C++ 结构体学习笔记教程

1. 结构体的基本概念

结构体（struct）是C++中一种用户自定义的数据类型，用于将不同类型的数据组合在一起，形成一个新的复合数据类型。结构体非常适合表示具有多个相关属性的实体，如学生、点坐标、书籍信息等。

2. 结构体的定义与使用

基本语法

struct 结构体名称 {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    // ... 更多成员
};

示例：定义一个学生结构体

#include <iostream>
#include <string>

// 定义结构体
struct Student {
    std::string name;  // 姓名
    int age;           // 年龄
    float score;       // 成绩
};

int main() {
    // 创建结构体变量
    Student stu1;
    
    // 访问和设置成员
    stu1.name = "张三";
    stu1.age = 18;
    stu1.score = 95.5f;
    
    // 输出结构体成员
    std::cout << "姓名: " << stu1.name << std::endl;
    std::cout << "年龄: " << stu1.age << std::endl;
    std::cout << "成绩: " << stu1.score << std::endl;
    
    return 0;
}

3. 结构体的初始化

结构体可以通过多种方式进行初始化：

#include <iostream>
#include <string>

struct Point {
    int x;
    int y;
};

struct Book {
    std::string title;
    std::string author;
    int pages;
    
    // 构造函数
    Book(std::string t, std::string a, int p) {
        title = t;
        author = a;
        pages = p;
    }
    
    // 简化的构造函数
    Book(std::string t, std::string a) : title(t), author(a), pages(0) {}
};

int main() {
    // 1. 先定义后赋值
    Point p1;
    p1.x = 10;
    p1.y = 20;
    
    // 2. 定义时初始化（C风格）
    Point p2 = {15, 30};
    
    // 3. 使用构造函数初始化
    Book book1("C++ Primer", "Stanley B. Lippman", 1000);
    
    // 4. 使用另一个构造函数
    Book book2("The Great Gatsby", "F. Scott Fitzgerald");
    
    std::cout << "p1: (" << p1.x << ", " << p1.y << ")" << std::endl;
    std::cout << "p2: (" << p2.x << ", " << p2.y << ")" << std::endl;
    std::cout << "Book 1: " << book1.title << " by " << book1.author 
              << ", " << book1.pages << " pages" << std::endl;
    std::cout << "Book 2: " << book2.title << " by " << book2.author << std::endl;
    
    return 0;
}

4. 结构体中的成员函数

C++结构体可以包含成员函数，这使得结构体不仅能存储数据，还能包含操作这些数据的方法。

#include <iostream>
#include <string>

struct Rectangle {
    float length;
    float width;
    
    // 计算面积
    float area() {
        return length * width;
    }
    
    // 计算周长
    float perimeter() {
        return 2 * (length + width);
    }
    
    // 设置尺寸
    void setDimensions(float l, float w) {
        if (l > 0 && w > 0) {  // 确保尺寸为正数
            length = l;
            width = w;
        } else {
            std::cout << "错误：尺寸必须为正数！" << std::endl;
        }
    }
    
    // 显示矩形信息
    void display() {
        std::cout << "矩形: 长 = " << length 
                  << ", 宽 = " << width << std::endl;
        std::cout << "面积: " << area() << std::endl;
        std::cout << "周长: " << perimeter() << std::endl;
    }
};

int main() {
    Rectangle rect;
    
    rect.setDimensions(5.0f, 3.0f);
    rect.display();
    
    // 尝试设置无效尺寸
    rect.setDimensions(-2.0f, 4.0f);
    
    return 0;
}

5. 结构体数组与指针

结构体可以像基本类型一样创建数组和指针：

#include <iostream>
#include <string>

struct Employee {
    std::string name;
    int id;
    float salary;
    
    void display() {
        std::cout << "ID: " << id 
                  << ", 姓名: " << name 
                  << ", 工资: " << salary << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 结构体数组
    Employee employees[3] = {
        {"张三", 1001, 5000.0f},
        {"李四", 1002, 6000.0f},
        {"王五", 1003, 5500.0f}
    };
    
    std::cout << "所有员工信息：" << std::endl;
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        employees[i].display();
    }
    
    // 结构体指针
    Employee emp = {"赵六", 1004, 7000.0f};
    Employee* empPtr = &emp;
    
    std::cout << "\n通过指针访问：" << std::endl;
    // 两种访问方式：-> 和 (*).
    empPtr->display();
    (*empPtr).display();
    
    // 指向结构体数组的指针
    Employee* arrPtr = employees;
    std::cout << "\n通过数组指针访问第一个员工：" << std::endl;
    arrPtr->display();
    
    return 0;
}

6. 结构体的嵌套

结构体可以嵌套在其他结构体中，形成更复杂的数据结构：

#include <iostream>
#include <string>

// 地址结构体
struct Address {
    std::string street;
    std::string city;
    std::string state;
    int zipCode;
    
    void display() {
        std::cout << street << ", " << city << ", " 
                  << state << " " << zipCode << std::endl;
    }
};

