目錄

第一性原理出發：我們要解決什么問題？

定義結構體（Defining Structures）

問題：名字太長怎么辦？

如何定義結構體變量？

結構體的大小（Size of Structures）

初始化結構體（Initialize Structures）

訪問結構體成員（Access Structures）

結構體的指針（Pointers to Structures）

如何通過指針訪問結構體成員？

👣 分析 (*p).width 的由來：

結構體作為函數參數（Structures as Parameters）

為什么結構體很重要？

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第一性原理出發：我們要解決什么問題？

第一性原理是從根本出發，不依賴已有抽象來理解一個問題。

問題：我們如何表達復雜的數據？

在 C 語言里，我們已經知道可以用變量存儲數據，比如：

int width = 10;
int height = 5;

這兩個變量表示一個矩形的寬和高。但如果我們有多個矩形，就可能會有一堆變量：

int r1_width = 10, r1_height = 5;
int r2_width = 20, r2_height = 10;

?這會讓代碼變得混亂、不好維護。

💡第一性答案：我們要把相關數據打包成一個“新類型”

我們想要的是：把一個矩形的寬和高“綁定”在一起，像一個單元一樣使用它。

這就引出了結構體（Structure）的概念：

結構體是 C 語言提供的一種機制，它允許我們把多個不同或相同類型的數據組合在一起，形成一個“新的數據類型”。

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定義結構體（Defining Structures）

我們可以用 struct 關鍵字定義一個矩形結構體：

struct Rectangle {int width;int height;
};

這段代碼做了什么？

• 它定義了一個新的類型，叫做 struct Rectangle，可以用它創建變量

• 這個類型有兩個成員：

  • width：整型，表示矩形的寬

  • height：整型，表示矩形的高

可以把它理解為一個“結構體工廠”，以后我們可以用它制造一個一個“矩形對象”。

問題：名字太長怎么辦？

每次都寫 struct Rectangle 很麻煩，所以我們可以使用 typedef 來定義一個別名，簡化使用：

typedef struct Rectangle {int width;int height;
} Rectangle;

• struct Rectangle 是原始名字

• Rectangle 是你定義的新別名

這樣你以后可以直接寫：

Rectangle r1;
//等價于
struct Rectangle r1;

💡更進一步：定義和別名可以合并寫成匿名結構體

如果你不打算用 struct Rectangle 這種原始名，可以這樣簡寫：

typedef struct {int width;int height;
} Rectangle;

這也是合法的結構體定義方式，結構體沒有“名”，但有了一個別名 Rectangle。?

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如何定義結構體變量？

1?? 先定義結構體，再定義變量：

struct Rectangle {int width;int height;
};struct Rectangle r1, r2;

2?? 定義時直接創建變量：

struct Rectangle {int width;int height;
} r1, r2;

?3?? 使用 typedef 簡化后：

typedef struct {int width;int height;
} Rectangle;Rectangle r1, r2;

我們可以這樣用這個結構體定義實際的矩形：

struct Rectangle r1;
r1.width = 10;
r1.height = 5;

這段代碼：

• 創建了一個結構體變量 r1

• 給它的 width 和 height 賦值

?現在 r1 是一個“真正的矩形”，有自己的寬和高！

我們可以像這樣使用它：

int area = r1.width * r1.height;
printf("Area: %d\n", area);

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結構體的大小（Size of Structures）

🔎 問題：一個結構體到底占用多少內存？

我們可以用 sizeof() 運算符來查看：

#include <stdio.h>typedef struct {int width;int height;
} Rectangle;int main() {printf("Size of Rectangle: %lu\n", sizeof(Rectangle));return 0;
}

分析：它的大小是所有成員的大小之和嗎？

直覺上你可能以為是：

• int width：4 字節

• int height：4 字節

• 總共：8 字節

?這個答案大多數時候是對的，但是……

🧠現實中會有對齊（Padding）

有時結構體會包含“填充字節”（padding），為了讓內存對齊（alignment），提高訪問效率。

比如下面這個結構體：

struct Example {char a;int b;
};

你可能以為大小是 1 + 4 = 5 字節，但其實 sizeof(struct Example) 很可能是 8。

原因是：

• char 占 1 字節

• 為了讓 int 對齊到 4 字節位置，會插入 3 個字節的“空白”

• 所以實際內存布局是：

字節偏移	內容
0	a
1~3	填充
4~7	b

如何減少結構體大小？

把小的字段放在一起，有時可以減少對齊浪費：

struct Compact {char a;char b;int c;
};

這樣會比 char + int 的組合更緊湊一些。?

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初始化結構體（Initialize Structures）

有幾種方式可以給結構體變量賦初值。

?方法一：逐個成員賦值

r1.width = 10;
r1.height = 5;

方法二：使用初始化列表

可以直接一次性賦值：

Rectangle r2 = {20, 15};

它會按順序對應結構體中的成員：第一個是 width，第二個是 height。?

??結構體不能直接比較?

if (r1 == r2) {  // 錯誤，結構體不能用 == 比較// ...
}

要比較結構體，得自己比較各個字段：

if (r1.width == r2.width && r1.height == r2.height) {// ...
}

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訪問結構體成員（Access Structures）

訪問結構體成員有兩種主要方式：

1. 用點運算符 .（用于結構體變量）

Rectangle r1 = {10, 5};
printf("Width: %d\n", r1.width);
printf("Height: %d\n", r1.height);

. 是成員訪問運算符，用于訪問結構體變量的成員。?

