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一、结构体核心概念（C/C++ 通用）

结构体（struct）是用户自定义的复合数据类型，核心作用是将不同类型的基础数据（如int、char、指针等）封装为一个整体，用来描述现实中 “具有多个属性的复杂对象”（比如 “学生” 包含学号、姓名、成绩；“汽车” 包含品牌、价格、排量）。

二、结构体的定义与声明（语法）

结构体的定义需用struct关键字，常见有 3 种方式，同时可通过typedef定义别名（简化 C 中使用）。

2.1 基础定义方式

方式 1：先定义类型，再声明变量（最常用）

// 定义结构体类型：struct Student（C中使用时需加struct，C++可省略） struct Student { int id; // 成员1：学号（int类型） char name[20]; // 成员2：姓名（字符数组） float score; // 成员3：成绩（float类型） }; // 声明变量：stu1、stu2是struct Student类型的对象 struct Student stu1, stu2;

方式 2：定义类型的同时声明变量

// 定义struct Teacher类型，并直接声明tea1、tea2两个变量 struct Teacher { int id; char subject[30]; } tea1, tea2;

方式 3：匿名结构体（无类型名，仅能在定义时声明变量）

匿名结构体没有类型名，无法复用（后续不能再声明同类型变量），仅适用于临时、单一对象：

// 匿名结构体，仅能使用rect这一个变量 struct { double width; double height; } rect;

2.2typedef定义结构体别名（C 中常用）

C 语言中，每次使用结构体都要写struct 类型名，可通过typedef定义别名，简化书写：

// 方式1：分开写 struct Student { int id; char name[20]; }; typedef struct Student Stu; // 别名Stu，等价于struct Student // 方式2：合并写（更常用） typedef struct Student { int id; char name[20]; } Stu; // 声明变量：直接用别名Stu Stu stu1;

2.3 C++ 中 using 定义结构体别名的写法

using是 C++11 及以后推荐的别名声明方式，语法比typedef更直观，尤其是处理复杂类型时优势更明显。针对结构体，主要有两种常用写法：

写法 1：先定义结构体，再用 using 取别名

// 第一步：定义结构体（C++ 中结构体名本身就是合法类型名，无需像C那样依赖struct） struct Student { int id; // 学号 char name[20]; // 姓名 }; // 第二步：用 using 定义别名 Stu，等价于 struct Student（C++ 中struct可省略） using Stu = Student; // 推荐写法，最简洁 // 也可以写：using Stu = struct Student; （兼容C的写法，不推荐）

写法 2：匿名结构体 + using （更紧凑，适合一次性定义）

如果不需要保留原结构体名，可直接定义匿名结构体并取别名：

// 直接定义匿名结构体，并为其取别名 Stu using Stu = struct { int id; char name[20]; };

using 对比 typedef 的优势

以函数指针这类复杂类型为例，能更明显看出using的可读性优势：

// typedef 定义函数指针别名（写法绕，新手易混淆） typedef void (*FuncPtr)(int); // using 定义函数指针别名（语法直观，“别名 = 类型”的逻辑更清晰） using FuncPtr = void (*)(int);

三、结构体成员的访问

访问结构体成员需根据变量类型（普通变量 / 指针变量）选择不同的操作符：

3.1 普通变量：用.（成员访问操作符）

#include <stdio.h> #include <string.h> typedef struct Student { int id; char name[20]; } Stu; int main() { Stu stu; stu.id = 1001; // 普通变量用.访问成员 strcpy(stu.name, "张三");// 字符串需用strcpy赋值 printf("学号：%d，姓名：%s\n", stu.id, stu.name); return 0; }

3.2 指针变量：用->（指针成员访问操作符）

若结构体变量是指针，需用->访问成员（等价于(*指针).成员）：

int main() { Stu stu; Stu *p = &stu; // 结构体指针，指向stu的地址 p->id = 1002; // 指针用->访问成员 strcpy(p->name, "李四");// 等价于 (*p).name = "李四" printf("学号：%d，姓名：%s\n", p->id, p->name); return 0; }

四、结构体的初始化

结构体的初始化方式因 C/C++ 标准不同而有所差异：

4.1 C 语言初始化

（1）C89 标准：按成员顺序初始化

必须严格按照结构体成员的定义顺序赋值，未赋值的成员默认初始化为0：

Stu stu1 = {1001, "张三"}; // 按顺序：id→name，score默认0.0

（2）C99 标准：指定成员名初始化（推荐）

可通过.[成员名]指定成员赋值，顺序任意，未赋值成员默认0：

Stu stu2 = { .name = "王五", .id = 1003 }; // id=1003，name="王五"，score=0.0

注意!!!:

这个C99标准的写法是罕见的C++兼容的C语言的语法, 这种写法在大多数C++编译器中会报错!!!

