C语言 - 结构体、结构体数组、结构体指针和结构体嵌套

结构体的意义

问题：学籍管理需要每个学生的下列数据：学号、姓名、性别、年龄、分数，请用 C 语言程序存储并处理一组学生的学籍。
单个学生学籍的数据结构：

• 学号（num）： int 型
• 姓名（name) ：char [ ] 型
• 性别（sex）：char 型
• 年龄（age）：int 型
• 分数（score）：float 型 思考：如果有多个学生，该怎么定义，已学数据类型无法解决（已学的数据类型需要定义好多变量，不友好）。

概述

• 正式： 结构体是由一批数据组合而成的结构型数据。组成结构型数据的每个数据被称为结构型数据的 “成员” ，其描述了一块内存区间的大小及解释意义。
• 通俗： 结构体属于用户自定义的数据类型，允许用户存储不同的数据类型。

在C语言中，定义结构体的语法格式如下：

struct 结构体名 {
    类型 成员1;
    类型 成员2;// ...};

其中，

结构体名

是您自定义的结构体类型名称，可以根据需求进行命名。

成员1

、

成员2

等表示结构体的成员变量，每个成员都有自己的类型和名称。

定义结构体后，可以使用该结构体类型创建结构体变量，并访问结构体的成员。访问结构体成员的语法是使用结构体变量名后跟成员名，中间使用点

.

进行连接。

结构体的使用：

• struct 结构体名 变量名
• struct 结构体名 变量名 = {成员1值，成员2值…}
• 定义结构体时顺便创建变量（这时候创建几个变量都可以，中间用逗号隔开，直接在创建的时候赋值也可以，例如：）structstudent{int num;//学号char name[16];//姓名float score;//成绩}stu5 ={1002,"lihua",89},stu6;
• 如果只想给一部分数据赋值的话：struct 结构体名 变量名 ={.name ="cuiyi",.num =111,};

下面是一个更完整的示例：

#include<stdio.h>// 定义一个结构体structPerson{char name[50];int age;float height;};intmain(){// 创建一个结构体变量structPerson person1;// 访问结构体的成员strcpy(person1.name,"John");
    person1.age =25;
    person1.height =1.75;// 输出结构体的成员printf("Name: %s\n", person1.name);printf("Age: %d\n", person1.age);printf("Height: %.2f\n", person1.height);return0;}

在上述示例中，我们定义了一个名为

Person

的结构体，它包含了姓名、年龄和身高三个成员变量。然后，我们创建了一个名为

person1

的结构体变量，并给它的成员赋值。最后，使用

printf

函数输出结构体的成员值。

结构体数组

• 作用：将自定义的结构体放入数组中方便维护
• 语法： struct 结构体名 数组名[元素个数] = {{}, {}, …{}} 示例：

#include<stdio.h>structstu{char name[16];int age;float score;}s[3];intmain(){structstu s[3]={{"zhangsan",18,500},{"lisi",18,530},{"wangwu",18,550}};int i;for(i =0; i <3; i++){printf("name=%s, age=%d, score=%f\n",s[i].name,s[i].age,s[i].score);}return0;}

结构体指针

• 作用：通过指针访问结构体的成员
• 语法：struct 结构体名 *指针名;
• 利用操作符->可以通过结构体指针访问结构体属性（比如s.name 有一个指针 ps 指向 s ，那么可以用 ps->name 代替 s.name）

示例：
结构体数组和结构体指针

#include<stdio.h>structstu{char name[16];int age;float score;}s[3];intmain(){structstu s[3]={{"zhangsan",18,500},{"lisi",18,530},{"wangwu",18,550}};structstu*ps = s;//定义一个指针指向结构体数组int i;for(i =0; i <3; i++){printf("name=%s, age=%d, score=%f\n",(*(ps+i)).name,(*(ps+i)).age,(*(ps+i)).score);}return0;}

在上面的代码中，一定要记得 (*(ps+i)) 才是一个大括号里面的值，这样才能 .name .age .score 。

结构体嵌套结构体

• 含义 结构体中的成员可以是另一个结构体
• 语法

struct 结构体名 
{struct 结构体名 成员名;};

示例：

#include<stdio.h>#include<string.h>structperson{char name[16];int age;char sex;};structstudent{structperson stu;float score;};structteacher{structperson tea;char phone[12];};intmain(int argc,constchar*argv[]){structstudent s;strcpy(s.stu.name,"zhangsan");
    s.stu.age =12;
    s.stu.sex ='m';
    s.score =98;printf("name = %s,age = %d, sex = %c, score = %f\n", s.stu.name, s.stu.age, s.stu.sex, s.score);structteacher t;structteacher*p =&t;strcpy(p->tea.name,"lisi");
    p->tea.age =54;//注意这里操作符 -> 的用法
    p->tea.sex ='w';strcpy(p->phone,"13112341234");printf("name = %s,age = %d, sex = %c, score = %s\n", t.tea.name, t.tea.age, t.tea.sex, t.phone);return0;}

上述代码中，有一个部分用到了 p->tea.age 这种形式，这是因为p是指针，而 tea 只是一个普通变量，所以从 tea 出发不能用 ->，只有指针才可以使用这个操作符。

结构体大小

字节对齐

• 含义 字节对齐主要是针对结构体而言的，通常编译器会自动对其成员变量进行对齐，以提高数据存取的效率。（因为如果按照类型实际的大小来判断的话，那么需要判断很多次，这样对齐了以后有规律就不用判断了）
• 作用 - 平台原因（移植原因）：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。- 性能原因：数据结构（尤其是栈）应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。

计算方法

• 自身对齐 （这个数据类型大小是多少就是多少）
• 默认对齐 （4字节）
• 有效对齐 （在自身对齐和默认对齐之间选最小）

规则：（地址 / 有效地址） 必须是整数。

计算过程：

1. 把结构体里每个变量的类型的自身对齐，默认对齐和有效对齐分别写出来；
2. 以有效对齐为准写每个变量的地址，最开始那个变量的地址肯定是0，然后后面叠加，注意在这个过程中要遵从**<规则>**，比如图中的变量 b ，本来地址应该是 1 ，但是因为 1 / 4 不是整数，所以要扩充到 4 凑整，那么这个时候 变量 a 的地址浪费了 1 2 3 这三个地址，又因为 b 本身就是 4 个字节，所以它的地址是 4 5 6 7。 c 和 d 因为都可以整除有效对齐，所以每个都加 1 个字节就行；
3. 最终看一下，有效对齐最大的是 4 ，所以每个都要以 4字节 对齐，则要在变量 d 的后面再补 2 个地址：10 和 11 （因为前面的 8 和 9 已经占了 2 个地址了，还差 2 个地址凑够 4 个地址）。
4. 得出结果：结构体 A 的地址是 0~11 ，所以大小是 12 。

上述过程要注意：能不能整除只能决定每个变量开头的地址，具体要每一行的地址从开头的地址要写到几要看变量类型的 sizeof 是多少。比如有 double c，c的开头地址是 8 ，那么这个变量占的字节就是 8 9 10 11 12 13 14 15 这八个字节。