面试题：C++ 中 struct 和 union 的区别？如何使用 union 做优化？

在 C++ 中，struct 和 union 都是用于定义复合数据类型的工具，但它们的用途和行为有显著区别。以下是它们的区别以及如何使用 union 进行优化。

1. `struct` 和 `union` 的区别

特性	`struct`	`union`
内存分配	每个成员有独立的内存空间	所有成员共享同一块内存空间
内存大小	大小为所有成员大小的总和（考虑对齐）	大小为最大成员的大小
成员访问	可以同时访问所有成员	同一时间只能访问一个成员
用途	用于组织多个相关的数据	用于节省内存，同一时间只使用一个成员

2. `struct` 的用法

struct 用于将多个相关的数据成员组合在一起。
每个成员有独立的内存空间，可以同时访问所有成员。
例如：

  struct Point {
      int x;
      int y;
  };

  Point p;
  p.x = 10;
  p.y = 20; // x 和 y 可以同时使用

3. `union` 的用法

union 的所有成员共享同一块内存空间，同一时间只能使用其中一个成员。
主要用于节省内存，适用于同一时间只使用一个成员的场景。
例如：

  union Data {
      int i;
      float f;
      char c;
  };

  Data d;
  d.i = 10;       // 使用 int 成员
  std::cout << d.i; // 输出 10

  d.f = 3.14;      // 使用 float 成员
  std::cout << d.f; // 输出 3.14

4. 使用 `union` 进行优化

union 的主要优势是节省内存，适用于以下场景：

（1）存储多种类型的数据，但同一时间只使用一种

例如，一个数据可能是 int、float 或 char，但同一时间只会使用其中一种。
使用 union 可以避免为每种类型分配独立的内存。
例如：

  union Value {
      int intValue;
      float floatValue;
      char charValue;
  };

  Value v;
  v.intValue = 42; // 使用 int 成员
  v.floatValue = 3.14; // 切换到 float 成员

（2）与 `struct` 结合使用，实现变体类型

可以将 union 与 struct 结合，通过一个标记字段来指示当前使用的成员。
例如：

  struct Variant {
      enum Type { INT, FLOAT, CHAR } type; // 标记字段
      union {
          int intValue;
          float floatValue;
          char charValue;
      };
  };

  Variant v;
  v.type = Variant::INT;
  v.intValue = 42; // 使用 int 成员

（3）节省内存，优化性能

在内存受限的场景（如嵌入式系统）中，使用 union 可以减少内存占用。
例如：

  union {
      uint32_t ipAddress; // 32 位 IP 地址
      uint8_t octets[4];  // 4 个 8 位字节
  } ip;

  ip.ipAddress = 0xC0A80101; // 设置 IP 地址
  std::cout << (int)ip.octets[0]; // 输出第一个字节：192

5. `union` 的注意事项

成员覆盖：同一时间只能使用一个成员，访问其他成员会导致未定义行为。
初始化：只能初始化第一个成员。
析构函数：如果 union 的成员有非平凡析构函数，需要手动管理内存。

6. C++ 中的匿名 `union`

匿名 union 可以直接访问其成员，无需通过 union 变量名。
例如：

  struct Widget {
      enum Type { INT, FLOAT } type;
      union {
          int intValue;
          float floatValue;
      };
  };

  Widget w;
  w.type = Widget::INT;
  w.intValue = 42; // 直接访问 intValue