（3）外部赋值初始化

先定义再赋值,缺点是容易漏掉变量,忘记赋值

Stu stu3; stu3.id=1003 stu3.name="王五" stu3.score=0.0

4.2 C++ 初始化

C++ 兼容 C 的初始化方式，同时支持更灵活的写法：

（1）列表初始化（C++11+）

struct Student { int id; char name[20]; float score; }; Student stu = {1001, "张三", 95.5}; // 顺序列表初始化 Student stu2 = {.name = "李四", .id = 1002}; // 指定成员初始化（C++11+）

（2）构造函数初始化（C++ 特有）

C++ 结构体可定义构造函数，在创建对象时自动初始化（后续第 10 节详细讲）。

五、结构体的内存布局与内存对齐（核心重点）

结构体的大小不是成员大小的简单相加，而是遵循内存对齐规则（编译器为提升 CPU 访问效率的优化策略）。

5.1 内存对齐规则（通用）

1. 第一个成员：偏移量（相对于结构体起始地址的距离）为0；
2. 每个成员：偏移量必须是「该成员自身对齐值大小」的整数倍；
3. 结构体总大小：必须是「结构体中最大基本类型成员对齐值大小」的整数倍。

5.2 示例：计算结构体大小

#include <stdio.h> // 定义结构体 struct Test { char a; // 大小1字节，偏移0（符合规则） int b; // 大小4字节，偏移需是4的整数倍 → 偏移4（a后补3字节“内存空洞”） short c; // 大小2字节，偏移8（4+4），是2的整数倍 → 符合规则 }; int main() { printf("结构体大小：%zu\n", sizeof(struct Test)); // 输出8（1+3+4+2=10？不，总大小需是最大成员（int=4）的整数倍 → 补2字节，总大小12？） // 注意：不同编译器可能有不同对齐策略，可通过#pragma pack(n)修改对齐系数 return 0; }

5.3 为什么要内存对齐？

CPU 访问内存时，会按 “字长”（如 32 位 CPU 字长 4 字节）批量读取。若数据未对齐，CPU 需分 2 次读取并拼接，效率低；对齐后可 1 次读取，牺牲少量内存换效率。

5.4 关于结构体大小的详细计算

https://mp.csdn.net/mp_blog/creation/editor/155817717

六、结构体嵌套

结构体可以包含另一个结构体作为成员（嵌套），用来描述更复杂的对象：

// 定义“地址”结构体 struct Address { char city[20]; char street[50]; }; // 定义“学生”结构体，嵌套Address struct Student { int id; char name[20]; struct Address addr; // 嵌套结构体成员 }; int main() { // 初始化嵌套结构体 struct Student stu = { .id = 1001, .name = "张三", .addr = {.city = "北京", .street = "中关村大街"} }; // 访问嵌套成员：逐层用. printf("城市：%s，街道：%s\n", stu.addr.city, stu.addr.street); return 0; }

七、结构体与函数

结构体可以作为函数的参数、返回值，核心有 2 种传递方式：

7.1 值传递（拷贝传递）

将结构体的完整副本传给函数，函数内修改的是 “副本”，不影响原结构体（缺点：结构体较大时，拷贝开销高）：

// 值传递：修改的是副本 void modify_stu(Stu s) { s.id = 2000; } int main() { Stu stu = {1001, "张三"}; modify_stu(stu); printf("学号：%d\n", stu.id); // 输出1001（原数据未变） return 0; }

7.2 指针传递（推荐）

传递结构体的地址，函数内直接操作原数据，无拷贝开销：

// 指针传递：修改原数据 void modify_stu_ptr(Stu *s) { s->id = 2000; } int main() { Stu stu = {1001, "张三"}; modify_stu_ptr(&stu); printf("学号：%d\n", stu.id); // 输出2000（原数据被修改） return 0; }

7.3 结构体作为返回值

函数可以返回结构体（本质是值传递，返回副本）：

Stu create_stu(int id, const char *name) { Stu s; s.id = id; strcpy(s.name, name); return s; } int main() { Stu stu = create_stu(1004, "赵六"); printf("学号：%d，姓名：%s\n", stu.id, stu.name); return 0; }

八、结构体中的数组与指针

结构体中可以包含数组或指针，但内存管理方式完全不同：

8.1 结构体中的数组

数组内存直接存储在结构体中，大小固定：

struct Student { char name[20]; // 数组内存属于结构体，大小固定为20字节 };

