C语言结构体与联合：C Primer Plus第六版习题全攻略

 # 摘要 C语言中的结构体和联合是复杂数据管理与内存操作的重要工具。本文深入探讨了结构体与联合的理论基础、定义、应用、内存布局以及高级特性。通过对结构体与联合的定义、嵌套使用、指针操作及函数参数传递等方面的详细解析，阐述了它们在实际编程中的应用，例如数据管理、资源节省和数据封装。同时，本文还提出了在编程过程中可能遇到的问题以及相应的解决技巧，并分析了结构体与位字段的结合、结构体与JSON数据的转换，以及联合在数据处理和硬件编程中的应用。本文旨在为C语言开发者提供全面的结构体与联合使用指南，促进代码的优化和效率提升。 # 关键字 C语言；结构体；联合；内存布局；数据管理；位字段；JSON序列化；编程技巧 参考资源链接：[C Primer Plus第六版习题详解及答案](https://wenku.csdn.net/doc/1hazsjp4ke?spm=1055.2635.3001.10343) # 1. C语言结构体与联合的理论基础 ## 结构体的定义 结构体（struct）是C语言中一种复合数据类型，它允许用户将不同类型的数据项组合成一个单一的类型。结构体有助于数据抽象和封装，是面向对象编程概念在C语言中的体现。 ## 联合的定义 联合（union）是一种特殊的数据类型，它允许在相同的内存位置存储不同的数据类型，但一次只能存储其中一种类型。联合提供了内存共享机制，可以在某些情况下有效节省资源。 ## 结构体与联合的区别和联系 结构体和联合都用于将数据组织成更大的单元，但它们在内存使用上有本质的不同。结构体中的所有成员都独立占用内存，而联合中的所有成员共享同一块内存空间。尽管如此，它们都体现了C语言强大的内存操作能力，为开发者提供灵活的数据处理选项。 # 2. 结构体和联合的定义与应用 ## 2.1 结构体的定义和声明 ### 2.1.1 结构体的基本语法 结构体（struct）是C语言中一种复合数据类型，它允许将不同类型的数据项组合成一个单一的类型。在定义结构体时，我们首先需要使用`struct`关键字，紧接着是结构体的名称和一个大括号内的成员列表。每个成员都通过一个分号结束。结构体名称通常遵循大驼峰命名法则，以保持代码的可读性。 以下是定义一个结构体的基本语法示例： ```c struct Point { int x; int y; }; ``` 在这个例子中，我们定义了一个名为`Point`的结构体，它有两个整型成员`x`和`y`。一旦定义完成，我们就可以创建该结构体类型的变量了。 ### 2.1.2 结构体变量的创建和初始化 创建结构体变量有两种基本方法：声明时直接定义和使用已有的结构体类型来定义。对于初始化，可以在声明时直接进行，也可以在结构体变量创建后单独进行。 #### 创建结构体变量 ```c struct Point { int x; int y; }; // 方法1：声明时直接定义 struct Point p1 = {10, 20}; // 方法2：使用已有的结构体类型来定义 struct Point p2; p2.x = 30; p2.y = 40; ``` 在上述代码中，`p1`是通过在声明的同时使用初始化列表来创建的，而`p2`则是先声明了变量，之后再分别对其成员`x`和`y`赋值。 #### 初始化结构体变量 结构体变量可以使用初始化列表进行初始化，例如： ```c struct Point point = {100, 200}; ``` 这种初始化方式简洁明了，允许在声明变量的同时赋予每个成员一个初始值。 结构体的初始化也可以在声明之后通过赋值语句进行，如上面的`p2`的定义。 ## 2.2 联合的定义和特性 ### 2.2.1 联合的基本概念 联合（union）在C语言中用于表示可以存储不同类型数据但共享同一内存空间的类型。联合的大小等于其最大成员的大小。与结构体不同的是，在任何给定时间内，联合只能存储其中一个成员的值。 定义联合的基本语法与结构体类似，但是使用`union`关键字： ```c union Data { int i; float f; char str[20]; }; ``` 在这个例子中，`Data`联合可以存储一个整数、一个浮点数或一个字符串，但不能同时存储。 ### 2.2.2 联合与结构体的区别 结构体和联合最根本的区别在于它们使用内存的方式。结构体为每个成员分配内存，而联合则为所有成员共同分配内存。因此，结构体可以存储多个数据，而联合只能存储一个数据。 在性能方面，联合通常可以减少内存的使用，但是需要用户自己管理共享内存空间的使用。结构体则在逻辑上更加清晰，但可能会使用更多的内存空间。 ```c struct Example { int a; char b; }; union Alternative { int a; char b; }; size_t structSize = sizeof(struct Example); // 8字节（在大多数平台） size_t unionSize = sizeof(union Alternative); // 4字节（在大多数平台） ``` 在上述代码中，`structExample`的大小为8字节（两个成员），而`unionAlternative`的大小仅为4字节（因为所有成员都共享同一内存空间）。 ## 2.3 结构体与联合的内存布局 ### 2.3.1 内存对齐的原理 内存对齐是编译器为了优化硬件上的内存访问速度而进行的一种操作。