第10章 结构体与联合体

想象一下你的学生证，上面有你的学号、姓名、年龄、班级等信息。在C++里，如果你用单独的变量来存储这些信息，管理起来会很零散。结构体（struct）就像一张定制的信息卡片，让你能把所有相关数据打包成一个整体。

结构体的定义与使用

定义一个结构体，需要使用关键字 struct，后面跟上结构体名称和一对花括号。花括号内是它的“成员变量”。

// 定义一个名为Student的结构体
struct Student {
    int id;          // 学号
    char name[20];   // 姓名
    int age;         // 年龄
    float score;     // 成绩
}; // 注意这里的分号不能少！

定义好蓝图后，就可以用它来创建具体的变量了，这称为“结构体变量”。访问其内部的成员，需要使用点运算符（.）。

// 创建结构体变量并初始化
Student stu1 = {1001, "张三", 18, 95.5};

// 访问和修改成员
stu1.age = 19;
cout << "姓名：" << stu1.name << endl;

结构体与数组、指针

结构体可以像基本类型一样，用于创建数组或与指针结合。这在处理批量数据时非常有用。

使用结构体指针时，访问成员需要使用箭头运算符（->），它是解引用和点运算符的组合简写。

Student stuArray[50]; // 结构体数组，存储50个学生信息
stuArray[0].id = 1001;

Student *pStu = &stuArray[0];
// 以下两种访问方式等价
(*pStu).score = 90.0;
pStu->score = 90.0; // 更常用、更清晰

我在一个嵌入式传感器数据采集项目中踩过坑：定义了一个包含温度、湿度、时间戳的结构体，然后用指针数组管理多个传感器。一开始错误地用点运算符访问指针成员，编译器报了一堆错，排查了半天才发现是运算符用错了。

联合体的定义与特性

联合体使用关键字 union 定义，语法与结构体类似，但其所有成员共享同一段内存空间。

union DataPacket {
    int intValue;
    float floatValue;
    char str[4];
};

DataPacket packet;
packet.intValue = 0x41424344; // 赋值给int成员
// 此时访问 packet.floatValue 或 packet.str 将解释同一段内存数据

联合体的大小至少能容纳其最大的成员。上面例子中，int 和 float 通常是4字节，char str[4] 也是4字节，所以 sizeof(DataPacket) 通常是4。

10.3 结构体与联合体的高级用法

结构体和联合体可以嵌套使用，以构建更复杂的数据模型。一个常见的模式是：结构体内包含一个联合体，并附带一个标签来指示当前联合体中哪个成员有效。

struct SensorData {
    enum DataType { INT, FLOAT, ERROR } type; // 类型标签
    union {
        int iVal;
        float fVal;
        char errCode;
    } value; // 匿名联合体，可直接访问其成员
};

SensorData data;
data.type = SensorData::FLOAT;
data.value.fVal = 36.5; // 直接访问联合体成员

// 根据类型标签安全地读取数据
if (data.type == SensorData::FLOAT) {
    cout << "温度：" << data.value.fVal << endl;
}

实际开发中，大部分团队会使用这种“标签联合”模式来处理变体数据，因为它比纯粹的联合体更安全，能避免误用无效成员。

struct StatusRegister {
    unsigned int errorFlag : 1;  // 1位
    unsigned int mode : 3;      // 3位
    unsigned int reserved : 28; // 28位
};