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C語言結構體完全指南：定義、指針、動態分配與鏈表實戰

編輯：關於C

一、結構體定義與變量聲明

1. 基本語法

struct Student {
    int number;
    char name[10];
    float score;
}; // 分號不可省

2. 三種聲明方式

// 方式1: 先定義類型，再聲明變量
struct Student st1, st2, st3;

// 方式2: 定義類型同時聲明變量
struct Student {
    int number;
    char name[10];
    float score;
} st1, st2, st3;

// 方式3: 定義並初始化
struct Student st1 = {101, "wang", 87.5};

3. 結構體數組

struct Student stu[50] = {
    {101, "wang", 87.5},
    {102, "li", 90},
    // ...
};

二、結構體指針操作

1. 指針聲明

struct Student *p;          // 方式1: 需先見類型定義
struct Student { ... } *p;  // 方式2: 定義類型同時聲明指針

2. 指針賦值與成員訪問

struct Student st1 = {101, "wang", 87.5};
struct Student *p = &st1;

// 訪問成員三種等價形式
p->number;        // 推薦：箭頭運算符
(*p).number;      // 解引用後用點運算符
st1.number;       // 直接用變量

3. 指向結構體數組的指針

struct Student stu[10] = {...};
struct Student *p = stu; // 指向首元素

for (; p < stu + 10; p++) {
    printf("%d, %s", p->number, p->name);
}

p++ 自動按 sizeof(struct Student) 步進，體現指標運算的類型感知特性。

三、動態內存分配

函數	原型	用途
`malloc`	`void* malloc(size_t size)`	分配 size 字節，內容未初始化
`calloc`	`void* calloc(size_t n, size_t size)`	分配 n 個 size 字節塊，自動清零
`realloc`	`void* realloc(void* ptr, size_t size)`	調整已分配塊大小，可能移動內存
`free`	`void free(void* ptr)`	釋放 malloc/calloc/realloc 分配的內存

典型用法

struct Student *p = (struct Student*)malloc(sizeof(struct Student));
if (!p) exit(1); // 檢查分配失敗

// 分配數組
struct Student *arr = (struct Student*)calloc(100, sizeof(struct Student));

free(p); // 用完必須釋放，防止內存洩漏

四、單鏈表實戰

節點定義

struct Student {
    char *name;
    struct Student *next; // 指向下一節點
};

建表代碼（帶頭節點）

struct Student *create_list(int n) {
    struct Student *head = NULL, *tail = NULL, *p = NULL;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        p = (struct Student*)malloc(sizeof(struct Student));
        if (!p) exit(1);
        p->name = NULL; // 這裡簡化，實際應分配字符串空間
        p->next = NULL;
        
        if (i == 0) head = tail = p;
        else { tail->next = p; tail = p; }
    }
    return head;
}

遍歷與釋放

void traverse(struct Student *head) {
    for (struct Student *p = head; p; p = p->next)
        printf("%s\n", p->name);
}

void free_list(struct Student *head) {
    struct Student *p = head, *tmp;
    while (p) {
        tmp = p->next;
        free(p->name); // 先釋放成員動態內存
        free(p);
        p = tmp;
    }
}

五、常見陷阱與最佳實踐

結構體對齊：編譯器為對齊會插入填充字節，sizeof 可能大於成員大小之和。可用 #pragma pack 或屬性控制。
柔性數組成員 (C99)：結構體末尾聲明 char data[]; 配合 malloc(sizeof(Struct) + extra) 實現變長結構。
指針失效：free 後指針不自動置 NULL，建議 free(p), p = NULL; 避免野指針。
鏈表頭節點：引入不存數據的頭節點可統一插入/刪除邏輯，簡化邊界處理。