【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

什么是结构体结构体的定义与使用结构体内存布局嵌套结构体与指针结构体数组的操作结构体与函数结构体内存对齐机制位域与结构体的结合动态内存分配与结构体常见错误及调试技巧实战案例：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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