第20讲：自定义类型：结构体

📚 第20讲：自定义类型：结构体 🧱

用“积木思维”构建复杂数据，告别单一变量的局限！
从学生档案到网络协议，结构体无处不在！

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📂 目录

1. 结构体类型的声明 —— 搭建数据的“房屋蓝图” 🏗️
2. 结构体变量的创建和初始化 —— 盖房入住 🏡
3. 结构成员访问操作符 —— 开门进屋 🔑
4. 结构体内存对齐 —— 房间的“风水布局” 🧭
5. 结构体传参 —— 搬家还是寄快递？ 📦
6. 结构体实现位段 —— 比特级的“空间魔术” ✨

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📖 正文开始

前面我们学了 int、char 这些“单身汉”变量，但现实世界的数据往往是“一家人”！
比如一个学生，有姓名、年龄、性别、学号……
这时候，结构体（struct） 就派上用场了——它能把多个不同类型的数据“打包”成一个整体！

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结构体类型的声明 —— 搭建数据的“房屋蓝图” 🏗️

🌟 生活比喻：房屋设计图

想象你要建一栋房子，得先画设计图：

• 客厅多大？
• 卧室几间？
• 厨房在哪？

结构体就像这设计图，它定义了“这个数据类型长什么样”。

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🔹 基本语法

struct 标签名 {成员列表;
} 变量列表;

✅ 示例：学生档案设计图

struct Stu {char name[20];   // 名字int age;         // 年龄char sex[5];     // 性别char id[20];     // 学号
}; // 分号不能丢！

✅ struct Stu 就是“学生档案”的蓝图。

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🔧 特殊声明方式

1️⃣ 匿名结构体 —— “一次性设计图”

struct {int a;char b;float c;
} x; // 直接创建变量 xstruct {int a;char b;float c;
} *p; // p 是指针

❗ 问题：p = &x; 合法吗？

❌ 不合法！
虽然长得一样，但编译器认为这是两个完全不同的类型。
匿名结构体就像“无名图纸”，用一次就扔，不能再用第二次。

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2️⃣ 结构体自引用 —— “套娃式设计”

想定义一个链表节点：

struct Node {int data;struct Node next; // ❌ 错！无限套娃！
};

❌ 错！next 是一个完整的 struct Node，大小无限大！

✅ 正确做法：用指针自引用

struct Node {int data;struct Node* next; // ✅ 指针大小固定（4或8字节）
};

✅ 指针只是“地址”，不是整个结构体，不会导致无限大。

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3️⃣ typedef 与自引用的陷阱

typedef struct {int data;Node* next; // ❌ 错！Node 还没定义完！
} Node;

❌ 编译错误！Node 是在 } 之后才诞生的，不能在内部提前使用。

✅ 正确写法：

typedef struct Node {int data;struct Node* next; // 先用 struct Node
} Node; // 再用 Node 重命名

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结构体变量的创建和初始化 —— 盖房入住 🏡

有了蓝图，就可以“盖房”了！

#include <stdio.h>struct Stu {char name[20];int age;char sex[5];char id[20];
};int main() {// 方法1：按顺序初始化struct Stu s = { "张三", 20, "男", "20230818001" };// 方法2：指定成员初始化（C99）struct Stu s2 = { .age = 18, .name = "李四", .id = "20230818002", .sex = "女" };printf("name: %s\n", s.name);printf("age : %d\n", s2.age);return 0;
}

✅ 两种方式都能成功“入住”！

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结构成员访问操作符 —— 开门进屋 🔑

🔹 两种“开门”方式

操作符	用法	场景
.	结构体变量.成员名	直接访问变量
->	结构体指针->成员名	通过指针访问

✅ 示例

struct Stu s = { "张三", 20, "男", "001" };
struct Stu* ps = &s;// 方法1：用 .
printf("%s\n", s.name);// 方法2：用 ->
printf("%s\n", ps->name); // 等价于 (*ps).name

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结构体内存对齐 —— 房间的“风水布局” 🧭

🌟 生活比喻：超市货架摆放

超市货架不会乱摆商品：

• 大件（冰箱）→ 占整块区域
• 小件（牙膏）→ 可以塞缝里

计算机内存也一样：对齐 = 高效访问！

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🔹 对齐规则（VS 默认对齐数=8）

1. 第一个成员：从偏移量 0 开始。
2. 其他成员：对齐到 min(默认对齐数, 成员大小) 的整数倍地址。
3. 总大小：是最大对齐数的整数倍。
4. 嵌套结构体：先对齐到其内部最大对齐数，再参与整体对齐。

