C言語における構造体と共用体の違いを具体例付きでわかりやすく解説

はじめに

C言語には、異なるデータ型の値をひとまとまりとして扱うための仕組みとして、「構造体」と「共用体」の2つが用意されています。どちらも宣言の書き方はよく似ていますが、メモリの確保方法や使い方がまったく異なります。

本記事では、構造体と共用体の違いを比較表とサンプルコードで解説し、あわせて使い分けのポイントも紹介します。

構造体と共用体の違い一覧

struct tagname {
    datatype member1;
    datatype member2;
    ......
};

union tagname {
    datatype member1;
    datatype member2;
    ......
};

struct sample {
    int a;
    float b;
    char c;
};

union sample {
    int a;
    float b;
    char c;
};

サンプルプログラム1：構造体の場合

以下は、構造体のサイズを sizeof 演算子で確認するC言語のプログラムです。

#include <stdio.h>

struct size {
    double a;   /* 8バイト */
    int b;      /* 4バイト */
    char c;     /* 1バイト */
    float d;    /* 4バイト */
};

int main(void) {
    printf("%ld", sizeof(struct size));
    return 0;
}

実行結果

24

メンバーのサイズを単純に足すと 8＋4＋1＋4＝17 バイトですが、実際には 24 バイトとなります。これは、CPUがデータへ効率よくアクセスできるよう、コンパイラがパディング（詰め物）を挿入してアライメント（境界整列）を調整するためです。構造体では、このように全メンバー分のメモリが個別に確保されます。

サンプルプログラム2：共用体の場合

次に、同じメンバー構成を持つ共用体のサイズを確認してみましょう。

#include <stdio.h>

union size {
    double a;   /* 8バイト */
    int b;      /* 4バイト */
    char c;     /* 1バイト */
    float d;    /* 4バイト */
};

int main(void) {
    printf("%ld", sizeof(union size));
    return 0;
}

実行結果

8

共用体では、すべてのメンバーが同じメモリ領域を共有するため、必要なサイズは最大のメンバー（double型の8バイト）だけで済みます。そのため、結果は 8 バイトになります。

使い分けのポイント

• 構造体：氏名・年齢・身長のように、複数の情報を同時に保持したい場合に適しています。
• 共用体：同じメモリ領域を別の型として読み書きしたい場合や、組み込み開発などメモリ資源が限られた環境での省メモリ化に役立ちます。
• 共用体では「最後に代入したメンバーの値だけが有効」になるため、異なるメンバーへ続けて代入すると以前の値は失われる点に注意が必要です。

まとめ

構造体と共用体はどちらも複数のメンバーを持てる点で共通していますが、構造体は全メンバー分のメモリを個別に確保して同時に扱えるのに対し、共用体は全メンバーで1つのメモリ領域を共有するという点が最大の違いです。この特性を理解したうえで用途に応じて使い分ければ、より安全で効率的なプログラムを作成できます。