C语言中的结构体与联合体

# 1. C语言中的结构体

## 1.1 结构体的定义与声明

结构体是C语言中一种用户自定义的数据类型，它允许我们将不同类型的数据组合在一起成为一个新的数据类型，以方便对复杂数据进行管理和操作。结构体的定义通常使用`struct`关键字，实例如下：

struct Student {
    int id;
    char name[20];
    float score;
};

在上面的例子中，我们定义了一个名为`Student`的结构体，它包含了学生的学号、姓名和成绩三个成员。

## 1.2 结构体成员的访问与操作

结构体的成员可以使用`.`操作符进行访问，例如：

struct Student stu1;
stu1.id = 1001;
strcpy(stu1.name, "John");
stu1.score = 85.5;

上面的代码演示了如何创建一个结构体变量`stu1`并对其成员进行赋值操作。

## 1.3 结构体的嵌套与指针

结构体内部可以嵌套其他结构体，也可以包含指向自身类型的指针，这种特性在处理复杂数据结构时非常有用。例如：

struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
};

上面的例子中，`Node`结构体嵌套了一个指向自身类型的指针`next`，用于构建链表等数据结构。

这些是结构体在C语言中的基本用法，下一节我们将继续讨论结构体的高级应用。

# 2. 结构体的高级应用

结构体在C语言中有着丰富的应用场景和高级特性，以下将介绍结构体的一些高级应用技巧。

### 2.1 结构体与内存对齐

在C语言中，结构体的内存对齐是一个重要的概念，它涉及到结构体成员在内存中的排列顺序和空白填充的问题。在某些情况下，我们可能需要手动控制结构体成员的对齐方式，以节省内存或者保证内存访问的效率。

#include <stdio.h>

// 默认情况下，结构体成员的对齐是按照其自身长度来对齐
struct DefaultAlignment {
    char a;
    int b;
    char c;
};

// 使用指定的对齐方式来定义结构体
struct CustomAlignment {
    char a;
    int b;
    char c;
} __attribute__((aligned(1)));  // 指定为按1字节对齐

int main() {
    printf("Size of DefaultAlignment: %lu\n", sizeof(struct DefaultAlignment));  // 输出：12
    printf("Size of CustomAlignment: %lu\n", sizeof(struct CustomAlignment));    // 输出：6
    return 0;
}

**代码总结**：在默认情况下，结构体成员的对齐是按照其自身长度来对齐。使用 `__attribute__((aligned(1)))` 可以指定结构体的对齐方式，这在某些特殊情况下非常有用。

**结果说明**：通过设置不同的对齐方式，可以看到结构体的大小发生了变化。

### 2.2 结构体的比较与拷贝

在C语言中，结构体之间的比较和拷贝是非常常见的操作，了解如何正确地进行结构体的比较和拷贝对于程序的正确性和性能至关重要。

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

struct Person {
    char name[20];
    int age;
};

int main() {
    struct Person person1 = {"Alice", 25};
    struct Person person2 = {"Bob", 30};

    // 结构体的比较
    if (memcmp(&person1, &person2, sizeof(struct Person)) == 0) {
        printf("person1 equals to person2\n");
    } else {
        printf("person1 is different from person2\n");
    }

    // 结构体的拷贝
    struct Person person3;
    memcpy(&person3, &person1, sizeof(struct Person));
    printf("Copied person3: %s, %d\n", person3.name, person3.age);
    return 0;
}

**代码总结**：通过 `memcmp()` 函数可以比较两个结构体的内容是否相等；通过 `memcpy()` 函数可以将一个结构体的内容拷贝到另一个结构体中。

**结果说明**：根据不同的情况，比较和拷贝的结果会有所不同。

### 2.3 结构体数组与指针数组

结构体数组和指针数组是结构体高级应用中的常见形式，它们可以用于存储和操作大量的结构体数据。

#include <stdio.h>

struct Point {
    int x;
    int y;
};

int main() {
    // 结构体数组
    struct Point points[3] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("Point %d: (%d, %d)\n", i+1, points[i].x, points[i].y);