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1. 结构体的概念

结构体（struct）用于将多个不同类型的成员组合成一个整体，以描述复杂数据实体。

示例：

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

结构体本质上是“用户自定义的数据类型”。

2. 结构体定义与声明

2.1 结构体类型定义

struct Point {
    int x;
    int y;
};

2.2 声明结构体变量

struct Point p;

2.3 定义类型别名（推荐）

使用 typedef 简化书写：

typedef struct {
	// 结构体成员
    int x;
    int y;
} Point;

Point p;

3. 结构体的初始化

3.1 顺序初始化

struct Point p = {10, 20};

3.2 指定成员初始化（C99）

struct Point p = {.y = 20, .x = 10};

4. 结构体成员访问

4.1 普通变量通过 `.`

p.x = 5;
p.y = 8;

4.2 指针变量通过 `->`

struct Point *pt = &p;
pt->x = 5;
pt->y = 8;

. 和 -> 的关系：

(*pt).x 等价于 pt->x
(*pt).y 等价于 pt->y

5. 结构体与内存布局

结构体的大小由以下因素影响：

成员顺序
成员对齐要求
编译器填充（padding）

示例：

struct A {
    char c; // 1个字节
    char d; // 1个字节
    int  i; // 4个字节
};

可能大小为 8 字节（取决于平台）：

char 占 1 字节
后面补 3 字节填充
int 占 4 字节

大小由：sizeof(struct A) 决定。

6. 结构体与指针

6.1 结构体指针

struct Student s;
struct Student *p = &s;

p->score = 99.5;

6.2 指向结构体成员的指针

int *ptr = &(p->id);

6.3 使用 `malloc` 动态创建结构体

struct Student *stu = malloc(sizeof(struct Student));
stu->id = 1;

释放：

free(stu);

7. 结构体作为函数参数

7.1 按值传递（会复制结构体）

void print(struct Point p);

适用于小结构体。

7.2 按指针传递（无复制，效率高）

void modify(struct Point *p);

8. 结构体嵌套

8.1 结构体作为成员

struct Date {
    int y, m, d;
}; // 结构体的声明和定义
 
struct Student {
    int id;
    struct Date birth;   // 结构体的调用
};

访问：

s.birth.y = 2000;

8.2 自引用结构体（链表核心）

必须使用指针：

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

9. 结构体数组

struct Point{
	int x;
	int y;
}

struct Point arr[3] = {
    {1,2},
    {3,4},
    {5,6}
};

访问：

arr[1].x = 10;

10. 位段（Bit-fields）

用于精确指定字段的位数：

struct Flags {
    unsigned int a : 1;
    unsigned int b : 3;
    unsigned int c : 4;
};

常用于嵌入式与通信协议。

11. 结构体与 `typedef` 的常见组合模式

11.1 基本用法

typedef struct {
    int x;
    int y;
} Point;

11.2 命名结构体 + typedef

typedef struct Student {
    int id;
    int age;
} Student;

11.3 自引用链表常见形式

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

12. 结构体内存拷贝

结构体可以整体赋值：

struct Point p1 = {1,2};
struct Point p2 = p1;  // 整体拷贝

也可以使用 memcpy：memory copy

memcpy(&p2, &p1, sizeof(p1));

13. 结构体与对齐控制（可选进阶）

#pragma pack(1)
struct A {
    char c;
    int  i;
};
#pragma pack()

强制按 1 字节对齐，可用于通信协议或磁盘格式解析。

14. 枚举（enum）

枚举用于定义一组“有意义的整型常量”，使代码更可读。

14.1 基本定义

enum Color {
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};

枚举值默认从 0 开始递增：

RED=0, GREEN=1, BLUE=2

14.2 指定枚举值

enum Status {
    OK = 200,
    NOT_FOUND = 404,
    ERROR = 500
};

14.3 typedef 简化

typedef enum {
    MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
} Weekday;

Weekday w = MON;

14.4 应用场景

状态码
有限状态机
标志值集合
选项类型定义

15. 联合体（union）

联合体用于多个成员 共享同一段内存。

特点：

所有成员起始地址相同
联合体大小 = 最大成员大小
每次只能有效使用其中“一个成员”

15.1 定义

union Data {
    int   i;
    float f;
    char  str[20];
};

15.2 共享内存示例

union Data d;

d.i = 100;
printf("%d\n", d.i);

// 再存 float，会覆盖同一块内存
d.f = 3.14;
printf("%f\n", d.f);

// 读 d.i 是未定义行为

15.3 应用场景

联合体用于高效处理多种可能类型的数据：

协议解析（例如一个字节拆为 bit 段）
数据类型重解释（类型 punning）
嵌入式设备映射寄存器
节省内存的结构体复用

15.4 联合体 + 结构体混用（常见）

typedef struct {
    int type;
    union {
        int i;
        float f;
        char s[20];
    } data;
} Variant;

可实现“可变类型结构体”。