现代CPU通常以多个字节为单位从内存中读取数据，所以如果数据对齐恰当，CPU就可以一次性读取到需要的数据，避免了多个读取周期。 结构体的内存布局会受到对齐的影响。编译器会根据成员的类型和大小以及特定平台的对齐规则来决定每个成员的内存地址。 例如，在某些平台上，结构体成员的地址通常是其大小的整数倍，这种规则称为自然对齐。 ```c struct AlignedData { char a; // 占用 1 字节 int b; // 占用 4 字节，因此 b 的地址应该是 4 的倍数 }; ``` 在这个例子中，`b`的地址将会是4的倍数，即便`a`只占用1个字节，`b`也会在`a`之后的3个字节填充，以保证其地址是4的倍数。 ### 2.3.2 如何查看和计算结构体的大小 要查看和计算结构体的大小，可以使用`sizeof`操作符。结构体的大小取决于其成员类型和数量以及平台的对齐规则。 ```c struct Example { char a; // 1字节 int b; // 4字节 char c; // 1字节 }; printf("Size of struct Example is %zu bytes.\n", sizeof(struct Example)); ``` 上述代码将输出结构体`Example`的大小，通常来说，该大小会大于1 + 4 + 1 = 6字节，因为存在对齐的因素。 要了解具体的内存布局，可以使用`offsetof`宏（C99标准提供）来获取每个成员相对于结构体首地址的偏移量。 ```c #include <stdio.h> struct Example { char a; int b; char c; }; int main() { printf("Offset of a: %zu\n", offsetof(struct Example, a)); printf("Offset of b: %zu\n", offsetof(struct Example, b)); printf("Offset of c: %zu\n", offsetof(struct Example, c)); return 0; } ``` 这段代码将显示每个成员的偏移量，从而有助于理解内存布局。在实际开发中，了解结构体和联合的内存布局对于性能优化和硬件交互编程至关重要。 ## 表格：结构体与联合的内存使用对比 | 类型 | 内存使用 | 对齐规则 | 成员访问 | | --- | --- | --- | --- | | 结构体 | 各成员总和 | 取决于编译器和平台 | 可同时访问所有成员 | | 联合 | 最大成员大小 | 各成员共用首地址 | 一次只能访问一个成员 | ## Mermaid 流程图：结构体与联合的内存布局 ```mermaid graph TD A[开始] --> B{选择类型} B -->|结构体| C[定义成员] B -->|联合| D[定义成员] C --> E[计算总大小] D --> F[计算最大成员大小] E --> G[应用对齐规则] F --> G G --> H[确定最终内存布局] H --> I[结束] ``` 通过上述内容的介绍，我们可以看出，结构体和联合在内存布局上有明显差异。结构体根据成员类型和编译器的对齐规则占用内存，而联合则根据最大成员的大小来分配内存。正确理解和使用这两种数据类型，对提升程序效率和性能有着重要的影响。在下一章节中，我们将进一步探讨结构体和联合在更高级的应用场景，包括嵌套使用、指针操作以及与函数参数的结合。 # 3. 结构体和联合的高级特性 ## 3.1 嵌套结构体的使用 ### 3.1.1 嵌套结构体的定义 嵌套结构体是结构体内部定义了另一个结构体作为其成员变量。这种技术在现实世界中模拟复杂的数据结构时非常有用，比如在表示一个人的地址信息时，地址本身可能是一个结构体，包含街道、城市、邮编等字段，而一个人的信息结构体可以嵌套地址结构体作为其成员变量。 ```c typedef struct { char street[50]; char city[30]; char state[2]; int zipCode; } Address; typedef struct { char firstName[30]; char lastName[30]; Address address; // 嵌套结构体 char phoneNumber[15]; char email[50]; } Person; ``` 在上述示例中，`Person` 结构体内部嵌套了 `Address` 结构体作为其成员变量。这样的嵌套方式能够帮助我们更好地组织和封装数据。 ### 3.1.2 嵌套结构体的实例操作 一旦定义了嵌套结构体，我们就可以像操作普通结构体一样操作嵌套的结构体成员。我们来演示如何创建 `Person` 结构体的实例并初始化其成员： ```c Person person1; // 初始化嵌套的Address结构体成员 strcpy(person1.address.street, "123 Main St."); strcpy(person1.address.city, "Anytown"); strcpy(person1.address.state, "CA"); person1.address.zipCode = 90210; // 初始化其他Person结构体成员 strcpy(person1.firstName, "John"); strcpy(person1.lastName, "Doe"); strcpy(person1.phoneNumber, "555-1234"); strcpy(person1.email, "[email protected]"); ``` 在此过程中，我们使用了 `strcpy` 函数来复制字符串到结构体的字符数组成员中。