C語言結構體（Struct）完整指南：定義、變量、成員訪問與內存佈局

為什麼需要結構體？

數組只能存儲相同類型數據，但現實實體（如學生、產品、坐標）通常包含不同類型屬性：姓名、學號、年齡、成績等。結構體正是為了解決「異構數據聚合」而設計的用戶自定義復合類型。

結構體定義語法

struct 結構體名 {
    類型 成員名1;
    類型 成員名2;
    ...
};

經典示例：學生信息

struct Student {
    char *name;    // 姓名（字符串指針）
    int num;       // 學號
    int age;       // 年齡
    char group;    // 所在小組
    float score;   // 成績
};

• Student 是結構體標籤（類型名）
• 大括號內為成員列表，每個成員佔用獨立內存
• 結尾分號不可省略，這是一條完整聲明語句
• 成員不能在定義時初始化（只能聲明類型）

基本類型 vs 構造類型

結構體變量定義與使用

方式 1：先定義類型，再定義變量

struct Student stu1, stu2;  // 關鍵字 struct 不可省略

方式 2：定義類型同時定義變量

struct Student {
    char *name;
    int num;
    // ...
} stu1, stu2;  // 變量名放在結尾

方式 3：匿名結構體（僅用於定義少量變量）

struct {
    char *name;
    int num;
} stu1, stu2;  // 無標籤，後續無法復用類型

成員訪問：點運算符 (.)

結構體變量名.成員名

完整示例

#include <stdio.h>

int main() {
    struct {
        char *name;
        int num;
        int age;
        char group;
        float score;
    } stu1;
    
    // 逐個賦值
    stu1.name = "Tom";
    stu1.num = 12;
    stu1.age = 18;
    stu1.group = 'A';
    stu1.score = 136.5;
    
    // 讀取輸出
    printf("%s的學號是%d，年齡%d，在%c組，成績%.1f！\n",
           stu1.name, stu1.num, stu1.age, stu1.group, stu1.score);
    
    return 0;
}

運行結果

Tom的學號是12，年齡18，在A組，成績136.5！

整體賦值（僅定義時可用）

struct Student stu1, stu2 = {"Tom", 12, 18, 'A', 136.5};

• 順序必須與成員聲明順序一致
• 使用過程中只能逐個成員賦值，不能整體賦值（同數組）

內存佈局與對齊

理論連續佈局

成員按聲明順序連續排列。上例理論大小：

指針(4/8) + int(4) + int(4) + char(1) + float(4) = 17/21 字節

實際內存對齊（編譯器插入填充字節）

為提高 CPU 訪問效率，編譯器會按對齊規則插入填充字節：

• 結構體起始地址對齊到最大成員對齊數
• 每個成員偏移量對齊到自身類型大小（或編譯器指定對齊數）
• 結構體總大小為最大對齊數的整數倍

上例在 32 位系統典型佈局：

name (指針 4B) : 偏移 0
num (int 4B)   : 偏移 4
age (int 4B)   : 偏移 8
group (char 1B): 偏移 12
【填充 3B】    : 偏移 13-15
score (float 4B): 偏移 16
總大小 = 20 字節（4 的倍數）

詳細對齊規則請參閱《C語言內存對齊，提高尋址效率》專題。

關鍵概念釐清

進階用法預告

• 結構體指針與 -> 運算符
• 結構體數組、嵌套結構體
• 結構體作為函數參數/返回值（傳值 vs 傳址）
• 位域、柔性數組成員
• typedef 簡化聲明