结构体

从4个阶段理解

第一阶段：为什么要用结构体？

想象一下，你要编写一个程序来管理学生信息。每个学生有：姓名、年龄、分数。

如果不使用结构体，你可能需要这样定义变量：

char name1[20] = "Zhang San";
int age1 = 18;
float score1 = 85.5;

char name2[20] = "Li Si";
int age2 = 19;
float score2 = 92.0;

痛点：

1. 数据零散：name1 和 age1 在逻辑上属于同一个人，但在代码中它们是毫无关系的独立变量。
2. 管理困难：如果有100个学生，你得定义300个变量，甚至建立3个独立的数组。一旦要通过函数传递一个学生的信息，你需要传3个参数。

解决方案： 我们需要一种机制，能够把不同类型的数据（char, int, float）打包到一个“盒子”里。这个“自定义的盒子类型”，就是结构体（Structure）。

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第二阶段：结构体的定义与创建

结构体的学习分为两步：先画图纸（定义类型），再盖房子（定义变量）。

1. 定义结构体类型（画图纸）

这只是告诉编译器这个“盒子”长什么样，不占用内存。

// 定义一个名为 Student 的结构体类型
struct Student {
    char name[20];  // 成员1：姓名
    int age;        // 成员2：年龄
    float score;    // 成员3：分数
}; // <--- 注意：这里必须有分号！

2. 定义结构体变量（盖房子）

有了图纸，我们就可以在内存中分配空间了。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct Student {
    char name[20];
    int age;
    float score;
};

int main() {
    // 方式一：定义并初始化
    struct Student s1 = {"Tom", 18, 95.5};

    // 方式二：C99标准引入的“指定初始化”（推荐，更清晰）
    struct Student s2 = {
        .age = 19,
        .name = "Jerry",
        .score = 88.0
    };

    return 0;
}

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第三阶段：如何操作结构体（访问与赋值）

1. 访问成员：点操作符 .

我们可以通过 . 来读取或修改结构体内部的数据。

// 修改 s1 的年龄
s1.age = 20;

// 打印信息
printf("Name: %s, Age: %d\n", s1.name, s1.age);

2. 这里的“深坑”：字符串赋值

初学者最容易犯的错误：

// 错误写法！！！
// s1.name = "Jack";  // 数组名是地址常量，不能直接赋值

// 正确写法：使用 strcpy
strcpy(s1.name, "Jack"); 

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第四阶段：结构体的高级用法（数组与指针）

1. 结构体数组（学生花名册）

如果要管理全班同学，我们不需要定义 s1, s2, s3...，而是使用数组。

struct Student class_A[3] = {
    {"Tom", 18, 90},
    {"Jerry", 19, 80},
    {"Bob", 18, 85}
};

// 访问第二个学生的年龄
printf("%d", class_A[1].age); 

2. 结构体指针与箭头操作符 ->（核心重点）

在C语言中，结构体往往占用较大内存。如果直接在函数间传递结构体变量，会进行值拷贝（复制整个结构体），效率很低。

通常我们传递结构体的地址（指针）。

struct Student s1 = {"Tom", 18, 95.5};
struct Student *p = &s1; // p 指向 s1 的地址

// 访问方式对比：

// 方式1：解引用（太麻烦，不常用）
// (*p).age = 20; 

// 方式2：箭头操作符（标准写法，常用！）
p->age = 20;  
// 读作：p 指向的那个结构体里的 age

总结口诀：

• 结构体变量用点 . （s1.age）
• 结构体指针用箭头 -> （p->age）

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第五阶段：实战演练（综合代码）

让我们把上面的知识串起来，写一个函数来修改学生的分数。

#include <stdio.h>

// 1. 定义类型
struct Student {
    char name[20];
    int age;
    float score;
};

// 2. 使用 typedef 起别名 (让代码更简洁)
// 以后用 Stu 代替 struct Student
typedef struct Student Stu;

// 3. 函数：修改分数
// 注意：必须传指针，否则修改的是副本！
void add_score(Stu *s, float points) {
    s->score += points; // 使用 -> 访问
}

int main() {
    Stu s1 = {"Alice", 20, 85.0};
    
    printf("修改前分数: %.1f\n", s1.score);
    
    // 传入 s1 的地址
    add_score(&s1, 5.0);
    
    printf("修改后分数: %.1f\n", s1.score);
    
    return 0;
}

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进阶：你需要知道的“内存对齐” (Memory Alignment)

这通常是面试题或底层开发关注的点。

问题： 下面的结构体占用多少字节？

struct Data {
    char c; // 1 字节
    int i;  // 4 字节
};

你可能以为是 1 + 4 = 5 字节。 但实际上用 sizeof(struct Data) 输出，结果通常是 8 字节。

原因： CPU 为了读取速度更快，不喜欢访问“不对齐”的地址。编译器会自动在 char c 后面填充 3 个空闲字节（Padding），让 int i 从 4 的倍数地址开始存放。

扩展

这张图片里的代码它同时用到了C语言结构体的两个“骚操作”：定义时声明变量 和 嵌套匿名结构体。

1. 定义时声明变量

——这是“画完图纸立刻盖房子”。

结构体定义（struct student { ... }）通常只是“画图纸”，不占内存。但如果你在定义的结尾、分号的前面写上名字（这里的 s），就意味着：

在定义 struct student 类型的同时，直接创建一个名为 s 的变量。

它等价于下面这两行代码的合并：

// 1. 先定义类型
struct student {
    int no;
    char name[20];
    // ... 其他成员
};

// 2. 再定义变量
struct student s; 

这种写法的特点：

• 省事：少写一行代码。
• 局限：通常这个 s 会变成一个全局变量（如果在 main 函数外面定义），或者你只想用这一次。

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2. 为什么内层 struct 后面没有名字，直接是大括号？

——这是“匿名结构体”作为成员。

注意看内层的这一段：

struct {   // <--- 这里没名字！
    int year;
    int month;
    int day;
} birth;   // <--- 这里是成员变量名

• 没有类型名（匿名）：struct 后面空的，说明程序员觉得：“这个日期的结构体太简单了，我不需要给它起个专门的名字（比如 struct Date），反正我就在这个 student 里面用一次，外面也不用。”
• 只有变量名：大括号后面的 birth 是这个内部结构体的变量名（或者叫成员名）。

这意味着：student 里有一个成员叫 birth，它本身又是一个包含了年月日的小结构体。

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3. 如何像剥洋葱一样访问数据？

弄懂了上面两点，这道题的答案就呼之欲出了。我们要给“生日的年份”赋值，必须一级一级地找下去，就像剥洋葱或者俄罗斯套娃：

1. 第一层（最外层变量）：找到学生变量 s。
2. 第二层（中间成员）：在 s 里找到负责生日的成员 birth。
   • 写法：s.birth
3. 第三层（最内层数据）：在 birth 里找到年份 year。
   • 写法：s.birth.year

所以，正确的赋值路径是： s (学生) . birth (生日) . year (年份)