单片机软件架构连载(4)-结构体

枚举、指针、结构体，我愿称为C语言"三板斧"。

用人话来讲，几乎所有c语言高阶编程，都离不开这这3个知识点的应用。

今天站在实际产品常用的角度，给大家讲一下结构体。

1.结构体概念

结构体可以用来构建更复杂的数据结构，如队列、链表等。

在C语言，数据类型有char、short、int...等，还有可以通过数组来构造同类型数据的集合，比如说unsigned char buff[10]。

但这种数据集合，只能是同一种类型的数据。

在我们产品开发时，通常有很多需要不同数据类型组合的数据结构，比如像学生信息，包含姓名，年龄，成绩等信息。

不同的信息，可能会涉及不同的数据类型，比如数组，字符，整型....

我们希望把这些信息，能够封装起来，形成一个新的数据结构，比如学生信息数据结构，这样工程师在对这些数据处理时，会更方便，否则身份信息一多，容易乱，基于这种需求，就有了结构体。

所以，结构体（Structure）在C语言中是一种复合数据类型，它能将相关但不同类型的数据，组合成一个新的数据类型/结构。

结构体是面向对象编程中类的基础，尽管C语言本身不是面向对象的，但结构体提供了一种模拟面向对象特性的方式。

比如"学生"是对象，我们把这个对象共有的数据信息(姓名、年龄、成绩)封装起来，构建这个对象的数据类型。

2.结构体常用的定义和访问

2.1定义结构体类型

语法如下：

这里的结构体名是你自定义的名称，用于之后引用这个结构体类型。 示例代码：

每个类型后面跟着的是结构体中的成员变量，它们可以是基本数据类型，如char、short、int、float等，也可以是其他结构体类型，比如指针，结构体类型。

2.2 定义和初始化结构体变量

定义好结构体类型后，我们就可以用该类型，去定义一个结构体变量，并初始化其成员值了。 示例代码：

创建Student类型的结构体变量stu1，并初始化，名字为 ZhangSan，年龄 20，成绩 92.5。

2.3 结构体成员的访问

结构体的每个成员都可以通过点（.）操作符来访问。格式如下：

这里变量名是结构体变量的名称，成员名是结构体中定义的成员变量的名称。 示例代码：

代码结果输出：

2.4 用typedef 定义结构体类型

还有一种方式，也是产品开发很常用的，就是用typedef去定义结构体类型。

这段代码使用typedef关键字，在定义结构体的同时创建了一个新的类型别名Student。

这样做的好处是，你可以在程序的其他地方，直接使用Student来定义结构体变量，而不需要每次都写出完整的结构体定义。 例如：

这种方式，代码更加简洁和易于阅读，实际产品开发用的很多很多。

3.结构体数组

结构体数组是将结构体变量存储在一个数组中，这样可以同时处理多个具有相同结构体类型的数据。

以下是结构体数组的定义和使用的基本步骤：

3.1 定义结构体数组

3.2 初始化结构体数组

可以在定义数组的同时初始化它，为每个元素的成员赋值。

3.3 使用结构体数组

使用结构体数组时，可以通过索引来访问和修改数组中的元素。 下是完整的示例代码，演示如何定义结构体数组、初始化以及使用它。

代码输出结果：

我们定义了一个Student结构体类型，然后创建了一个包含2个元素的students数组，并为数组里的元素进行初始化。

最后用for循环来遍历数组并打印每个学生的信息。

可以发现，使用结构体数组，可以方便地管理和操作具有相同属性的多个数据项。

4.结构体指针

指针与结构体在C语言中是紧密相关的，因为结构体经常通过指针来操作，以提高程序的效率和灵活性。 我们无际单片机特训营的项目3，用结构体指针做了链表和防盗报警模式的切换。 结构体指针，就是指向结构体的指针变量，存储着结构体变量在内存中的地址。

4.1 定义结构体指针

4.2 初始化结构体指针

4.3 使用结构体指针

以上代码演示了，通过结构体指针，我们可以间接访问和修改结构体变量的成员。 代码输出结果：

5.嵌套结构体

嵌套结构体，就像它的名字一样，指的是一个结构体里面包含了另一个结构体。

这就像是一个大箱子里装了一个小箱子，小箱子里还可以装东西。

在现实世界中，很多数据都是有层次关系的。比如，一个学校有多个班级，每个班级有多个学生。

那使用嵌套结构体，就可以很好地在计算机世界，模拟这种层次关系，使得复杂的数据关系，变得更加清晰。

5.1 定义嵌套结构体

定义嵌套结构体，其实就是在一个大结构体的定义中包含一个小结构体。

这里是一个简单的例子：

Student结构体中的bestCourse成员是一个Course类型的结构体，这就是嵌套结构体。

5.2初始化和使用嵌套结构体

代码输出结果：

6.结构体产品应用

6.1硬件抽象化

结构体能以一种与硬件无关的方式来编写代码。

比如定义各种硬件配置参数，如GPIO配置、定时器设置等。

这样做有什么优势？ 可以兼容在不同的硬件上运行，大大提高了代码的可移植性。

通过提供一系列标准化的函数或方法来简化对硬件的操作。开发者无需深入了解硬件的具体细节，就可以实现对硬件的控制。

STM32的库就是一个很典型的例子，一个库能兼容同一系列所有MCU。

6.2 产品的系统参数

比如说一些需要掉电保存的数据。

结构体可以将相关的数据项组合在一起，形成数据封装，方便后续EEPROM的读写操作，也有助于提高代码的可读性和可维护性。

6.3 复杂的数据结构

比如无际单片机特训营的项目，通过结构体做队列，任务管理，链表等数据结构。

如果说指针是C语言的灵魂，那么结构体可以被视为C语言的“骨架”，是组织和操作复杂数据类型的重要工具，它为数据的封装、抽象和操作提供了强大的支持，是构建高效、可维护和可扩展程序的基础。

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