C 语言 - 结构体(struct)解析

struct 是什么

• struct 就是一种“自定义数据类型”，可以把多个不同类型的变量打包在一起，组成一个整体，表示定义一个结构体类型。

举个通俗例子

• 假设保存一个“学生”的信息，有三个内容：

  • 姓名（字符串）
  • 年龄（整数）
  • 成绩（浮点数）

• 如果不用 struct，你得写三个独立变量：

  char name[20]; // 存放姓名的字符数组，最多能存放 19 个字符 + 1 个终止符 '\0'
  //在 C 语言中，char name[20] 这个数组最多只能存 19 个字符，最后一个位置必须留给字符串结束符 '\0'
  int age; // 年龄
  float score; //成绩
  

• 如果有 300 个学生就要 600 个变量，既不方便传递，也不方便管理。这时候就可以使用 struct 打包成一个“学生类型”：

  • 假设 1 个学生

    struct Student { //定义了一个结构体类型，叫 struct Student
        //里面包含 3 个“成员变量”
        char name[20]; 
        int age; 
        float score; 
    };
    
    //使用方式
    struct Student s1 = {"Alice", 18, 95.5};
    //现在 s1 就是一个“学生对象”，里面同时有名字、年龄、成绩三样东西。
    
    //访问方式
    printf("%s 的年龄是 %d，成绩是 %.1f\n", s1.name, s1.age, s1.score);
    

  • 假设 300 个学生

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    struct Student {
        char name[20];
        int age;
        float score;
    };
    
    int main() {
        int n;
        printf("请输入学生人数（最多300人）：");
        scanf("%d", &n);
    
        if (n <= 0 || n > 300) {
            printf("人数无效！\n");
            return 1;
        }
    
        // 定义结构体数组（最多300人）
        // 将定义好的结构体类型 struct Student，作为一种数据类型，用它创建一个有 300 个成员的数组变量 students
        struct Student students[300];
    
        // 输入学生信息
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            printf("请输入第 %d 个学生的 姓名 年龄 成绩：", i + 1);
            scanf("%s %d %f", students[i].name, &students[i].age, &students[i].score);
        }
    
        // 输出学生信息并计算平均成绩
        float sum = 0;
        printf("\n------ 学生信息列表 ------\n");
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            printf("%-10s 年龄: %2d  成绩: %.1f\n",
                   students[i].name, students[i].age, students[i].score);
            sum += students[i].score;
        }
    
        printf("----------------------------\n");
        printf("平均成绩：%.2f\n", sum / n);
    
        return 0;
    }
    

• 在内存中表示为：

  偏移地址	内容	类型	大小
  +0	name[20]	char[20]	20字节
  +20	age	int	4字节
  +24	score	float	4字节
  总计			28字节（单个字节最大为4，对齐后可能是28+4=32字节）

  • 也就是说，一个结构体是一块连续的内存区域，里面按顺序放着它的每个成员。

结构体的局限性

不能有成员函数

• 只能放数据，不能直接放行为（函数），想让结构体“会做事情”，只能用函数指针或者写单独的函数

  struct Person {
      char name[20];
      int age;
      void (*sayHello)(void);  // 可以存函数指针，但不是真正的成员函数
  };
  

没有继承机制

• 结构体不能继承其他结构体，想模拟“继承”，只能把父结构体放在子结构体里作为成员

  struct A {
      int x;
  };
  
  struct B {
      struct A parent;  // 模拟继承(B的成员继承A的成员)
      int y;
  };
  

没有访问控制（封装）

• 结构体成员全都是公开的，没有 private / protected / public，外部代码可以直接访问任意成员。

不支持多态

• 结构体不能像 C++ 类一样通过虚函数实现多态（C语言结构体没有“变身能力”，不同结构体不能表现出不同行为），如果想用“多态”，只能自己写函数指针表（vtable）来模拟，非常麻烦

  #include <stdio.h>
  
  // 定义结构体类型
  struct Animal {
      // 声明一个函数指针，用于保存“发声”函数的地址
      void (*speak)(void);
  };
  