可以理解為：

• 你有一個“復合數據類型”（結構體）

• 用 . 告訴編譯器：“我要訪問這個結構里的某一個字段”

2. 用箭頭運算符 ->（用于結構體指針）?

Rectangle *p = &r1;
printf("Width: %d\n", p->width);
printf("Height: %d\n", p->height);

這兩個方式的差別在于：

• . 用于結構體變量本身

• -> 用于結構體指針

等價的寫法也可以是：

(*p).width  // 與 p->width 等價，但不常用

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結構體的指針（Pointers to Structures）

為什么我們需要結構體指針？

結構體通常存儲多個數據，傳遞或處理時如果結構體很大（有很多字段），傳結構體副本效率低、內存開銷大。

所以就像數組、字符串一樣，我們經常用“結構體指針”來：

• 節省內存

• 修改原始結構體的數據

• 在函數之間高效傳遞結構體

如何聲明和使用結構體指針？

假設我們有這個結構體：

typedef struct {int width;int height;
} Rectangle;Rectangle r1 = {10, 5};

聲明結構體指針，并指向變量 r1：

Rectangle *p = &r1;  // p 是一個指向 Rectangle 的指針

• p 存儲的是 r1 的地址

• *p 表示通過指針訪問 r1

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如何通過指針訪問結構體成員？

有兩種方式：

方式一：箭頭運算符 ->

p->width    // 訪問 r1 的 width
p->height   // 訪問 r1 的 height

這是最常用的方式，代碼簡潔可讀性好。?

方式二：使用 (*p).member?

👣 分析 (*p).width 的由來：

1. p 是一個結構體指針，指向 r1

2. *p 就是解引用，表示 r1 本體

3. (*p).width 的意思是：

• 先從指針 p 拿到結構體 r1

• 再取 r1.width

💡 但注意括號一定要加！

如果寫成 *p.width 是錯誤的，解釋如下：

• 運算符優先級中 . 的優先級高于 *

• 所以 *p.width 實際上是 *(p.width)，這表示的是 “p 的成員 width 的值，再解引用”，根本不是我們要的意思！

🔁 所以：正確寫法是 (*p).member，等價于：p->member

你可以理解為：p->width ? ≡ ? (*p).width

但 -> 是語法糖，更方便。

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結構體作為函數參數（Structures as Parameters）

在 C/C++ 語言中，結構體可以作為函數的參數傳遞進去。根據不同的傳遞方式，它的行為會有非常大的區別。主要有三種方式：

按值傳遞（Pass by Value）

結構體按值傳遞時，函數接收到的是結構體的一份副本（copy），修改這個副本不會影響原始結構體。

#include <stdio.h>typedef struct {int width;int height;
} Rectangle;void change(Rectangle r) {r.width = 999;
}int main() {Rectangle r1 = {10, 5};change(r1);printf("r1.width = %d\n", r1.width);  // 輸出 10，而不是 999return 0;
}

• change(r1); 把 r1 拷貝了一份，傳給了函數

• 函數里 r.width = 999; 修改的是副本，不影響 r1 本體

?按指針傳遞（Pass by Pointer）

把結構體變量的地址傳遞給函數。函數可以通過這個地址訪問并修改結構體的內容。

#include <stdio.h>typedef struct {int width;int height;
} Rectangle;void change(Rectangle *p) {p->width = 999;  // 或 (*p).width = 999;
}int main() {Rectangle r1 = {10, 5};change(&r1);  // 注意傳的是地址printf("r1.width = %d\n", r1.width);  //  輸出 999return 0;
}

• change(&r1) 傳遞結構體的地址

• p->width = 999; 直接修改原始結構體變量 r1

• 指針傳遞效率高，尤其是結構體比較大時非常有用

按引用傳遞（?Pass by Reference）

使用 &，函數接收的是真實結構體的“別名”，不會產生拷貝，函數內部的修改會作用于原始變量。

#include <iostream>
using namespace std;struct Rectangle {int width;int height;
};void change(Rectangle &r) {r.width = 999;
}int main() {Rectangle r1 = {10, 5};change(r1);cout << "r1.width: " << r1.width << endl;  // 輸出 999 return 0;
}

• 省去了拷貝，性能高

• 可以直接修改原始數據

也可以升級為按常量引用傳遞?（Pass by const Reference）

這是 C++ 最推薦的方式之一，特別是只讀訪問結構體時。

void printArea(const Rectangle &r) {cout << "Area: " << r.width * r.height << endl;
}

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為什么結構體很重要？

結構體帶來的核心好處是：

• 組織數據：相關的數據（比如矩形的寬和高）可以組合在一起

• 可讀性強：代碼語義更清晰

• 可擴展性強：以后如果要添加更多屬性（比如顏色、邊框樣式），直接在結構體中加字段就行

例如，我們要擴展 Rectangle 加一個顏色：

struct Rectangle {int width;int height;char color[20];
};

結構體 + 函數 = 更強大！

你甚至可以定義一個函數來計算矩形面積，結構體作為參數傳入：

int getArea(struct Rectangle r) {return r.width * r.height;
}int area = getArea(r1);