C語言結構體進階：包含數組、嵌套結構與鏈表實現

結構體包含數組

struct Rec {
    int x[3];  // 固定大小數組作為成員
    int y;
} r1;

r1.x[0] = 11; r1.x[1] = 22; r1.x[2] = 33;
r1.y = 99;

數組成員內嵌於結構體內存中，非指標，隨結構體整體複製/傳遞。

結構體嵌套結構體

方式一：獨立定義再引用

struct Rec1 { int x, y, z; };
struct Rec2 {
    int ID;
    struct Rec1 num;  // 嵌套結構體變量
} R;

R.num.x = 1;  // 訪問嵌套成員

方式二：匿名嵌套定義

struct Rec {
    int ID;
    struct {        // 匿名結構體類型
        int x, y, z;
    } num;          // 變量名 num
} R;

兩種方式內存佈局相同，匿名方式更緊湊、封裝性更強。

鏈表基石：結構體包含自引用指標

struct Rec {
    int x, y;
    struct Rec *next;  // 指向同類型結構體的指標
} *p = NULL, *pFirst = NULL, *pPrec = NULL;

建立鏈表（頭插法/尾插法）

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    p = malloc(sizeof(struct Rec));
    p->x = i;
    p->y = i * i;
    p->next = NULL;

    if (!pFirst) {          // 首節點
        pFirst = p;
        pPrec = p;
    } else {                // 尾插
        pPrec->next = p;
        pPrec = p;
    }
}

遍歷鏈表

p = pFirst;
while (p) {
    printf("%d,%d\n", p->x, p->y);
    p = p->next;
}

釋放鏈表（必須保存 next 再 free）

p = pFirst;
while (p) {
    pPrec = p;
    p = p->next;
    free(pPrec);
}

內存佈局圖解

struct Rec (含數組)          struct Rec (鏈表節點)
+----------+----------+      +----------+----------+----------+
| x[0]     | x[1]     |      | x        | y        | next  *  |  →  下一節點
| x[2]     | y        |      +----------+----------+----------+
+----------+----------+      (next 存儲下一節點地址)

關鍵注意點

• 自引用指標必須聲明為指標：struct Rec next; 會導致無限遞歸大小，編譯錯誤。
• malloc 分配單個節點，free 逐個釋放，防止內存洩漏。
• 結構體賦值/傳值會複製整個內嵌數組，大結構體傳遞建議用指標。
• 嵌套結構體 與 指向結構體的指標 語義截然不同：前者內嵌數據，後者引用外部數據。

總結

結構體支援數組成員（內嵌存儲）、嵌套結構（組合建模）與自引用指標（構建鏈表、樹等動態數據結構）。掌握這三種模式，即可在 C 語言中構建任意複雜的數據模型，是系統編程、數據結構實現的基石。