第十五章：结构体与联合体——让数据“物以类聚”

各位同学，欢迎来到第十五章。从这一章开始，我们正式进入C语言的“高级玩法”阶段。前面我们学了数组、指针、函数，这些都是基本功。但说实话，光靠这些，你很难描述现实世界中的复杂对象。比如一个学生——他有学号、姓名、年龄、成绩。用五个数组分别存？太乱了。这时候，结构体就派上用场了。

我个人习惯把结构体看作“自定义的集装箱”。你可以把不同类型的数据打包在一起，形成一个新类型。这在实际开发中太常用了。我当年做嵌入式项目时，一个传感器节点要上报温度、湿度、时间、设备ID，不用结构体的话，代码简直没法看。

15.1 结构体的定义与使用

结构体的定义语法很简单，但有几个细节容易踩坑。先看一个标准定义：

struct Student {
    int id;          // 学号
    char name[20];   // 姓名
    int age;         // 年龄
    float score;     // 成绩
};  // 注意这个分号！

嗯，这里要注意：花括号后面的分号不能丢。我见过不少新手在这里漏掉分号，然后编译器报一堆莫名其妙的错误。定义完结构体类型后，就可以用它来声明变量了：

// 方式一：先定义类型，再声明变量
struct Student stu1;

// 方式二：定义类型的同时声明变量
struct Student {
    int id;
    char name[20];
    int age;
    float score;
} stu2, stu3;

// 方式三：匿名结构体（不推荐，因为无法再次使用该类型）
struct {
    int id;
    char name[20];
} stu4;

访问结构体成员用点号（.）：

stu1.id = 1001;
strcpy(stu1.name, "张三");
stu1.age = 20;
stu1.score = 88.5;

struct Student stu1 = {1001, "张三", 20, 88.5};

15.2 结构体数组

一个学生不够？那就来一打。结构体数组就是存储多个同类型结构体变量的数组。说白了，就是“学生花名册”。

struct Student class[30];  // 一个班30个学生

// 初始化
struct Student class[3] = {
    {1001, "张三", 20, 88.5},
    {1002, "李四", 21, 92.0},
    {1003, "王五", 19, 76.5}
};

// 遍历访问
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("学号：%d，姓名：%s，成绩：%.1f\n",
           class[i].id, class[i].name, class[i].score);
}

我在项目中用结构体数组处理过传感器数据采集——每秒钟采集100个数据点，每个点包含时间戳、温度、湿度。用结构体数组存起来，后续分析处理非常方便。

15.3 结构体指针

结构体指针，说白了就是一个指向结构体变量的指针。为什么要用指针？两个原因：一是函数传参时避免拷贝整个结构体（省内存、提速度）；二是可以动态分配结构体。

struct Student stu = {1001, "张三", 20, 88.5};
struct Student *p = &stu;

// 通过指针访问成员：两种写法等价
printf("%d\n", (*p).id);   // 方式一：先解引用，再点号
printf("%d\n", p->id);     // 方式二：箭头运算符（推荐）

箭头运算符（->）是结构体指针的专属语法。我个人觉得它比解引用再点号更直观，一看就知道是在操作指针。

再看一个动态分配的例子：

struct Student *p = (struct Student *)malloc(sizeof(struct Student));
if (p == NULL) {
    printf("内存分配失败！\n");
    return -1;
}
p->id = 1001;
strcpy(p->name, "张三");
p->age = 20;
p->score = 88.5;
// 使用完毕后释放
free(p);

15.4 typedef——给类型起个“外号”

每次写 struct Student 是不是有点烦？typedef 就是用来解决这个问题的。它给已有类型起一个新名字，让代码更简洁。

typedef struct Student {
    int id;
    char name[20];
    int age;
    float score;
} Student;  // 现在 Student 就是一个类型名了

// 使用
Student stu1;           // 不用写 struct 了
Student *p = &stu1;

更常见的写法是把定义和typedef合在一起：

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

你想想看，如果不用typedef，每次声明变量都要写 struct Student xxx，代码里到处都是 struct 关键字，看着就累。用了typedef之后，清爽多了。

15.5 联合体（union）——让内存“一物多用”

联合体和结构体长得很像，但有一个本质区别：所有成员共享同一块内存。结构体是每个成员都有自己的内存空间，联合体是所有成员从同一个地址开始存放。

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

union Data data;
printf("大小：%lu 字节\n", sizeof(data));  // 输出20（取最大成员的大小）

联合体的大小等于最大成员的大小。同一时刻，只能使用其中一个成员。如果你给 data.i 赋值，再读取 data.f，得到的是乱码——因为内存中的字节被按照float的格式解释了。

我在做通信协议解析时用过联合体。一个数据包可能是整数、浮点数或字符串，用联合体来存储，省内存又方便转换。

15.6 枚举（enum）——让“魔法数字”滚出你的代码

枚举，说白了就是给整数常量起个名字。比如一周七天，用0-6表示，谁记得住？用枚举就一目了然。

enum Weekday {
    MON,     // 默认0
    TUE,     // 1
    WED,     // 2
    THU,     // 3
    FRI,     // 4
    SAT,     // 5
    SUN      // 6
};

enum Weekday today = WED;
if (today == SAT || today == SUN) {
    printf("周末啦！\n");
}

你也可以手动指定值：

enum Color {
    RED = 1,
    GREEN = 2,
    BLUE = 4
};

枚举的本质是整数，所以可以用于switch-case语句。我建议你在所有需要固定选项的地方都用枚举，而不是直接用数字。为什么？因为半年后你回头看代码，看到 if (status == 3) 你会想半天“3是什么鬼”，但看到 if (status == ERROR_TIMEOUT) 就一目了然。

知识体系总览

下面这张图帮你理清本章的知识脉络：

这张图把本章的四个核心概念串起来了。结构体是基础，typedef是语法糖，联合体是结构体的“变种”，枚举是另一种常量管理方式。它们之间没有绝对的先后顺序，但建议先掌握结构体，再学其他的。

好了，第十五章的内容就到这里。结构体和联合体是C语言中“面向对象”思想的雏形——把数据和操作数据的函数（后面会讲）组织在一起。你想想看，如果没有结构体，你要怎么描述一个“学生”？五个数组？太原始了。有了结构体，一切变得井井有条。

下一章我们会继续深入，看看结构体怎么和函数、指针玩出更多花样。到时候你会感叹：原来C语言也可以这么“高级”。