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🔍 经典练习：算“房子面积”

✅ 练习1

struct S1 {char c1; // 1字节 → 放在0int i;   // 4字节 → 对齐到4的倍数 → 放在4~7（前面3字节浪费）char c2; // 1字节 → 放在8
}; // 总大小：9 → 但必须是4的倍数 → 实际12字节

sizeof(struct S1) = 12

✅ 练习2

struct S2 {char c1; // 0char c2; // 1int i;   // 4 → 对齐到4的倍数 → 放在4~7
}; // 总大小：8 → 是4的倍数 → 实际8字节

sizeof(struct S2) = 8

✅ 练习3

struct S3 {double d; // 8 → 放在0~7char c;   // 1 → 对齐到1的倍数 → 放在8int i;    // 4 → 对齐到4的倍数 → 放在12~15
}; // 总大小：16 → 是8的倍数 → 实际16字节

sizeof(struct S3) = 16

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🔧 修改默认对齐数：#pragma pack

#include <stdio.h>#pragma pack(1) // 设置对齐数为1
struct S {char c1; // 0int i;   // 1（紧挨着）char c2; // 5
}; // 总大小：6
#pragma pack() // 恢复默认int main() {printf("%d\n", sizeof(struct S)); // 输出：6return 0;
}

✅ 用空间换时间，或用时间换空间，灵活调整！

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结构体传参 —— 搬家还是寄快递？ 📦

🌟 生活比喻：搬家 vs 寄钥匙

假设你要告诉朋友你家的情况：

• 搬整个房子过去 → 慢、费力（传结构体）
• 只给一把钥匙 → 快、省力（传指针）

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✅ 代码对比

struct Big {int data[1000];int num;
};void print1(struct Big b) {      // 传整个结构体 → 搬家printf("%d\n", b.num);
}void print2(struct Big* pb) {    // 传指针 → 寄钥匙printf("%d\n", pb->num);
}int main() {struct Big b = {{1,2,3}, 1000};print1(b);  // ❌ 大量数据压栈，慢！print2(&b); // ✅ 推荐！只传4/8字节地址return 0;
}

✅ 结论：结构体传参，首选传地址！

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结构体实现位段 —— 比特级的“空间魔术” ✨

🌟 生活比喻：身份证号码的“压缩存储”

身份证号 11010519900307231X
但很多信息其实只需要几位：

• 省份：前2位 → 最多100种
• 出生年：4位 → 0000~9999

位段就是把“大容器”切成“小格子”，精确存储！

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🔹 什么是位段？

struct A {int _a : 2;  // 只用2个比特存_a（范围：0~3）int _b : 5;  // 用5个比特存_b（范围：0~31）int _c : 10; // 用10个比特存_cint _d : 30; // 用30个比特存_d
};

sizeof(struct A) = 8（64位系统，int 4字节，但需要跨int存储）

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🔧 位段的内存分配

• 按需以 int（4字节）或 char（1字节）开辟空间。
• 位段是不跨平台的！不同编译器行为可能不同。

✅ 示例：char 位段

struct S {char a : 3; // 用3位char b : 4; // 用4位char c : 5; // 需要5位，但前面只剩1位 → 开新字节char d : 4; // 紧接着
};

内存布局复杂，但能节省空间！

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⚠️ 位段的跨平台问题

1. int 位段是有符号还是无符号？不确定！
2. 最大位数？16位机最多16位，32位机最多32位。
3. 从左还是右分配？标准未定义！
4. 剩余位不够时，是浪费还是继续用？不确定！

❗ 所以：注重可移植性的程序，慎用位段！

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🚫 位段使用注意事项

不能对位段成员取地址！

struct A {int _a : 2;int _b : 5;
};int main() {struct A sa = {0};// scanf("%d", &sa._b); // ❌ 错！_b 没有地址！int tmp;scanf("%d", &tmp); // ✅ 先读到普通变量sa._b = tmp;       // ✅ 再赋值return 0;
}

✅ 位段成员是“比特缝里的数据”，没有独立地址！

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🎯 总结：结构体“三板斧”

技能	要点
声明	struct 标签 { 成员 };，注意自引用用指针
对齐	空间换时间，VS默认对齐数=8，可用 #pragma pack 调整
传参	大结构体 → 传指针！小结构体 → 可传值

✅ 位段：节省空间的利器，但有跨平台风险，慎用！

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🎯 恭喜你！
你已经掌握了“数据建筑师”的核心技能——结构体！
下一站：联合体与枚举，继续拓展C语言的“工具箱”！🔧🚀