【C语言中的结构体详解】

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一、前言

在C语言中，结构体（struct）是一种自定义的数据类型，可以将不同类型的数据组合在一起。结构体的使用可以让程序更清晰、易维护，特别适合表示复杂的数据，如学生信息、商品信息等。

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二、结构体的定义与使用

1. 基本定义方式

在C语言中，使用 struct 关键字定义结构体，语法格式如下：

struct 结构体名 {
    数据类型 成员名1;
    数据类型 成员名2;
    ...
};

示例：定义学生信息结构体

#include 
#include 

// 定义结构体
struct Student {
    char name[50];
    int age;
    float score;
};

int main() {
    // 声明结构体变量并初始化
    struct Student s1;

    // 赋值
    strcpy(s1.name, "Alice");
    s1.age = 20;
    s1.score = 88.5;

    // 打印结构体成员
    printf("姓名: %s\n", s1.name);
    printf("年龄: %d\n", s1.age);
    printf("分数: %.2f\n", s1.score);

    return 0;
}

✅ 要点说明

• 使用 . 操作符访问结构体成员。
• strcpy() 函数用于赋值字符串，不能直接使用 = 赋值。

2. 初始化结构体

C语言支持多种结构体初始化方式：

方法一：分步赋值

struct Student s1;
s1.age = 20;
s1.score = 95.0;
strcpy(s1.name, "Bob");

方法二：定义时初始化

struct Student s2 = {"Tom", 21, 92.5};

方法三：C99标准指定初始化

struct Student s3 = {.name = "Jerry", .age = 22, .score = 89.0};

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三、结构体数组与指针

1. 结构体数组

结构体数组可以存储一组结构体变量，便于批量管理数据。

示例：学生数组

#include 
#include 

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

int main() {
    struct Student students[3] = {
        {"Alice", 20, 90.5},
        {"Bob", 21, 85.0},
        {"Charlie", 19, 88.0}
    };

    // 遍历结构体数组
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("学生%d: 姓名=%s, 年龄=%d, 分数=%.2f\n", 
               i + 1, students[i].name, students[i].age, students[i].score);
    }

    return 0;
}

✅ 要点说明

• students[i].name：访问结构体数组中的成员。
• 结构体数组常用于存储批量数据，如用户信息、商品清单等。

2. 结构体指针

结构体指针可以指向结构体变量，实现动态内存分配和参数传递。

示例：使用指针访问结构体成员

#include 
#include 

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

int main() {
    struct Student s = {"David", 22, 91.5};
    
    struct Student *p = &s;  // 指针指向结构体变量

    // 使用 -> 运算符访问结构体成员
    printf("姓名: %s\n", p->name);
    printf("年龄: %d\n", p->age);
    printf("分数: %.2f\n", p->score);

    return 0;
}

✅ 要点说明

• 使用 -> 运算符访问结构体指针的成员。
• 与 . 操作符不同，-> 是结构体指针专用操作符。

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四、结构体的内存对齐

C语言中的结构体在内存中按内存对齐规则存储。内存对齐可以提高程序性能，但可能会导致字节填充，造成内存浪费。

示例：内存对齐

#include 

struct A {
    char a;      // 1字节
    int b;       // 4字节
    short c;     // 2字节
};

int main() {
    printf("结构体A的大小: %lu 字节\n", sizeof(struct A));
    return 0;
}

在大多数编译器上：

• char 占 1 字节
• int 占 4 字节
• short 占 2 字节

由于内存对齐，结构体的大小通常会比成员变量之和更大。编译器会自动对齐，以提升内存访问效率。

✅ 内存对齐规则

• char 按 1 字节对齐
• int 按 4 字节对齐
• short 按 2 字节对齐

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五、结构体在实际开发中的应用

1. 文件读写中的使用

结构体常用于将数据打包保存到文件或从文件读取。

示例：将学生信息保存到文件

#include 
#include 
#include 

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

int main() {
    struct Student s = {"Eve", 23, 87.5};

    // 写入文件
    FILE *file = fopen("student.dat", "wb");
    if (file == NULL) {
        perror("文件打开失败");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    fwrite(&s, sizeof(struct Student), 1, file);
    fclose(file);

    // 从文件读取
    struct Student s2;
    file = fopen("student.dat", "rb");
    fread(&s2, sizeof(struct Student), 1, file);
    fclose(file);

    printf("读取学生信息：姓名=%s, 年龄=%d, 分数=%.2f\n",
           s2.name, s2.age, s2.score);

    return 0;
}

✅ 要点说明

• fwrite()：将结构体写入文件。
• fread()：从文件读取结构体。
• 使用 wb 和 rb 模式以二进制方式读写。