結構體（Struct）與聯合體（Union）的區別

一、定義和用法

結構體（Struct）和聯合體（Union）是C語言中同屬於複合數據類型的一種類型，兩者都可以封裝多個不同類型的數據，但是卻有著顯著的不同之處。

1. 結構體的定義和用法

結構體是一種用戶定義的數據類型，它可以用來封裝多個不同類型的數據。通常情況下，結構體成員被設計為具有不同的數據類型。結構體通常被用來代表一個數據對象，例如汽車、學生、員工等等。C語言中結構體由多個成員組成，每個成員可以是不同類型的數據。

struct car {
    char brand[20];
    char model[20];
    int year;
    float price;
};

上述代碼定義了一個名為car的結構體，它包含四個成員，分別是char類型的brand和model、int類型的year和float類型的price。我們可以使用結構體來表示一輛汽車。

2. 聯合體的定義和用法

聯合體是一種特殊的結構體，它的所有成員共享同一段內存。聯合體的所有成員使用同一份內存空間，所以修改其中某一個成員的值，會影響到另一個成員的值。聯合體通常被用來節省內存，例如有一些數據只用到其中一個成員。

union data {
    int integer;
    float decimal;
};

上述代碼定義了一個名為data的聯合體，它包含了兩個成員，一個是int類型的integer，另一個是float類型的decimal，它們佔據同一段內存空間。我們可以使用聯合體來表示一個數據，可以是一個整數或者是一個浮點數。

二、內存布局

結構體和聯合體的內存布局也有著非常大的區別。

1. 結構體的內存布局

結構體的內存布局是將每個成員單獨分配內存，並依次排列。每個成員在內存中的地址都是連續的，各成員之間在內存中沒有任何關聯。

struct car {
    char brand[20];
    char model[20];
    int year;
    float price;
};

struct car mycar;

上述代碼定義了一個名為mycar的結構體變數。

內存圖：

    0          20              40          44
 +----------+----------------+----------+----------+
 |   brand  |     model      |   year   |   price   |
 +----------+----------------+----------+----------+
 |                                                       |
 mycar

在內存中，四個成員按照定義的順序被依次排列。用sizeof運算符可以計算結構體的大小（單位為位元組）。

printf("%zu", sizeof(mycar)); // 輸出：44

2. 聯合體的內存布局

聯合體的內存布局只分配聯合體中最大的成員所需要的內存空間，不管其他的成員的大小是多少。每個成員在內存中的地址都是相同的。

union data {
    int integer;
    float decimal;
};

union data mydata;

上述代碼定義了一個名為mydata的聯合體變數。

內存圖：

   0-3    4-7
 +-------+
 |integer|   4 bytes
 +-------+
   OR
 +-------+
 |decimal|   4 bytes
 +-------+
 mydata

在內存中，union中僅分配了4個位元組的空間，不管是integer還是decimal都使用這4個位元組，因此，修改一個成員會影響到另外一個成員。

mydata.integer = 12;
printf("%d, %f", mydata.integer, mydata.decimal); // 輸出：12, 0.000000

mydata.decimal = 23.45;
printf("%d, %f", mydata.integer, mydata.decimal); // 輸出：1093507190, 23.450001

三、應用場景

1. 結構體的應用場景

結構體通常被用來封裝多個相關類型的數據，使得這些數據可以統一管理，方便使用。例如，用結構體來表示一個學生信息。

struct student {
    char name[20];
    int age;
    char gender[6];
};

2. 聯合體的應用場景

聯合體通常被用來在一段內存空間中同時表示多個數據類型，這些數據類型在不同的時間和場合下只有一個會被使用。例如，用聯合體來表示數據類型轉換。

union data {
    int integer;
    float decimal;
};

void swap(union data *a, union data *b) {
    union data temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

union data d1, d2;
d1.integer = 12345;
d2.decimal = 67.89;

swap(&d1, &d2);

printf("%d, %f", d1.integer, d2.decimal); // 輸出：1090873190, 12345.000000

四、小結

結構體和聯合體是C語言中的兩種複合數據類型，結構體將多個不同類型的成員按順序排列在一起，並分配不同的內存空間；聯合體將多個數據類型的成員共享同一段內存，以節省內存空間。兩者在應用場景上也有所不同，需要根據實際需求選擇使用。