需要注意的是，在对字符数组进行操作时，要确保目标空间足够大，以避免溢出。 ## 3.2 指向结构体的指针 ### 3.2.1 结构体指针的声明和使用 当我们处理大量结构体数据时，使用指针可以有效地管理内存。通过指向结构体的指针，我们可以高效地访问和操作结构体数据。 ```c Person *ptrPerson = &person1; // 指向person1的指针 printf("%s %s\n", ptrPerson->firstName, ptrPerson->lastName); ``` 在上面的代码中，我们创建了一个指向 `Person` 结构体的指针 `ptrPerson`。使用 `->` 运算符来访问结构体的成员变量。 ### 3.2.2 结构体指针与数组的结合 结构体指针通常与数组一起使用，以访问数组中每个结构体元素的成员变量。 ```c Person people[10]; // 假设我们有一个包含10个Person的数组 people[0] = person1; // 将person1复制到数组的第一个元素 Person *ptrArray = &people[0]; // 指向数组第一个元素的指针 // 遍历数组，使用结构体指针访问每个元素 for (int i = 0; i < 10; i++) { printf("%s %s\n", (ptrArray + i)->firstName, (ptrArray + i)->lastName); } ``` 在这个例子中，我们创建了一个包含10个 `Person` 结构体的数组，并用指针 `ptrArray` 遍历该数组。通过指针的算术运算 `(ptrArray + i)`，我们能够有效地访问数组中的每个结构体元素。 ## 3.3 结构体与函数参数 ### 3.3.1 结构体作为函数参数 结构体可以作为函数的参数传递，这样做的好处是能够将相关数据封装在结构体内并作为一个整体传递给函数，这使得代码更加模块化和易于管理。 ```c void printPersonInfo(Person person) { printf("Name: %s %s\n", person.firstName, person.lastName); } // 使用结构体作为参数 printPersonInfo(people[0]); ``` ### 3.3.2 返回结构体的函数 函数除了可以接收结构体作为参数外，还可以返回结构体类型的数据。这对于需要从函数返回多个值的情况特别有用。 ```c Person createPerson(const char *firstName, const char *lastName) { Person p; strcpy(p.firstName, firstName); strcpy(p.lastName, lastName); return p; // 返回一个Person结构体的实例 } // 使用返回结构体的函数 Person newEmployee = createPerson("Jane", "Smith"); ``` 在上述代码中，`createPerson` 函数接收两个字符串参数，并返回一个初始化好的 `Person` 结构体实例。通过这种方式，我们可以创建结构体的临时实例并将其传递给其他函数，或是将它们存储到其他结构体中。 # 4. 结构体和联合在实际编程中的应用 ## 4.1 结构体在数据管理中的应用 在现代软件开发中，数据管理是核心任务之一。结构体作为C语言中封装数据的强有力工具，能够在程序中扮演重要角色。我们将探讨结构体如何进行数据封装和其与链表结合来管理数据的细节。 ### 4.1.1 使用结构体进行数据封装 数据封装是面向对象编程的核心概念之一，但在C语言中，我们可以利用结构体实现类似的数据封装。结构体通过将不同类型的数据项组合在一起形成一个单一的复合数据类型，允许程序员将数据和操作这些数据的函数关联起来。 ```c // 结构体定义示例 typedef struct { int id; // 学生ID char name[50]; // 学生姓名 float score; // 学生成绩 } Student; // 函数声明 void printStudentInfo(Student student); // 使用结构体封装数据 void useStudentStruct() { Student student1 = {1, "Alice", 92.5}; printStudentInfo(student1); } ``` ### 4.1.2 结构体与链表的结合 链表是一种常见的数据结构，用于动态地存储数据项。结构体与链表结合使用时，可以实现复杂数据结构的创建和管理。链表节点通常包含两个部分：数据域和指针域。数据域可以使用结构体来定义，指针域则用于连接链表的各个节点。 ```c // 链表节点结构体定义 typedef struct Node { Student data; // 存储学生信息的结构体 struct Node *next; // 指向下一个节点的指针 } Node; // 创建链表节点 Node* createNode(Student student) { Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node)); if (newNode == NULL) { perror("Failed to allocate memory"); exit(EXIT_FAILURE); } newNode->data = student; newNode->next = NULL; return newNode; } ``` 在上述代码中，我们首先定义了一个节点结构体`Node`，其中包含一个`Student`类型的结构体`data`和一个指向下一个`Node`的指针`next`。然后我们创建了一个`createNode`函数来初始化新的链表节点。 ## 4.2 联合在资源节省中的应用 联合（Union）提供了一种在相同的内存位置存储不同数据类型的方式，这种方式在需要节省内存资源时非常有用。我们将探讨如何利用联合来实现多类型数据共享内存空间以及其与枚举类型的结合使用。 ### 4.2.1 多类型数据共享内存空间 联合是一种特殊的数据类型，它允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。这意味着联合的大小等同于它最大成员的大小。这样的特性非常适合于那些需要在内存中临时存储多种数据类型的情况。 ```c // 定义一个联合来存储整数和浮点数 typedef union { int intValue; float floatValue; } NumberUnion; // 演示联合成员的内存共享 void showUnionMemoryUsage() { NumberUnion num; printf("Size of union NumberUnion: %zu\n", sizeof(num)); } ``` ### 4.2.2 联合与枚举类型的结合 联合可以与枚举类型结合，用来表示一组相关的常量和存储对应值的空间。这种方式在表示状态、配置选项等场景中非常有用。 ```c // 定义枚举类型表示可能的配置选项 typedef enum { CONFIG_OPTION_A, CONFIG_OPTION_B, CONFIG_OPTION_C } ConfigOption; // 定义联合包含枚举类型和对应的值 typedef struct { ConfigOption option; union { int valueA; float valueB; char *valueC; } configValue; } Config; // 使用联合与枚举类型结合 void useConfigUnion() { Config config; config.option = CONFIG_OPTION_B; config.configValue.valueB = 3.14f; // ... 可以根据option的值来决定如何使用configValue中的值 } ``` ## 4.3 结构体和联合的综合案例分析 在这一部分，我们将通过两个具体的案例来展示结构体和联合如何在实际编程中得以应用。 ### 4.3.1 案例一：学生信息管理系统 在这个案例中，我们创建一个学生信息管理系统，它使用结构体来封装学生信息，并使用链表来管理这些信息。 ```c // 假设我们已经定义了Student结构体 // 创建链表存储学生信息 Node *createStudentList(Student *students, int length) { Node *head = NULL; Node *tail = NULL; for (int i = 0; i < length; i++) { Node *newNode = createNode(students[i]); if (head == NULL) { head = newNode; tail = newNode; } else { tail->next = newNode; tail = newNode; } } return head; } ``` ### 4.3.2 案例二：简单的文本数据库 在这个案例中，我们将使用结构体存储文本数据，并用联合来表示不同类型的数据字段。 ```c // 定义一个联合来存储不同的文本数据类型 typedef union { char str[50]; int num; float flt; } TextData; // 定义一个结构体表示文本数据库的一行 typedef struct { int id; TextData data; } TextRow; // 假设我们有一个字符串数组表示数据源 char *dataSources[] = {"Alice", "90", "3.14", "Bob", "80", "2.72"}; // 使用结构体和联合填充文本数据库 TextRow *createTextDatabase(int length) { TextRow *db = (TextRow *)malloc(length * sizeof(TextRow)); for (int i = 0; i < length; i += 3) { db[i / 3].id = i / 3; db[i / 3].data.str[0] = '\0'; // 清空字符串 if (sscanf(dataSources[i], "%s", db[i / 3].data.str) != 1) { perror("Error reading string"); } } return db; } ``` 通过这些案例，我们可以看到结构体和联合是如何在不同的应用场景中发挥作用的，它们提供了强大的数据管理工具，使得C语言程序能够有效地处理各种数据问题。 # 5. 结构体与联合编程技巧及问题解析 在本章中，我们将深入探讨结构体和联合在编程实践中可能遇到的问题，并提供解决这些问题的技巧。同时，我们还将探讨一些高级编程技巧，以帮助程序员更高效地使用这些类型。 ## 5.1 结构体与联合的常见编程问题 ### 5.1.1 结构体初始化的问题与对策 在编程中，结构体的初始化是常见的操作，但同时也容易产生问题。结构体初始化的问题主要集中在内存覆盖、内存泄漏等方面。例如，错误的初始化顺序可能导致某些成员没有被正确初始化，而多余的初始化操作可能会导致未定义的行为。 解决这一问题的一个对策是使用结构体字面量来初始化结构体变量，并且明确初始化所有成员。在C99标准中，引入了指定初始化器（Designated Initializers），这使得初始化更加灵活和安全。 ```c typedef struct { int id; char name[20]; float score; } Student; // 使用指定初始化器安全地初始化结构体 Student student = { .id = 1, .name = "John Doe", .score = 93.5 }; ``` ### 5.1.2 联合使用时的数据覆盖问题 联合体由于所有成员共享同一块内存，因此在不同成员之间的数据覆盖是联合使用时的一个主要问题。如果一个类型较大的成员被写入数据后，紧接着使用一个较小的类型成员覆盖了该联合体，那么较大的成员的数据将不再完整。 为避免数据覆盖问题，应谨慎管理联合体成员的使用顺序，并在设计阶段仔细规划联合体的结构和用途。在程序中，应当遵循数据生命周期管理的原则，避免未定义的行为。 ## 5.2 结构体与联合编程技巧 ### 5.2.1 如何优化结构体的内存使用 结构体的内存优化主要关注于减少内存浪费和提高数据访问效率。内存对齐是关键，适当的结构体字段顺序可以减少内存占用。使用`__attribute__((packed))`可以让编译器忽略默认的内存对齐规则，减少浪费，但这通常会牺牲访问速度。 ```c typedef struct __attribute__((packed)) { char small_member; int large_member; } TightStruct; ``` ### 5.2.2 联合使用的注意事项和技巧 在使用联合时，需要注意数据覆盖的问题，并采取措施来确保数据的正确性。设计联合时应考虑成员的生命周期，以防止新数据覆盖旧数据。另外，联合可以用于实现复杂的数据结构，例如变长数据类型或状态机。 ```c typedef enum { FLOAT_TYPE, INT_TYPE, STRING_TYPE } DataType; typedef union { float f; int i; char *str; } DataUnion; DataUnion data; data.i = 1234; ``` 在使用联合体时，同样需要合理安排内存，避免不必要的数据覆盖。还需要注意不要对同一联合体同时访问不同类型的成员，这会导致未定义行为。 至此，我们已经讨论了在编程中使用结构体和联合时可能遇到的一些常见问题以及解决这些问题的技巧。在接下来的章节中，我们将继续深入探讨结构体和联合在数据管理和资源节省方面的高级应用，并通过案例分析来强化理论知识的实际应用。 # 6. C语言结构体与联合的进阶主题 ## 6.1 结构体与位字段 在C语言中，位字段是一种特殊的数据结构，它允许我们在结构体中定义占用位数的字段。这在存储和处理位级别数据时非常有用，例如，定义标志位、配置选项或优化存储空间。 ### 6.1.1 位字段的定义和应用 位字段通过在结构体中使用冒号 `:` 后跟一个数字来定义，该数字指定了该字段使用的位数。如果要定义一个使用3位的无符号整数字段，可以这样编写： ```c struct { unsigned int field1 : 3; // 其他字段定义 } bitfield; ``` 位字段的命名和使用方法与普通结构体字段类似，但需要注意位字段的跨平台问题和对齐问题。 ### 6.1.2 结构体中的位操作技巧 使用位字段可以有效地进行位操作。例如，下面的代码展示了如何操作结构体中的位字段来设置、清除和测试位： ```c #include <stdio.h> struct { unsigned int flag1 : 1; unsigned int flag2 : 1; unsigned int flag3 : 1; } status; int main() { // 设置位 status.flag1 = 1; // 清除位 status.flag2 = 0; // 测试位是否被设置 if (status.flag1) { printf("flag1 is set\n"); } else { printf("flag1 is not set\n"); } return 0; } ``` 位字段在需要与硬件交互的程序中非常有用，例如驱动开发或嵌入式系统编程。它们也可以用于网络通信、压缩算法以及任何需要精确控制内存布局的场景。 ## 6.2 结构体与JSON数据的转换 JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，广泛用于网络数据传输。