C语言中联合体(Union)和结构体(Struct)的嵌套用法

联合体和结构体是C语言中两种重要的复合数据类型，它们可以相互嵌套使用，为复杂数据的表示提供了灵活的方式。

1. 联合体(Union)基础

联合体是一种特殊的数据类型，允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。联合体的所有成员共享同一块内存空间。

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

特点：

• 所有成员共享同一内存空间

• 大小由最大成员决定

• 同一时间只能存储一个成员的值

2. 结构体(Struct)基础

结构体是将不同类型的数据组合成一个整体的数据类型。

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    float score;
};

特点：

• 每个成员有自己的内存空间

• 大小是所有成员大小之和（考虑内存对齐）

• 可以同时存储所有成员的值

3. 联合体和结构体的嵌套使用

3.1 结构体中嵌套联合体

struct Variant {
    int type;  // 用于标识当前存储的数据类型
    union {
        int i;
        float f;
        char c;
    } value;
};

// 使用示例
struct Variant var;
var.type = 0;  // 假设0表示int
var.value.i = 10;

3.2 联合体中嵌套结构体

union Data {
    struct {
        int x;
        int y;
    } point;
    struct {
        float radius;
        float area;
    } circle;
};

// 使用示例
union Data data;
data.point.x = 10;
data.point.y = 20;
// 此时不能再使用circle成员，因为内存已被point占用

3.3 更复杂的嵌套

struct Employee {
    char name[50];
    int id;
    union {
        struct {
            float hourly_wage;
            int hours_worked;
        } hourly;
        struct {
            float annual_salary;
            float bonus;
        } salaried;
    } payment;
    int is_hourly;  // 标志位，0表示salaried，1表示hourly
};

// 使用示例
struct Employee emp1;
emp1.is_hourly = 1;
strcpy(emp1.name, "John Doe");
emp1.id = 1001;
emp1.payment.hourly.hourly_wage = 15.50;
emp1.payment.hourly.hours_worked = 40;

4. 匿名联合体和结构体

C11标准引入了匿名联合体和结构体，可以简化访问：

struct Variant {
    int type;
    union {
        int i;
        float f;
        char c;
    };  // 匿名联合体
};

// 使用示例
struct Variant var;
var.type = 0;
var.i = 10;  // 直接访问，不需要.value

5. 实际应用场景

1. 变体类型：当需要表示多种类型但每次只使用一种时

2. 节省内存：当多个数据不会同时使用时

3. 硬件寄存器映射：表示同一寄存器不同位域的含义

4. 协议解析：处理不同格式的网络数据包

5. 类型转换：利用联合体实现不同类型数据的位模式转换

6. 注意事项

1. 需要额外的标志字段来标识当前使用的成员

2. 访问非当前活跃成员会导致未定义行为

3. 初始化时只能初始化第一个成员

4. 赋值会覆盖之前存储的值

5. 在嵌入式系统中常用于节省内存空间