8.2 结构体中的指针

指针仅存储地址，指向的内存不在结构体中，需手动分配 / 释放（易引发内存泄漏）：

struct Student { char *name; // 指针仅存地址，需手动分配内存 }; int main() { struct Student stu; // 手动分配内存 stu.name = (char*)malloc(20); strcpy(stu.name, "张三"); printf("姓名：%s\n", stu.name); // 手动释放内存（避免泄漏） free(stu.name); return 0; }

8.3 浅拷贝问题（结构体含指针时）

若直接赋值含指针的结构体，会发生浅拷贝（仅拷贝指针地址，不拷贝指针指向的内容），导致多个结构体指针指向同一块内存，释放时重复释放：

int main() { struct Student stu1, stu2; stu1.name = (char*)malloc(20); strcpy(stu1.name, "张三"); stu2 = stu1; // 浅拷贝：仅拷贝指针地址，stu2.name和stu1.name指向同一块内存 free(stu1.name); // 释放stu1.name free(stu2.name); // 重复释放，触发内存错误 return 0; }

解决方法：深拷贝手动拷贝指针指向的内容，而非仅拷贝地址：

void copy_stu(struct Student *dest, struct Student *src) { dest->id = src->id; // 深拷贝：分配新内存，拷贝内容 dest->name = (char*)malloc(strlen(src->name) + 1); strcpy(dest->name, src->name); }

九、结构体的进阶特性

9.1 柔性数组（C99 特有）

结构体的最后一个成员可以是 “未指定大小的数组”（柔性数组），用于动态分配内存（数组大小由malloc指定）：

// 柔性数组：最后一个成员是未指定大小的数组 struct Buffer { int len; char data[]; // 柔性数组，大小为0（C99支持） }; int main() { // 分配内存：Buffer大小 + 100字节的data数组 struct Buffer *buf = (struct Buffer*)malloc(sizeof(struct Buffer) + 100); buf->len = 100; strcpy(buf->data, "这是柔性数组的内容"); printf("内容：%s\n", buf->data); free(buf); // 一次释放即可 return 0; }

C++标准不支持柔性数组, 虽然大多数编译器做了拓展支持, 但是C++ 中优先使用std::vector/std::string/ 智能指针替代柔性数组, 避免手动内存管理的错误, 符合 C++ 的 RAII 理念；

在定义 Buffer 结构体时，为什么选择char data[]这种柔性数组写法，而非更直观的char* data?

9.2 柔性数组 vs char* data 的本质区别

用char* data虽然语法上可行，但会带来内存不连续、管理复杂、易出错等问题；而柔性数组的核心优势是内存连续、管理简单、性能更优，这也是 C99 引入柔性数组的根本原因。

1. 内存布局：连续 vs 分散

这是最核心的区别，直接决定了后续的所有差异：

柔性数组（char data []）：data是结构体的 “一部分”，和len在同一块连续内存中。malloc 时只需一次分配：sizeof(struct Buffer) + 数据长度，内存布局如下：

内存地址：低 → 高 | len (4字节) | data[0] | data[1] | ... | data[99] | （连续的一块内存）

示例中，malloc(sizeof(struct Buffer) + 100)分配的是 “4 字节 len + 100 字节 data” 的连续内存。

char* date指针：data只是结构体里的一个指针变量（4/8 字节），它指向另一块独立的内存。需要两次 malloc：

第一步：分配结构体内存 → 存储 len 和 data指针 | len (4字节) | data指针 (8字节) | 第二步：分配数据内存 → data指针指向这块内存 ↓ | 数据内容 | （另一块独立内存）

2. 内存管理：简单 vs 复杂（易出错）

这是实际开发中最容易踩坑的点：

（1）柔性数组的管理（简单安全）

// 你的原代码：一次分配，一次释放 struct Buffer *buf = (struct Buffer*)malloc(sizeof(struct Buffer) + 100); buf->len = 100; strcpy(buf->data, "这是柔性数组的内容"); free(buf); // 一次free即可释放所有内存，无内存泄漏

（2）char* data 的管理（复杂易出错）

struct Buffer { int len; char* data; // 指针版本 }; int main() { // 第一步：分配结构体内存 struct Buffer *buf = (struct Buffer*)malloc(sizeof(struct Buffer)); if (buf == NULL) return -1; // 第二步：分配数据内存（必须单独分配） buf->len = 100; buf->data = (char*)malloc(buf->len); if (buf->data == NULL) { // 需额外判空，否则内存泄漏 free(buf); return -1; } strcpy(buf->data, "这是指针版本的内容"); printf("内容：%s\n", buf->data); // 释放：必须先释放data指向的内存，再释放结构体！ // 顺序错了：先free(buf) → data指针变成野指针，无法释放data内存（内存泄漏） // 漏释放data：直接free(buf) → data指向的内存永远无法释放（内存泄漏） free(buf->data); free(buf); return 0; }