在C语言中，经常需要将结构体数据序列化为JSON格式，或从JSON数据反序列化为结构体。 ### 6.2.1 JSON基础和应用场景 JSON格式通过简单的文本表示数据，易于阅读和编写，也易于机器解析和生成。JSON支持两种结构：对象（键值对集合）和数组（值的有序列表）。 在C语言中，结构体和联合数据类型与JSON之间的转换通常需要使用第三方库，如`cJSON`或`Jansson`。 ### 6.2.2 结构体与JSON序列化和反序列化 序列化是指将结构体数据转换为JSON格式的过程，反序列化则是将JSON数据转换回结构体的过程。 序列化的示例代码如下： ```c #include <stdio.h> #include <cJSON.h> struct { char *name; int age; } person = {"Alice", 30}; int main() { // 创建JSON对象 cJSON *json = cJSON_CreateObject(); cJSON_AddStringToObject(json, "name", person.name); cJSON_AddNumberToObject(json, "age", person.age); // 将JSON对象转换为字符串 char *json_str = cJSON_Print(json); printf("%s\n", json_str); // 清理 cJSON_Delete(json); free(json_str); return 0; } ``` 反序列化的示例代码如下： ```c #include <stdio.h> #include <cJSON.h> int main() { // JSON字符串数据 const char *json_str = "{\"name\":\"Bob\",\"age\":25}"; cJSON *json = cJSON_Parse(json_str); // 从JSON对象获取数据并填充结构体 if (json) { struct { char *name; int age; } person; person.name = cJSON_GetStringValue(cJSON_GetObjectItem(json, "name")); person.age = cJSON_GetObjectItem(json, "age")->valueint; // 处理反序列化后的数据 printf("Name: %s, Age: %d\n", person.name, person.age); // 清理 cJSON_Delete(json); } return 0; } ``` 处理JSON数据时，需要注意内存管理和错误处理。尤其是反序列化过程中，JSON数据结构可能与程序期望的C语言结构体结构不同，需要进行相应的转换和验证。 ## 6.3 联合与数据处理 联合提供了在相同内存位置存储不同类型数据的能力，这在数据处理中有特定的应用场景。 ### 6.3.1 联合在数据转换中的作用 联合与结构体不同，它允许你在相同的内存位置存储不同的数据类型。这通常用于节省空间，或者在需要对同一块数据进行不同类型解释的场景。 示例代码展示了联合的使用： ```c #include <stdio.h> union Data { int i; float f; char str[4]; }; int main() { union Data data; data.i = 123456789; // 打印int值 printf("data.i = %d\n", data.i); // 将相同的内存解释为float值 data.f = 0.0; printf("data.f = %f\n", data.f); // 将内存解释为字符数组 printf("data.str = %s\n", data.str); return 0; } ``` ### 6.3.2 联合在硬件编程中的应用 在硬件编程中，联合经常用于描述硬件寄存器。由于硬件寄存器通常由特定的位组成，定义一个包含位字段的联合可以非常直观地映射到寄存器的位上。 ```c #include <stdio.h> typedef union { struct { unsigned int offset : 12; unsigned int size : 20; }; unsigned int val; } MemoryRange; int main() { MemoryRange range = { .offset = 0x123, .size = 0x456 }; // 打印联合整数值 printf("range.val = 0x%X\n", range.val); // 修改联合中的offset位段 range.offset = 0x789; // 打印更新后的val值 printf("range.val = 0x%X\n", range.val); return 0; } ``` 联合的一个重要注意事项是，在同一时间只能使用其中一个成员。在硬件编程中，联合可以极大地简化对寄存器的访问和操作。 以上章节介绍了结构体与联合在C语言中的进阶应用，包括位字段的使用技巧、JSON数据的序列化与反序列化以及联合在数据处理中的特殊作用。通过这些技术，开发者可以更好地处理复杂的数据结构和实现高效的数据转换。