23.结构体

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2025-02-05

一、开场：探索结构体的世界

标题：走进结构体 - 构建复杂数据的基石

副标题：从结构体起步，提升数据组织能力

引入方式：展示一个学校的学生信息管理系统界面，里面包含学生的姓名、年龄、成绩等多项信息。提问学生，如果用之前学过的变量知识来存储这些信息，会面临诸多不便，从而引出结构体的概念。告知学生结构体可以将不同类型的数据组合在一起，方便管理和操作，激发学生的学习兴趣。

配图：选择学校学生信息管理系统界面的图片，或者用简单的示意图展示结构体在内存中的存储方式，让学生对结构体有初步的直观认识。

二、结构体的定义

结构体的概念

讲解结构体是一种用户自定义的数据类型，它允许将多个不同类型的数据成员组合成一个整体。以学生信息为例，学生的姓名是字符串类型，年龄是整型，成绩是浮点型，通过结构体可以将这些不同类型的数据组织在一起，形成一个学生信息的整体。

强调结构体的作用，它能够更有效地组织和管理复杂的数据，提高程序的可读性和可维护性。在实际编程中，如开发数据库管理系统、游戏角色管理系统等，结构体都发挥着重要作用。

结构体的定义语法

struct 结构体名 {
    数据类型1 成员名1;
    数据类型2 成员名2;
    // 可以有多个不同类型的数据成员
    数据类型n 成员名n;
};

struct：是定义结构体的关键字。

结构体名：是用户自定义的结构体类型的名称，遵循标识符命名规则，用于在程序中引用该结构体类型。

数据类型：指定结构体成员的数据类型，可以是基本数据类型（如int、double、char等），也可以是自定义数据类型（如其他结构体、数组等）。

成员名：是结构体成员的标识符，用于在结构体内部和外部访问该成员。

代码示例 1：定义一个学生结构体

#include <iostream>
#include <string>

struct Student {
    std::string name;
    int age;
    double score;
};

int main() {
    // 这里先不进行结构体变量的操作，仅展示结构体定义
    return 0;
}

分析代码：定义了一个名为Student的结构体，它包含三个成员：name是std::string类型，用于存储学生姓名；age是int类型，用于存储学生年龄；score是double类型，用于存储学生成绩。

三、结构体的初始化

结构体初始化的方式

直接初始化：在定义结构体变量时，直接为每个成员赋值。例如：

Student student1 = {"Alice", 20, 85.5};

这里定义了一个Student类型的变量student1，并直接初始化其成员。

2. 成员初始化列表（C++11 及以后）：使用花括号初始化列表，按照结构体成员的顺序进行初始化。例如：

Student student2 = {.name = "Bob",.age = 21,.score = 90.0};

这种方式可以更清晰地指定每个成员的初始值，特别是当结构体成员较多时，能提高代码的可读性。

部分初始化

可以只初始化结构体的部分成员，未初始化的成员会被初始化为默认值（对于基本数据类型，数值型默认值为 0，字符型默认值为空字符；对于自定义数据类型，会调用其默认构造函数进行初始化）。例如：

Student student3 = {"Charlie"};

这里只初始化了student3的name成员，age和score成员会被初始化为默认值。

代码示例 2：结构体的初始化

#include <iostream>
#include <string>

struct Student {
    std::string name;
    int age;
    double score;
};

int main() {
    Student student1 = {"Alice", 20, 85.5};
    std::cout << "学生1的姓名: " << student1.name << ", 年龄: " << student1.age << ", 成绩: " << student1.score << std::endl;

    Student student2 = {.name = "Bob",.age = 21,.score = 90.0};
    std::cout << "学生2的姓名: " << student2.name << ", 年龄: " << student2.age << ", 成绩: " << student2.score << std::endl;

    Student student3 = {"Charlie"};
    std::cout << "学生3的姓名: " << student3.name << ", 年龄: " << student3.age << ", 成绩: " << student3.score << std::endl;

    return 0;
}

分析代码：分别展示了直接初始化、成员初始化列表初始化和部分初始化的方式，并通过输出结构体成员的值，让学生直观地看到不同初始化方式的效果。

四、结构体的访问

结构体成员的访问

讲解通过结构体变量名和成员访问运算符.来访问结构体的成员。例如，对于上面定义的student1，可以使用student1.name访问其姓名，student1.age访问其年龄，student1.score访问其成绩。

强调访问结构体成员时，要注意成员的访问权限（在后续学习类和面向对象编程时会深入讲解访问权限，这里简单提及结构体成员默认是公共的，可直接访问）。

结构体指针与成员访问

介绍可以定义指向结构体的指针，通过指针来访问结构体成员。使用->运算符来访问指针所指向的结构体的成员。例如：

Student *ptr = &student1;
std::cout << "通过指针访问学生姓名: " << ptr->name << std::endl;

这里定义了一个指向student1的指针ptr，通过ptr->name访问student1的姓名。

2. 对比.运算符和->运算符的使用场景，.运算符用于通过结构体变量访问成员，->运算符用于通过结构体指针访问成员。

代码示例 3：结构体的访问

#include <iostream>
#include <string>

struct Student {
    std::string name;
    int age;
    double score;
};

int main() {
    Student student1 = {"Alice", 20, 85.5};

    // 通过结构体变量访问成员
    std::cout << "通过结构体变量访问学生年龄: " << student1.age << std::endl;

    // 通过结构体指针访问成员
    Student *ptr = &student1;
    std::cout << "通过指针访问学生成绩: " << ptr->score << std::endl;

    return 0;
}

分析代码：展示了通过结构体变量和结构体指针两种方式访问结构体成员的方法，通过输出成员值，让学生理解两种访问方式的操作和效果。

五、实践与巩固

练习题目

让学生编写一个程序，定义一个表示图书信息的结构体，包含书名、作者、出版年份、价格等成员。使用不同的初始化方式创建几个图书结构体变量，并通过结构体变量和结构体指针访问这些变量的成员，输出图书信息。

给出一个包含结构体定义、初始化和访问的程序，其中存在语法错误、初始化错误或访问错误等问题，让学生找出并改正，同时添加注释说明修改原因。

互动环节

开展小组合作，将学生分成小组共同完成练习题目。各小组完成后，进行小组间的代码互评，互相指出问题和优点，最后教师总结点评，对表现优秀的小组给予奖励，如编程文具、学习卡等。

进行创意编程展示，教师给出一些生活中需要使用结构体的场景，如员工信息管理、商品库存管理等，让学生在规定时间内用结构体编写代码实现基本的信息存储和访问功能，并邀请小组代表上台展示代码思路和运行效果，激发学生的创新思维和编程热情。

六、回顾与总结

总结

回顾结构体的定义语法，包括struct关键字、结构体名、数据成员的定义和作用。

总结结构体初始化的不同方式，如直接初始化、成员初始化列表初始化和部分初始化，以及每种方式的特点和适用场景。

强调结构体成员的访问方法，包括通过结构体变量使用.运算符和通过结构体指针使用->运算符的操作和区别。