前言
在之前的笔记中，我们学习了数组（包括多维数组和指针数组）在存储同类型数据时的用法。但实际开发中，常需要记录由不同类型数据组成的 “整体信息”—— 比如学生的姓名（字符串）、年龄（整数）、性别（字符）。这时，用多个数组分别存储会显得零散且难管理，而结构体正是为解决这类 “异构数据整合” 问题而生的。这篇笔记将通过具体例子，讲讲结构体如何整合不同类型数据，以及它的定义、使用和初始化方法。
结构体：异构数据的整合工具
📌 从数组的局限看结构体的优势
若要记录 3 个学生的姓名、年龄、性别，用数组需要定义多个不同类型的数组，例如：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int mymain(void)
{
char names[3][20]; //存储姓名（字符串数组）
int ages[3]; //存储年龄（整数数组）
char sex[3]; //存储性别（字符数组）
// 记录第一个学生信息
strcpy(names[0], "zhangsan");
ages[0] = 18;
sex[0] = 'M';
return 0;
}
这种方式的缺点很明显：每类信息需要一个独立数组，新增信息（如成绩）就得再定义数组，且数据之间的关联性被割裂（很难直观看出 “names [0]、ages [0]、sex [0] 属于同一个学生”）。
而结构体可以将这些不同类型的信息 “打包” 成一个整体，让数据管理更清晰。用结构体实现同样功能：
补充strcpy的作用：复制整个字符串（含
'\0'）
#include<stdio.h>
#include<string.h>
// 定义结构体类型，描述学生的组成信息
struct Student{
char name[20]; //姓名（字符串）
int age; //年龄（整数）
char sex; //性别（字符）
int score; //成绩（整数，新增信息更方便）
};
int mymain(void)
{
struct Student a; //声明一个Student类型的结构体变量a
// 为结构体成员赋值
strcpy(a.name, "zhangsan"); //字符串赋值需用strcpy
a.age = 18;
a.sex = 'M';
a.score = 60;
return 0;
}
对比可见，结构体通过struct Student将学生的各类信息整合在一起，新增信息只需在结构体中添加成员，且通过 “结构体变量。成员”（如a.age）能直观访问，数据关联性更强。
🔗 结构体与数组的结合：批量管理同类对象
若要记录多个学生的信息，可将结构体与数组结合，定义 “结构体数组”—— 数组的每个元素都是一个结构体变量。例如：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
struct Student{
char name[20];
int age;
char sex;
int score;
};
int mymain(void)
{
struct Student students[3]; //包含3个Student结构体的数组
// 为第一个学生赋值
strcpy(students[0].name, "zhangsan");
students[0].age = 18;
students[0].sex = 'M';
students[0].score = 60;
return 0;
}
🔗 结构体数组：批量管理同类对象的优势
对比前面 “用struct Student a定义单个结构体变量” 的方式，这里使用结构体数组（如struct Student students[3]）的好处很明显：通过[0]、[1]、[2]的索引编号，就能分别表示 3 个学生，无需再定义b、c等多个变量。这种方式既保留了结构体 “整合信息” 的特性，又借助数组的 “连续存储” 优势，让批量管理同类对象（如多个学生、多个传感器）变得简洁高效。
📌 结构体变量与数组的类比理解
我们可以通过已学知识类比理解结构体：
char a是单个字符变量，char a[]是字符数组（多个字符的集合）；- 同理，
struct Student a是单个结构体变量（一个学生的完整信息），struct Student a[]是结构体数组（多个学生的信息集合）。
这种类比能帮我们快速上手：结构体变量像 “单个复合数据单元”，结构体数组则是 “多个复合数据单元的连续集合”，和我们对 “变量” 与 “数组” 的基本认知逻辑一致。
📏 结构体的存储空间与内存对齐
既然结构体是 “定义的类型”，那么它和普通变量一样，会占据一定的存储空间。接下来我们以struct Student为例，详细看看它的内存分布：