• 必须两次 malloc、两次 free，步骤繁琐；
• 释放顺序不能错（先 data 后结构体），新手极易写错；
• 任何一步 malloc 失败，都要手动回滚释放已分配的内存，否则泄漏。

3. 性能与缓存友好性：更优 vs 较差

CPU 访问内存时，会优先读取 “缓存行”（连续的内存块），连续内存的访问效率远高于分散内存：

• 柔性数组：len和data在同一块连续内存，CPU 一次缓存就能加载，访问buf->len后再访问buf->data时，数据已在缓存中，速度快；
• char* data：结构体和数据内存分散，CPU 需要两次缓存加载（先加载结构体，再加载数据），缓存命中率低，性能稍差（高频访问时差异明显）。

4. 内存碎片：更少 vs 更多

频繁分配 / 释放内存时，柔性数组的优势更明显：

• 柔性数组：一次分配大块连续内存，减少内存碎片；
• char* data：两次小内存分配，容易产生大量零散的内存碎片，导致后续 malloc 失败（即使总空闲内存足够，也没有连续的大块内存）。

5. 边界与安全性：更可控 vs 易出错

• 柔性数组：通过sizeof(struct Buffer) + n分配，能精准控制数据区大小，且data是结构体的一部分，不会出现 “结构体有效但 data 指针悬空” 的情况；
• char* data：需要手动记录len和data指向的内存大小，容易出现 “len 和实际内存大小不一致”（比如 len 设为 100，但 data 只分配了 50 字节），导致越界访问。

9.3 匿名结构体（嵌套场景）

嵌套结构体时可省略类型名（匿名），简化代码：

struct Student { int id; // 匿名嵌套结构体 struct { char city[20]; char street[50]; } addr; }; int main() { struct Student stu = {.id=1001, .addr.city="上海"}; printf("城市：%s\n", stu.addr.city); return 0; }

十、C++ 中结构体的扩展（C++ 特有）

C++ 中的struct本质上与class几乎一致，仅默认访问权限不同（struct默认public，class默认private），支持面向对象特性：

10.1 结构体可以包含成员函数

C 的结构体仅能存数据，C++ 的结构体可以同时存 “数据（成员变量）” 和 “行为（成员函数）”：

#include <iostream> using namespace std; struct Student { // 成员变量（默认public） int id; string name; // C++可直接用string // 成员函数：打印信息 void print() { cout << "学号：" << id << "，姓名：" << name << endl; } }; int main() { Student stu = {1001, "张三"}; stu.print(); // 调用成员函数 return 0; }

10.2 构造 / 析构函数（C++ 特有）

• 构造函数：创建对象时自动调用，用于初始化；
• 析构函数：销毁对象时自动调用，用于释放资源。

struct Student { int id; string name; // 构造函数（与结构体同名，无返回值） Student(int id_, string name_) { id = id_; name = name_; } // 析构函数（~开头，无参数） ~Student() { cout << "销毁对象：" << name << endl; } }; int main() { Student stu(1002, "李四"); // 调用构造函数 stu.print(); return 0; // 函数结束，析构函数自动调用 }

10.3 继承与多态（C++ 特有）

C++ 结构体支持继承和虚函数，实现多态：

// 基类结构体 struct Shape { virtual double get_area() { return 0; } // 虚函数 virtual ~Shape() {} // 虚析构函数（确保子类析构被调用） }; // 子类结构体：继承Shape struct Circle : public Shape { double radius; Circle(double r) : radius(r) {} // 重写虚函数 double get_area() override { return 3.14 * radius * radius; } }; int main() { Shape *s = new Circle(5); cout << "圆形面积：" << s->get_area() << endl; // 多态调用 delete s; return 0; }

10.4 运算符重载（C++ 特有）

C++ 结构体可以重载运算符，让结构体支持更直观的操作：

struct Point { int x, y; // 重载+运算符 Point operator+(const Point &p) { return {x + p.x, y + p.y}; } }; // 重载<<运算符（输出） ostream& operator<<(ostream &os, const Point &p) { os << "(" << p.x << "," << p.y << ")"; return os; } int main() { Point p1 = {1,2}, p2 = {3,4}; Point p3 = p1 + p2; cout << p3 << endl; // 输出(4,6) return 0; }

十一、结构体与联合体（union）的区别

特性	结构体（struct）	联合体（union）
内存分配	各成员占独立内存	所有成员共享同一块内存
大小	成员大小之和（含内存空洞）	最大成员的大小
用途	封装不同类型数据	节省内存（同一时间存一种数据）

十二、C++结构体和C++类的区别

唯一的区别就是没有区别