C语言的结构体体系基础知识

C 语言中，struct（结构体）是一个强大的工具，用于定义一个复合数据类型，存储多个不同类型的数据。它可以被用于组织和表示现实世界中的实体。

1. 定义结构体

最基本的用法是定义结构体类型。

// 定义一个结构体表示一个学生
struct Student {
    char name[50];  // 学生姓名
    int age;        // 学生年龄
    float grade;    // 学生成绩
};

2. 声明结构体变量

使用 struct 定义的结构体类型可以用来声明变量。

struct Student student1, student2;

使用结构体的同时声明变量。

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    float grade;
} student1, student2;

3. 访问结构体成员

通过点运算符 (.) 来访问结构体的成员。

student1.age = 20;  // 设置学生1的年龄
printf("%d", student1.age);  // 获取学生1的年龄

4. 指向结构体的指针

结构体的指针可以用来动态创建结构体对象，使用箭头运算符 (->) 来访问结构体成员。

struct Student* pStudent = &student1;
pStudent->age = 21;  // 设置指针所指向学生的年龄

5. 结构体数组

你可以声明一个结构体数组，用来存储多个结构体对象。

struct Student students[10];  // 存储10个学生
students[0].age = 20;  // 设置第一个学生的年龄为20

6. 结构体作为函数参数

结构体可以作为函数的参数进行传递。你可以传递结构体的副本，也可以传递结构体的指针来避免数据复制。

传递结构体副本：

void printStudent(struct Student s) {
    printf("Name: %s, Age: %d\n", s.name, s.age);
}

int main() {
    struct Student s1 = {"Tom", 20, 85.5};
    printStudent(s1);  // 传递结构体副本
}

传递结构体指针（更高效）：

void printStudent(struct Student* s) {
    printf("Name: %s, Age: %d\n", s->name, s->age);
}

int main() {
    struct Student s1 = {"Tom", 20, 85.5};
    printStudent(&s1);  // 传递结构体指针
}

7. 结构体返回值

函数可以返回结构体对象，返回值是结构体的副本。为了避免大量的复制，也可以返回结构体的指针。

返回结构体副本：

struct Student createStudent(char* name, int age) {
    struct Student s;
    strcpy(s.name, name);
    s.age = age;
    s.grade = 90.0;
    return s;  // 返回结构体副本
}

返回结构体指针：

struct Student* createStudent(char* name, int age) {
    struct Student* s = (struct Student*)malloc(sizeof(struct Student));
    strcpy(s->name, name);
    s->age = age;
    s->grade = 90.0;
    return s;  // 返回结构体指针
}

8. 结构体嵌套

结构体可以包含另一个结构体作为成员，这样可以构建更复杂的数据结构。

struct Address {
    char street[100];
    char city[50];
    int zipCode;
};

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    struct Address address;  // 嵌套结构体
};

9. typedef 与结构体简化

typedef 可以用来简化结构体的使用，避免在每次声明结构体变量时都写 struct 关键字。

// 使用 typedef 来简化结构体的声明
typedef struct {
    char name[50];
    int age;
} Student;

Student s1;  // 直接使用 Student，而不需要写 struct Student

10. 结构体指针数组

创建一个结构体指针的数组，用于存储结构体的指针。

struct Student* students[10];  // 存储10个学生结构体的指针
students[0] = (struct Student*)malloc(sizeof(struct Student));
students[0]->age = 20;  // 通过指针访问结构体成员

11. 联合体与结构体结合

在 C 语言中，结合结构体和联合体使用，尽管这不是非常常见，但是它可以在内存管理上更具优势。

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

struct Info {
    int id;
    union Data data;
};

struct Info info;
info.id = 1;
info.data.i = 10;  // 只使用联合体中的 int 部分

12. 结构体与动态内存分配

可以使用 malloc 或 free 来动态分配和释放结构体的内存。

struct Student* s = (struct Student*)malloc(sizeof(struct Student));
s->age = 25;
free(s);  // 释放动态分配的内存

13. 匿名结构体

你也可以创建匿名结构体，这样在不需要定义新的类型名的情况下，直接声明结构体。

struct {
    int x;
    int y;
} point1, point2;
point1.x = 10;
point1.y = 20;

14. 位域结构体

位域（Bit-field）允许你在结构体中使用位级别的存储。它是节省内存的一种方式，但需要注意字节对齐问题。

struct MyStruct {
    unsigned int a : 3;  // a 占用 3 位
    unsigned int b : 5;  // b 占用 5 位
};

总结

struct 是 C 语言中非常强大的数据类型，它能够存储不同类型的数据，并通过访问结构体成员来组织和操作这些数据。其用法非常广泛，常见的用法包括：

• 定义和声明结构体
• 访问结构体成员
• 结构体数组、指针和函数参数
• 结构体嵌套
• 动态内存分配

通过合理使用结构体，可以有效地管理和组织复杂的数据结构。希望这些示例和解释能够帮助你更好地理解结构体的用法！如果有任何疑问，欢迎继续提问。