结构体Student的成员及各自占用的字节数如下：
name[20]：20 字节（字符串，含结束符）；age：4 字节（int 类型）；sex：1 字节（char 类型）；score：4 字节（int 类型）。
从图中能看到，结构体成员在内存中按定义顺序依次存储，但有个细节：sex只占 1 字节，其后却留出了 3 字节的空闲空间，并没有紧接着存储score。这并非浪费，而是编译器遵循 “四字节对齐原则” 的结果。
对于 32 位单片机来说，它读取数据时习惯访问 “4 的整数倍地址”（如 0x00、0x04、0x08）。如果score紧跟在sex后（即从 “20+4+1=25 字节” 处开始），其地址不是 4 的倍数，单片机需要分两次读取（先读 25-28 字节，再取其中有效部分），效率会降低。而留出 3 字节空闲后，score从 28 字节（4 的 7 倍）开始存储，单片机一次就能读完整，大大提升访问效率。
✅ 验证结构体的存储与访问
为了验证上述特性，我们可以通过代码打印结构体成员的信息和地址：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
struct Student{
char name[20];
int age;
char sex;
int score;
};
int mymain(void)
{
struct Student a;
strcpy(a.name, "zhangsan");
a.age = 18;
a.sex = 'M';
a.score = 60;
// 打印成员值，验证信息是否正确存储
printf("a's name : %s\n\r", a.name);
printf("a's age : %d\n\r", a.age);
printf("a's sex : %c\n\r", a.sex);
printf("a's score : %d\n\r", a.score);
// 打印成员地址，验证内存对齐
printf("a's name address : 0x%x\n\r", a.name); // name首地址（结构体起始地址）
printf("a's age address : 0x%x\n\r", &a.age); // age地址（紧跟name，20字节处，符合4字节对齐）
printf("a's sex address : 0x%x\n\r", &a.sex); // sex地址（紧跟age，24字节处）
printf("a's score address : 0x%x\n\r", &a.score); // score地址（28字节处，验证4字节对齐）
return 0;
}
我一开始误用
printf("a's sex : %s\n\r", a.sex);时出现了错误，原因是a.sex = 'M'赋值的是单个字符，需用%c格式打印；若用%s，则需赋值字符串（如a.sex = "M"，此时"M"包含结束符'\0'，符合字符串格式）。
📝 结构体的定义与初始化方法
最后我们再梳理结构体的定义格式，加深记忆：
struct 结构体名{
数据类型 成员1;
数据类型 成员2;
...
数据类型 成员n;
};
针对事先定义好的struct Student（包含name、age、sex），以下是三种常用的初始化方法：
方式一：逐个成员初始化
适用于需要分步赋值或只初始化部分成员的场景：
struct Student student1;
strcpy(student1.name, "bb");
student1.age = 18;
student1.sex = 'M';
方式二：声明时按顺序初始化
适用于成员顺序明确，且需一次性初始化所有成员的场景：
struct Student student2 = {"mm", 18, 'F'};
方式三：指定成员初始化器（适用于 C99 及以上标准）
可灵活指定初始化的成员，无需严格按顺序，更清晰：
struct Student student3 = {
.name, "jj";
.age = 18;
.sex = 'F';
};
结尾
这篇笔记中，我们通过对比数组的局限，认识了结构体在整合异构数据时的优势：它能将不同类型的信息打包成一个整体，结合数组还能高效管理多个同类对象。同时，我们也了解了结构体的内存对齐特性（为提高访问效率）和三种初始化方法。
结构体在嵌入式开发中应用广泛 —— 比如描述传感器的 “型号（字符串）+ 采样值（浮点数）+ 状态（整数）”，或外设的 “地址（整数）+ 配置参数（结构体嵌套）” 等。掌握结构体，能让我们更自然地映射现实中的 “复杂对象”。
Hello_Embed 会继续带你探索结构体的进阶用法，比如结构体嵌套和结构体指针。下篇笔记见。