C 语言结构体访问

C语言结构体访问

介绍

在C语言中，结构体（struct）是一种用户自定义的数据类型，允许将不同类型的数据组合成一个单一的复合类型。结构体的访问是指通过成员运算符（`.`或`->`）来获取或修改结构体成员的值。理解结构体访问是掌握C语言数据结构的关键步骤。

结构体访问主要有两种方式：

• 直接访问：使用点运算符（`.`）访问结构体变量的成员。
• 间接访问：通过指针使用箭头运算符（`->`）访问结构体指针指向的成员。

直接访问结构体成员

直接访问适用于结构体变量本身（非指针）。语法如下：

struct 结构体名 变量名;
变量名.成员名;

示例

以下代码定义了一个`Student`结构体，并演示了直接访问其成员：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

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

int main() {
    struct Student student1;
    
    // 直接访问并赋值
    strcpy(student1.name, "Alice");
    student1.age = 20;
    student1.gpa = 3.7;
    
    // 直接访问并打印
    printf("Name: %s\n", student1.name);
    printf("Age: %d\n", student1.age);
    printf("GPA: %.2f\n", student1.gpa);
    
    return 0;
}

输出：

Name: Alice
Age: 20
GPA: 3.70

间接访问结构体成员（指针访问）

当使用结构体指针时，可以通过箭头运算符（`->`）访问成员。语法如下：

struct 结构体名 *指针名;
指针名->成员名;

示例

以下代码演示了通过指针访问结构体成员：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct Point {
    int x;
    int y;
};

int main() {
    struct Point *p = malloc(sizeof(struct Point));
    
    // 间接访问并赋值
    p->x = 10;
    p->y = 20;
    
    // 间接访问并打印
    printf("Point coordinates: (%d, %d)\n", p->x, p->y);
    
    free(p);
    return 0;
}

输出：

Point coordinates: (10, 20)

结构体访问的实际应用

结构体访问在以下场景中非常有用： 1. 数据库记录：存储和访问学生、员工等数据。 2. 图形编程：表示2D/3D坐标（如`Point`、`Rectangle`）。 3. 硬件寄存器映射：通过结构体访问硬件寄存器。

实际案例：学生管理系统

以下代码模拟了一个简单的学生管理系统，使用结构体存储和访问学生信息：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct Student {
    int id;
    char name[50];
    float marks[3]; // 存储3门课程的成绩
};

void printStudent(struct Student *s) {
    printf("ID: %d\n", s->id);
    printf("Name: %s\n", s->name);
    printf("Marks: %.2f, %.2f, %.2f\n", 
           s->marks[0], s->marks[1], s->marks[2]);
}

int main() {
    struct Student s1 = {1, "Bob", {85.5, 90.0, 78.5}};
    printStudent(&s1);
    return 0;
}

输出：

ID: 1
Name: Bob
Marks: 85.50, 90.00, 78.50

嵌套结构体访问

结构体可以嵌套，即一个结构体的成员是另一个结构体。访问嵌套成员时，需要使用多个成员运算符。

示例

#include <stdio.h>

struct Address {
    char city[50];
    char state[50];
};

struct Employee {
    int id;
    char name[50];
    struct Address addr; // 嵌套结构体
};

int main() {
    struct Employee emp = {101, "John", {"New York", "NY"}};
    
    // 访问嵌套结构体成员
    printf("Employee ID: %d\n", emp.id);
    printf("City: %s\n", emp.addr.city); // 嵌套访问
    printf("State: %s\n", emp.addr.state);
    
    return 0;
}

输出：

Employee ID: 101
City: New York
State: NY

结构体访问的底层原理

结构体成员的访问在内存中是按偏移量计算的。假设结构体`S`的成员`m`的偏移量为$\text{offset}(S,m)$，则访问`var.m`等价于： 解析失败 (语法错误): {\displaystyle \text{\&var} + \text{offset}(S, m) }

graph LR A[结构体变量] --> B[成员1] A --> C[成员2] A --> D[成员3]

常见问题与注意事项

1. 未初始化指针：访问未初始化的结构体指针会导致段错误。 2. 内存对齐：结构体成员可能存在内存对齐问题，影响访问效率。 3. 运算符混淆：`.`用于变量，`->`用于指针，不可混用。

总结

结构体访问是C语言中操作复合数据的基础。掌握直接访问（`.`）和间接访问（`->`）是编写高效、可读性强的代码的关键。通过实际案例和嵌套结构体的学习，可以更好地理解其应用场景。