C 语言结构体定义

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 struct，后跟结构体的名称和一对花括号 {}，花括号内包含成员变量的声明。基本语法如下：

struct 结构体名称 {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    // 更多成员...
};

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：

#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;
}

输出：

Name: Alice
Age: 20
GPA: 3.80

解释

1. 定义了一个名为 Student 的结构体，包含三个成员：name（字符串）、age（整数）和 gpa（浮点数）。 2. 在 main 函数中，声明了一个 struct Student 类型的变量 student1。 3. 使用 strcpy 函数为 name 赋值，直接为 age 和 gpa 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 Address 结构体，并将其作为 Employee 结构体的成员：

#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;
}

输出：

Name: Bob Smith
ID: 101
Address: 123 Main St, New York, 10001

解释

1. 定义了一个 Address 结构体，包含街道、城市和邮编。 2. 定义了一个 Employee 结构体，其中嵌套了 Address 结构体。 3. 在 main 函数中，初始化了一个 Employee 变量 emp1，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：

#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;
}

输出（可能因平台而异）：

Size of struct Example: 16 bytes

解释

由于内存对齐的要求，编译器可能会在 char a 和 int b 之间插入填充字节，以确保 int b 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：

#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;
}

输出：

Distance between A and B: 5.00

解释

1. 定义了一个 Point 结构体，包含 x 和 y 坐标。 2. 编写了一个 distance 函数，计算两点之间的欧几里得距离。 3. 在 main 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。