编辑“︁C 语言结构体数组”︁

{{Note|本节内容需要读者掌握[[C语言基础语法]]和[[C语言结构体]]的基础知识。}}

= C语言结构体数组 =

'''结构体数组'''是C语言中一种将多个相同类型的结构体变量按顺序存储的数据结构。它结合了[[数组]]的批量存储特性和[[结构体]]的复合数据类型特性，是处理结构化数据集合的重要工具。

== 基本概念 ==

结构体数组的声明方式与普通数组类似，只是在元素类型处指定为结构体类型。其内存分配遵循以下原则：
* 所有元素在内存中连续存储
* 每个元素的大小等于结构体的大小
* 数组名代表首元素的地址

数学上可以表示为：<math>\text{struct Array}[N] = \{ \text{struct}_0, \text{struct}_1, ..., \text{struct}_{N-1} \}</math>

== 声明与初始化 ==

=== 基本声明语法 ===
<syntaxhighlight lang="c">
struct 结构体标签 {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    // ...更多成员
} 数组名[数组长度];
</syntaxhighlight>

=== 初始化方式 ===
结构体数组支持多种初始化方式：

1. '''完全初始化'''（每个成员显式赋值）：
<syntaxhighlight lang="c">
struct Point {
    int x;
    int y;
} points[3] = {
    {1, 2},  // 第一个元素
    {3, 4},  // 第二个元素
    {5, 6}   // 第三个元素
};
</syntaxhighlight>

2. '''部分初始化'''（未指定的成员自动初始化为0）：
<syntaxhighlight lang="c">
struct Point points[3] = {
    {1},     // x=1, y=0
    {3, 4}   // x=3, y=4
};           // 第三个元素全为0
</syntaxhighlight>

3. '''指定初始化'''（C99特性）：
<syntaxhighlight lang="c">
struct Point points[3] = {
    [0].x = 1, [0].y = 2,
    [2] = {5, 6}
};
</syntaxhighlight>

== 访问结构体数组成员 ==

访问结构体数组元素需要结合数组下标和结构体成员访问运算符：

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

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

int main() {
    struct Student class[3] = {
        {"Alice", 20, 3.8},
        {"Bob", 21, 3.5},
        {"Charlie", 19, 3.9}
    };
    
    // 访问第二个学生的GPA
    printf("%s's GPA: %.1f\n", class[1].name, class[1].gpa);
    
    // 修改第三个学生的年龄
    class[2].age = 20;
    
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出结果：'''
<pre>
Bob's GPA: 3.5
</pre>

== 内存布局可视化 ==

<mermaid>
graph LR
    A[结构体数组] --> B[元素0]
    A --> C[元素1]
    A --> D[...]
    A --> E[元素N-1]
    
    B --> F[成员1]
    B --> G[成员2]
    B --> H[...]
    B --> I[成员M]
    
    C --> J[成员1]
    C --> K[成员2]
    C --> L[...]
    C --> M[成员M]
</mermaid>

== 高级应用 ==

=== 结构体数组作为函数参数 ===
结构体数组可以作为函数参数传递，通常需要同时传递数组长度：

<syntaxhighlight lang="c">
void printStudents(struct Student arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("Student %d: %s, %d years, GPA %.1f\n",
               i+1, arr[i].name, arr[i].age, arr[i].gpa);
    }
}

int main() {
    struct Student class[3] = {...}; // 同上例
    printStudents(class, 3);
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 动态分配结构体数组 ===
使用malloc动态创建结构体数组：

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

int main() {
    int n = 5;
    struct Student *students = (struct Student*)malloc(n * sizeof(struct Student));
    
    if (students == NULL) {
        printf("Memory allocation failed\n");
        return 1;
    }
    
    // 使用数组...
    students[0].age = 20;
    
    free(students); // 释放内存
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 实际应用案例 ==

'''学生成绩管理系统'''是结构体数组的典型应用：

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

#define MAX_STUDENTS 100

struct Student {
    int id;
    char name[50];
    float scores[5]; // 5门课程成绩
    float average;
};

void calculateAverage(struct Student *s) {
    float sum = 0;
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        sum += s->scores[i];
    }
    s->average = sum / 5;
}

int main() {
    struct Student gradebook[MAX_STUDENTS];
    int count = 0;
    
    // 添加学生数据
    gradebook[count].id = 1001;
    strcpy(gradebook[count].name, "张三");
    float tempScores[] = {85.5, 90.0, 78.5, 92.0, 88.5};
    memcpy(gradebook[count].scores, tempScores, sizeof(tempScores));
    calculateAverage(&gradebook[count]);
    count++;
    
    // 显示结果
    printf("ID: %d\nName: %s\nAverage: %.2f\n",
           gradebook[0].id, gradebook[0].name, gradebook[0].average);
    
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出结果：'''
<pre>
ID: 1001
Name: 张三
Average: 86.90
</pre>

== 常见问题与最佳实践 ==

{| class="wikitable"
|-
! 问题类型 !! 描述 !! 解决方案
|-
| '''内存对齐''' || 结构体填充可能导致数组大小计算错误 || 使用<code>sizeof</code>运算符而非手动计算
|-
| '''数组越界''' || 访问超出数组范围的元素 || 始终检查数组索引有效性
|-
| '''深拷贝问题''' || 直接赋值会进行浅拷贝 || 对于包含指针的结构体，需要实现深拷贝函数
|-
| '''初始化遗漏''' || 部分成员未初始化导致未定义行为 || 使用<code>{0}</code>初始化或memset清零
|}

== 性能考量 ==

* '''缓存友好性'''：结构体数组的连续内存布局对CPU缓存友好
* '''访问模式优化'''：如果频繁访问特定成员，考虑结构体数组(Array of Structures, AoS)或数组结构体(Structure of Arrays, SoA)的转换
* '''内存占用'''：大型结构体数组可能消耗大量内存，需考虑动态分配或分块处理

== 进阶练习 ==

1. 编写一个函数，对结构体数组按指定成员进行排序
2. 实现一个动态增长的结构体数组（类似C++的vector）
3. 设计一个包含嵌套结构体的结构体数组系统

{{Tip|在调试结构体数组时，可以使用<code>typedef</code>简化类型名称，如：<br><code>typedef struct {...} Student;</code><br>然后直接使用<code>Student students[10];</code>}}

[[Category:C语言]]
[[Category:数据结构]]

[[Category:编程语言]]
[[Category:C]]
[[Category:C 语言结构体与联合]]