C语言结构体的定义与应用

# 1. C语言结构体基础知识

## 1.1 结构体的概念和作用

结构体是C语言中一种复合数据类型，用于存储不同数据类型的集合。通过结构体，可以将相关联的数据作为一个整体进行处理，提高了数据的组织性和可读性。

结构体的作用：
- 将多个不同类型的数据组合成一个整体，方便统一管理
- 在函数参数中传递多个数据
- 在文件操作中作为记录存储
- 实现复杂数据结构，如链表、树等

## 1.2 结构体的定义和声明

在C语言中，结构体的定义包括结构体类型的名称和成员列表，语法格式如下：

struct <结构体类型名称> {
    <成员1类型> <成员1名称>;
    <成员2类型> <成员2名称>;
    ...
};

例如：

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

结构体的声明方式：

struct <结构体类型名称> <结构体变量名称>;

例如：

struct Student stu1;

## 1.3 结构体成员的访问和赋值

结构体成员的访问和赋值使用“.”运算符，语法格式如下：

<结构体变量>.<成员名称> = <值>;

例如：

strcpy(stu1.name, "张三");
stu1.age = 20;
stu1.score = 85.5;

以上内容为第一章的内容，后续章节内容将继续更新。

# 2. C语言结构体高级特性

在本章中，我们将深入了解C语言结构体的高级特性，包括结构体的嵌套和指针应用、动态内存分配、以及结构体的对齐和内存布局。通过学习本章内容，读者将能够更加灵活地运用结构体进行编程，并理解结构体在底层内存中的存储方式。

### 2.1 结构体的嵌套和嵌套成员的访问

结构体的嵌套指的是在一个结构体中嵌入另一个结构体作为成员。这种嵌套使得我们能够更好地组织数据，提高代码的可读性。下面是一个简单的示例：

#include <stdio.h>

struct Date {
    int day;
    int month;
    int year;
};

struct Employee {
    char name[50];
    int id;
    struct Date birthDate;
};

int main() {
    struct Employee emp1 = {"John Doe", 1001, {15, 7, 1990}};
    printf("Employee Name: %s\n", emp1.name);
    printf("Employee ID: %d\n", emp1.id);
    printf("Birth Date: %d/%d/%d\n", emp1.birthDate.day, emp1.birthDate.month, emp1.birthDate.year);
    return 0;
}

在上面的示例中，`Employee`结构体中嵌套了`Date`结构体作为其成员，我们可以通过使用`emp1.birthDate.day`的方式访问嵌套结构体中的成员。

### 2.2 结构体的指针和动态内存分配

使用指向结构体的指针，我们可以在堆（heap）上动态分配内存，以便在程序运行时分配和释放内存空间。以下是一个动态分配内存并使用指针进行访问的示例：

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

struct Rectangle {
    int length;
    int width;
};

int main() {
    struct Rectangle *ptrRect;
    ptrRect = (struct Rectangle *)malloc(sizeof(struct Rectangle));
    if (ptrRect == NULL) {
        printf("Memory allocation failed\n");
    } else {
        ptrRect->length = 10;
        ptrRect->width = 5;
        printf("Area of the rectangle: %d\n", ptrRect->length * ptrRect->width);
        free(ptrRect);
    }
    return 0;
}

在上面的例子中，我们首先使用`malloc`函数为`Rectangle`结构体分配内存，然后使用指针访问结构体的成员，并在程序结束时使用`free`函数释放内存。

### 2.3 结构体的对齐和内存布局

结构体在内存中的布局受到对齐规则的影响，不同的编译器和架构可能有不同的对齐方式。在C语言中，我们可以使用`#pragma pack`指令来指定结构体的对齐方式。下面是一个对齐方式的示例：

#include <stdio.h>

#pragma pack(1)
struct Test {
    char ch;
    int num;
};

int main() {
    printf("Size of Test structure: %ld\n", sizeof(struct Test));
    return 0;
}

在上面的示例中，我们使用`#pragma pack(1)`指令来将对齐方式设置为1字节，这样就可以确保`Test`结构体的内存布局是按照1字节对齐的。

通过学习本章内容，我们深入了解了结构体的高级特性，并学会了如何嵌套结构体、使用指针和动态内存分配、以及控制结构体的对齐方式。在下一章中，我们将探讨结构体的应用实例，加深对结构体的理解和应用能力。

# 3. C