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= C语言结构体定义 =

== 简介 ==
在C语言中，'''结构体'''（'''struct'''）是一种用户自定义的数据类型，它允许将多个不同类型的变量组合成一个单一的复合数据类型。结构体常用于表示现实世界中的实体，例如学生、员工或商品等，这些实体通常由多个属性组成。结构体的定义提供了一种将这些属性组织在一起的有效方式。

== 基本语法 ==
结构体的定义使用关键字 <code>struct</code>，后跟结构体的名称和一对花括号 <code>{}</code>，花括号内包含成员变量的声明。基本语法如下：

<syntaxhighlight lang="c">
struct 结构体名称 {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    // 更多成员...
};
</syntaxhighlight>

=== 示例：定义一个学生结构体 ===
以下是一个简单的结构体定义示例，表示一个学生的信息：

<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>

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

int main() {
    // 声明结构体变量
    struct Student student1;

    // 赋值
    strcpy(student1.name, "Alice");
    student1.age = 20;
    student1.gpa = 3.8;

    // 输出
    printf("Name: %s\n", student1.name);
    printf("Age: %d\n", student1.age);
    printf("GPA: %.2f\n", student1.gpa);

    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出：'''
<pre>
Name: Alice
Age: 20
GPA: 3.80
</pre>

=== 解释 ===
1. 定义了一个名为 <code>Student</code> 的结构体，包含三个成员：<code>name</code>（字符串）、<code>age</code>（整数）和 <code>gpa</code>（浮点数）。
2. 在 <code>main</code> 函数中，声明了一个 <code>struct Student</code> 类型的变量 <code>student1</code>。
3. 使用 <code>strcpy</code> 函数为 <code>name</code> 赋值，直接为 <code>age</code> 和 <code>gpa</code> 赋值。
4. 最后打印结构体的成员值。

== 结构体的嵌套 ==
结构体可以嵌套，即一个结构体的成员可以是另一个结构体。这在表示复杂数据时非常有用。

=== 示例：嵌套结构体 ===
以下示例定义了一个 <code>Address</code> 结构体，并将其作为 <code>Employee</code> 结构体的成员：

<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>

// 定义地址结构体
struct Address {
    char street[100];
    char city[50];
    int zipCode;
};

// 定义员工结构体，嵌套 Address
struct Employee {
    char name[50];
    int id;
    struct Address address; // 嵌套结构体
};

int main() {
    // 声明并初始化 Employee 变量
    struct Employee emp1 = {
        "Bob Smith",
        101,
        {"123 Main St", "New York", 10001}
    };

    // 输出
    printf("Name: %s\n", emp1.name);
    printf("ID: %d\n", emp1.id);
    printf("Address: %s, %s, %d\n", 
           emp1.address.street, 
           emp1.address.city, 
           emp1.address.zipCode);

    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出：'''
<pre>
Name: Bob Smith
ID: 101
Address: 123 Main St, New York, 10001
</pre>

=== 解释 ===
1. 定义了一个 <code>Address</code> 结构体，包含街道、城市和邮编。
2. 定义了一个 <code>Employee</code> 结构体，其中嵌套了 <code>Address</code> 结构体。
3. 在 <code>main</code> 函数中，初始化了一个 <code>Employee</code> 变量 <code>emp1</code>，并打印其信息。

== 结构体的内存布局 ==
结构体的成员在内存中是连续存储的，但可能会因为对齐（alignment）而存在填充字节。了解结构体的内存布局有助于优化程序性能。

=== 示例：结构体的大小 ===
以下代码展示了如何计算结构体的大小：

<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>

struct Example {
    char a;    // 1 byte
    int b;     // 4 bytes
    double c;  // 8 bytes
};

int main() {
    printf("Size of struct Example: %zu bytes\n", sizeof(struct Example));
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出（可能因平台而异）：'''
<pre>
Size of struct Example: 16 bytes
</pre>

=== 解释 ===
由于内存对齐的要求，编译器可能会在 <code>char a</code> 和 <code>int b</code> 之间插入填充字节，以确保 <code>int b</code> 从4字节对齐的地址开始。因此，结构体的总大小可能大于各成员大小的简单相加。

== 实际应用案例 ==
结构体在以下场景中非常有用：
1. '''数据库记录'''：表示表中的一行数据。
2. '''图形编程'''：表示点（Point）、矩形（Rectangle）等几何图形。
3. '''文件处理'''：存储文件的元数据（如文件名、大小、修改日期）。

=== 示例：图形编程中的点 ===
以下代码定义了一个表示二维点的结构体，并计算两点之间的距离：

<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>
#include <math.h>

struct Point {
    float x;
    float y;
};

float distance(struct Point p1, struct Point p2) {
    return sqrt(pow(p2.x - p1.x, 2) + pow(p2.y - p1.y, 2));
}

int main() {
    struct Point pointA = {1.0, 2.0};
    struct Point pointB = {4.0, 6.0};

    printf("Distance between A and B: %.2f\n", distance(pointA, pointB));
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出：'''
<pre>
Distance between A and B: 5.00
</pre>

=== 解释 ===
1. 定义了一个 <code>Point</code> 结构体，包含 <code>x</code> 和 <code>y</code> 坐标。
2. 编写了一个 <code>distance</code> 函数，计算两点之间的欧几里得距离。
3. 在 <code>main</code> 函数中初始化两个点并计算距离。

== 总结 ==
结构体是C语言中强大的工具，用于将多个不同类型的数据组合成一个逻辑单元。通过结构体，可以更清晰地表示复杂数据，并提高代码的可读性和可维护性。

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