刻，联合只存放了一个被选中的成员，而结构体的所有成员都存在。 　　

2)对于联合的不同成员赋值，将会对其它成员重写，原来成员的值就不存在了，而对于结构体的不同成员赋值是互不影响的。