编辑“︁C 语言自定义数据结构”︁

{{DISPLAYTITLE:C语言自定义数据结构}}

== 概述 ==
'''C语言自定义数据结构'''是指程序员通过组合基本数据类型（如int、float、char等）和复合类型（如数组、指针、结构体等）创建的符合特定需求的数据组织形式。与内置数据类型不同，自定义数据结构能够更精确地描述现实世界中的复杂关系，是构建高效算法的基石。

在C语言中，自定义数据结构主要通过以下方式实现：
* '''结构体（struct）'''：将不同类型的数据聚合为一个逻辑单元
* '''联合体（union）'''：共享内存空间的不同类型表示
* '''枚举（enum）'''：定义命名的整数常量集合
* '''类型定义（typedef）'''：为现有类型创建别名

== 基本语法 ==
=== 结构体定义 ===
结构体是C语言中实现自定义数据结构最常用的工具，语法如下：

<syntaxhighlight lang="c">
struct 结构体标签 {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    // ...
};
</syntaxhighlight>

示例：定义一个表示二维点的结构体
<syntaxhighlight lang="c">
struct Point {
    float x;
    float y;
};
</syntaxhighlight>

=== 类型定义（typedef） ===
typedef可为结构体创建更简洁的类型名：
<syntaxhighlight lang="c">
typedef struct {
    char name[50];
    int age;
} Person;
</syntaxhighlight>

== 内存布局 ==
<mermaid>
classDiagram
    class Point {
        -float x
        -float y
    }
    note for Point "内存连续分配\nsizeof(Point) = 8字节"
</mermaid>

结构体成员在内存中按声明顺序连续排列，对齐方式受系统架构影响。计算结构体大小时需考虑'''内存对齐'''原则：

<math>
结构体大小 = \sum_{i=1}^{n}(成员大小) + 填充字节
</math>

== 操作自定义数据结构 ==
=== 初始化与访问 ===
<syntaxhighlight lang="c">
// 声明并初始化
struct Point p1 = {3.5, 2.8};

// 逐个成员赋值
Person student;
strcpy(student.name, "Alice");
student.age = 20;

// 通过指针访问
struct Point *ptr = &p1;
printf("x坐标: %.2f\n", ptr->x);
</syntaxhighlight>

=== 复杂结构示例：链表节点 ===
<syntaxhighlight lang="c">
typedef struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
} ListNode;

// 创建链表
ListNode* createList(int values[], int size) {
    ListNode *head = NULL, *current = NULL;
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        ListNode *newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
        newNode->data = values[i];
        newNode->next = NULL;
        
        if (head == NULL) {
            head = newNode;
        } else {
            current->next = newNode;
        }
        current = newNode;
    }
    return head;
}
</syntaxhighlight>

== 高级应用 ==
=== 位域结构体 ===
用于精确控制内存中的位级存储：
<syntaxhighlight lang="c">
struct PackedData {
    unsigned int flag1 : 1;  // 1位
    unsigned int flag2 : 3;  // 3位
    unsigned int count : 12; // 12位
};
</syntaxhighlight>

=== 自引用结构体 ===
实现树形结构的关键技术：
<syntaxhighlight lang="c">
typedef struct TreeNode {
    int value;
    struct TreeNode *left;
    struct TreeNode *right;
} BinaryTree;
</syntaxhighlight>

== 实际案例：学生管理系统 ==
以下示例展示如何使用自定义数据结构构建简单学生管理系统：

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

typedef struct {
    char id[10];
    char name[50];
    float gpa;
} Student;

void printStudent(const Student *s) {
    printf("学号: %s\n姓名: %s\nGPA: %.2f\n\n", 
           s->id, s->name, s->gpa);
}

int main() {
    Student class[3] = {
        {"2023001", "张三", 3.45},
        {"2023002", "李四", 3.78},
        {"2023003", "王五", 4.00}
    };
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printStudent(&class[i]);
    }
    
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''输出：'''
<pre>
学号: 2023001
姓名: 张三
GPA: 3.45

学号: 2023002
姓名: 李四
GPA: 3.78

学号: 2023003
姓名: 王五
GPA: 4.00
</pre>

== 最佳实践 ==
1. '''命名规范'''：使用有意义的名称，如<code>StudentRecord</code>而非<code>Data</code>
2. '''内存管理'''：动态分配的结构体要记得释放
3. '''封装性'''：通过函数操作结构体而非直接访问成员
4. '''文档注释'''：为每个自定义类型编写使用说明

== 常见错误 ==
* 忘记结构体指针使用<code>-></code>而非<code>.</code>操作符
* 未初始化结构体指针就访问成员
* 忽略结构体拷贝是浅拷贝（shallow copy）的事实
* 跨平台开发时未考虑结构体对齐差异

== 性能考虑 ==
* 按访问频率排序成员（高频访问的放前面）
* 合理使用<code>#pragma pack</code>控制对齐方式
* 大数据集合考虑使用指针数组而非结构体数组

通过掌握自定义数据结构，C语言程序员可以构建出适应各种复杂场景的高效数据模型，这是从初级迈向高级编程的关键一步。

[[Category:编程语言]]
[[Category:C]]
[[Category:C 语言高级数据结构]]