【C语言篇】探索 C 语言结构体：从基础语法到数据组织的初体验

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目录

1. 什么是结构体
2. 结构体的定义与使用
3. 结构体内存布局
4. 嵌套结构体与指针
5. 结构体数组的操作
6. 结构体与函数
7. 结构体内存对齐机制
8. 位域与结构体的结合
9. 动态内存分配与结构体
10. 常见错误及调试技巧
11. 实战案例：基于结构体的学生管理系统

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1. 什么是结构体

在C语言中，结构体（struct）是一种用户定义的数据类型，用于将不同类型的变量组合在一起。它允许我们定义复杂的数据类型，便于更直观地表示现实中的对象。

关键点：

• 结构体可以存储不同类型的数据。
• 适合需要组织复杂数据的场景。

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2. 结构体的定义与使用

2.1 定义结构体

定义一个结构体时需要使用关键字 struct。以下是基本语法：

#include <stdio.h>struct Student {int id;          // 学号char name[50];   // 姓名float score;     // 成绩
};

2.2 声明和初始化结构体变量

struct Student student1 = {1, "Alice", 95.5};

2.3 访问结构体成员

通过点运算符（.）访问成员：

printf("学号: %d\n", student1.id);
printf("姓名: %s\n", student1.name);
printf("成绩: %.2f\n", student1.score);

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3. 结构体内存布局

结构体在内存中的存储取决于其成员的排列顺序和对齐方式。以下代码用于分析内存布局：

#include <stdio.h>struct Example {char c;int i;double d;
};int main() {struct Example e;printf("结构体大小: %zu 字节\n", sizeof(e));return 0;
}

输出示例：

结构体大小: 16 字节

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4. 嵌套结构体与指针

4.1 嵌套结构体

struct Address {char city[50];int zipCode;
};struct Person {char name[50];struct Address address;
};

4.2 结构体指针

struct Student *ptr = &student1;
printf("姓名: %s\n", ptr->name); // 使用 -> 访问成员

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5. 结构体数组的操作

结构体数组用于存储多个结构体变量：

struct Student students[3] = {{1, "Alice", 90.0},{2, "Bob", 85.5},{3, "Charlie", 88.0}
};for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("学号: %d, 姓名: %s, 成绩: %.2f\n", students[i].id, students[i].name, students[i].score);
}

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6. 结构体与函数

6.1 传递结构体参数

按值传递会复制整个结构体，效率较低：

void printStudent(struct Student s) {printf("学号: %d, 姓名: %s, 成绩: %.2f\n", s.id, s.name, s.score);
}

按指针传递更高效：

void printStudentPtr(const struct Student *s) {printf("学号: %d, 姓名: %s, 成绩: %.2f\n", s->id, s->name, s->score);
}

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7. 结构体内存对齐机制

C语言编译器会根据平台规定对结构体进行对齐优化，确保高效访问。

7.1 对齐规则

• 每个成员的地址是其类型大小的整数倍。
• 结构体的总大小是其最大对齐单位的倍数。

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8. 位域与结构体的结合

位域允许我们压缩存储多个布尔值或小整数：

struct BitField {unsigned int a : 1;unsigned int b : 3;unsigned int c : 4;
};

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9. 动态内存分配与结构体

结合 malloc 动态分配结构体内存：

#include <stdlib.h>struct Student *student = (struct Student *)malloc(sizeof(struct Student));
student->id = 1;
strcpy(student->name, "Alice");
student->score = 95.0;
free(student);

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10. 常见错误及调试技巧

• 忘记为指针分配内存。
• 忽略结构体大小对齐规则。
• 在未初始化的结构体上操作。

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11. 实战案例：基于结构体的学生管理系统

设计一个管理学生信息的程序，支持添加、删除、查询操作。

11.1 数据结构设计

struct Student {int id;char name[50];float score;
};

11.2 主函数实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#define MAX 100struct Student {int id;char name[50];float score;
};struct Student students[MAX];
int count = 0;void addStudent(int id, const char *name, float score) {students[count].id = id;strcpy(students[count].name, name);students[count].score = score;count++;
}void printStudents() {for (int i = 0; i < count; i++) {printf("学号: %d, 姓名: %s, 成绩: %.2f\n", students[i].id, students[i].name, students[i].score);}
}int main() {addStudent(1, "Alice", 90.5);addStudent(2, "Bob", 85.0);printStudents();return 0;
}

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