// 人员结构体，嵌套了Address结构体
struct Person {
    std::string name;
    int age;
    Address address;  // 嵌套结构体
    
    void display() {
        std::cout << "姓名: " << name << std::endl;
        std::cout << "年龄: " << age << std::endl;
        std::cout << "地址: ";
        address.display();
    }
};

int main() {
    Person person;
    
    person.name = "张三";
    person.age = 30;
    person.address.street = "Main Street 123";
    person.address.city = "Beijing";
    person.address.state = "CN";
    person.address.zipCode = 100000;
    
    person.display();
    
    return 0;
}

7. 结构体与函数

结构体可以作为函数参数传递，也可以作为函数返回值：

#include <iostream>

struct Circle {
    float radius;
    
    // 常量成员函数，不修改结构体数据
    float getArea() const {
        return 3.14159f * radius * radius;
    }
};

// 结构体作为参数（值传递）
void printCircleArea(Circle c) {
    std::cout << "圆的面积: " << c.getArea() << std::endl;
}

// 结构体作为参数（引用传递）
void doubleRadius(Circle& c) {
    c.radius *= 2;
}

// 函数返回结构体
Circle createCircle(float radius) {
    Circle c;
    c.radius = radius;
    return c;
}

int main() {
    Circle myCircle = createCircle(5.0f);
    printCircleArea(myCircle);
    
    doubleRadius(myCircle);
    printCircleArea(myCircle);
    
    return 0;
}

8. 结构体与类的区别

在C++中，结构体（struct）和类（class）非常相似，主要区别在于：

1. 默认访问权限：

   • 结构体的成员默认是public（公共的）
   • 类的成员默认是private（私有的）

2. 继承默认权限：

   • 结构体默认是公有继承
   • 类默认是私有继承

3. 使用习惯：

   • 结构体通常用于存储数据（数据结构）
   • 类通常用于实现更复杂的面向对象功能

9. 结构体的实际应用示例

下面是一个综合示例，展示结构体在实际编程中的应用：

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>

// 定义日期结构体
struct Date {
    int day;
    int month;
    int year;
    
    std::string toString() {
        return std::to_string(day) + "/" + 
               std::to_string(month) + "/" + 
               std::to_string(year);
    }
};

// 定义学生结构体
struct Student {
    std::string id;
    std::string name;
    Date birthDate;
    float grades[3];  // 三门课程成绩
    
    // 计算平均成绩
    float averageGrade() const {
        float sum = 0;
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            sum += grades[i];
        }
        return sum / 3;
    }
    
    // 显示学生信息
    void display() const {
        std::cout << "学号: " << id << std::endl;
        std::cout << "姓名: " << name << std::endl;
        std::cout << "出生日期: " << birthDate.toString() << std::endl;
        std::cout << "成绩: ";
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            std::cout << grades[i] << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
        std::cout << "平均成绩: " << std::fixed << std::setprecision(1) 
                  << averageGrade() << std::endl;
    }
};

// 查找平均分最高的学生
Student findTopStudent(Student students[], int count) {
    int topIndex = 0;
    float highestAvg = students[0].averageGrade();
    
    for (int i = 1; i < count; i++) {
        if (students[i].averageGrade() > highestAvg) {
            highestAvg = students[i].averageGrade();
            topIndex = i;
        }
    }
    
    return students[topIndex];
}

int main() {
    // 初始化学生数组
    Student students[3] = {
        {
            "2023001", "张三", {15, 3, 2005}, {90.5f, 85.0f, 92.5f}
        },
        {
            "2023002", "李四", {20, 5, 2004}, {88.0f, 91.5f, 89.0f}
        },
        {
            "2023003", "王五", {5, 9, 2005}, {95.0f, 87.5f, 90.0f}
        }
    };
    
    // 显示所有学生信息
    std::cout << "===== 所有学生信息 =====" << std::endl;
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        students[i].display();
        std::cout << std::endl;
    }
    
    // 查找并显示成绩最好的学生
    Student topStudent = findTopStudent(students, 3);
    std::cout << "===== 成绩最好的学生 =====" << std::endl;
    topStudent.display();
    
    return 0;
}

总结

结构体是C++中非常重要的数据结构，它允许我们将相关的数据组合在一起，形成有意义的数据单元。通过本教程，你应该已经掌握了：

1. 结构体的定义和基本使用方法
2. 结构体的初始化方式，包括使用构造函数
3. 结构体中成员函数的定义和使用
4. 结构体数组和指针的操作
5. 结构体的嵌套使用
6. 结构体与函数的配合使用
7. 结构体与类的区别

结构体在实际编程中应用广泛，掌握结构体的使用对于C++编程至关重要。建议多编写代码练习，加深对结构体的理解和应用能力。