  // 定义不同动物各自的发声函数
  void dogSpeak() { printf("汪汪\n"); }
  void catSpeak() { printf("喵喵\n"); }
  
  int main() {
      // 创建结构体变量，并让函数指针分别指向不同的发声函数
      struct Animal dog = { dogSpeak };
      struct Animal cat = { catSpeak };
  
      // 模拟面向对象的多态效果
      dog.speak(); // 汪汪
      cat.speak(); // 喵喵
  
      // 虽然可以实现，但不像 C++/Java 那样天然支持多态
      return 0;
  }
  

不能直接返回抽象对象

• C语言结构体只能返回值或者指针

  #include <stdio.h>    // 标准输入输出（若要打印调试信息时需要）
  #include <stdlib.h>   // malloc、free 等需要的头文件
  #include <string.h>   // strcpy/strncpy 等字符串函数需要的头文件
  
  //返回值
  // 定义一个结构体类型 Person，包含 name 和 age 两个成员
  struct Person {
      char name[20];  // 存放姓名的字符数组，最多能存放 19 个字符 + 1 个终止符 '\0'
      int age;        // 年龄
  };
  
  // 定义一个函数，返回 struct Person 的“值”（按值返回）
  struct Person createPerson() {
      struct Person p;                  // 在栈上创建一个“人”变量 p（临时工）
      strcpy(p.name, "张三");           // 给 p 的名字字段赋值
      p.age = 20;                       // 给 p 的年龄字段赋值
      return p;                         // 把整个“人”复制一份返回（返回的是副本）
  }
  //函数里临时造了一个“张三”，然后复制一份“张三”的资料带出去。
  //函数结束后，里面的临时变量会消失，但返回的那份副本还在外面
  // 按值返回是“复制一份交出去”；
  =============================================================
      
  // 返回指针版本
  // 定义一个函数：在“堆”上创建一个 Person，并返回它的地址
  struct Person* createPersonPtr() {
      // 在堆上分配一块内存，用来放一个 struct Person
      struct Person* p = malloc(sizeof(struct Person));
      
      // 判断是否分配成功（非常重要的安全检查）
      if (p == NULL) {
          return NULL;  // 如果分配失败，就返回空指针，让调用者自己判断
      }
  
      // 给结构体中的 name 字段赋值
      // “->” 是访问指针所指结构体成员的运算符，相当于 (*p).name
      strcpy(p->name, "李四");
  
      // 给结构体中的 age 字段赋值
      p->age = 25;  // “->” 的优先级比点高，所以 p->age 相当于 (*p).age
  
      // 返回在堆上创建的这个“人”的地址
      // 调用者要记得使用完后 free(p)，否则会造成内存泄漏
      return p;
  }
  // 返回指针是“告诉你原件在哪”
  

• 它没有类的抽象和接口，所以高级封装和抽象都要靠函数 + 指针手动实现，就像是模拟多态

  #include <stdio.h>
  
  struct Animal {
      void (*speak)(void);
  };
  
  void dogSpeak() { printf("汪汪\n"); }
  void catSpeak() { printf("喵喵\n"); }
  
  int main() {
      struct Animal dog = { dogSpeak };
      struct Animal cat = { catSpeak };
      
      dog.speak(); // 输出 汪汪
      cat.speak(); // 输出 喵喵
  }
  

C/C++结构体对比

特性	C语言结构体	C++ 类
数据成员	✅	✅
成员函数	❌（只能用函数指针模拟）	✅
继承	❌	✅
多态	❌（只能手动模拟）	✅
封装	❌	✅
抽象类/接口	❌	✅

总结

用途	说明
打包数据	把多个不同类型的变量组合成一个整体
自定义类型	可创建新的“复合类型”供多处复用
便于传参与管理	可以整体传给函数或数组中存储

• struct 是 C 语言中用来创建“自定义复合类型”的修饰符，能把多种不同类型的变量打包成一个整体，让代码更清晰、可扩展。