第7天：結構體與聯(lián)合體 - 復雜數(shù)據(jù)類型

一、📚 今日學習目標

1. 🎯 掌握結構體（struct）的定義與使用
2. 🔧 理解聯(lián)合體（union）的特性與適用場景
3. 💡 完成圖書館管理系統(tǒng)實戰(zhàn)（結構體數(shù)組操作）
4. 🛠? 學會使用typedef簡化類型定義

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二、?? 核心知識點詳解

1. 結構體（Struct）

定義與初始化

// 定義結構體
struct Book {string title;string author;int publicationYear;double price;
};// 初始化方式
Book book1 = {"C++ Primer", "Stanley B. Lippman", 2012, 129.99};
Book book2{"Effective C++", "Scott Meyers", 2005}; // 自動填充默認值

成員函數(shù)

struct Circle {double radius;double area() const { // 常成員函數(shù)return 3.14159 * radius * radius;}
};Circle c;
cout << "圓的面積：" << c.area() << endl;

2. 聯(lián)合體（Union）

定義與內(nèi)存分配

union DateTime {int timestamp; // 秒級時間戳struct {int year;int month;int day;} date;
};// 聯(lián)合體所有成員共享同一塊內(nèi)存
DateTime dt;
dt.timestamp = 1672531200; // 2023-01-01 00:00:00
cout << "日期：" << dt.date.year << "-" << dt.date.month << "-" << dt.date.day << endl;

3. 類型別名（typedef）

簡化復雜類型

typedef pair<string, int> StudentID; // C++標準庫類型
typedef vector<pair<string, double>> StockPortfolio;StudentID sid = {"S12345", 2023};
StockPortfolio portfolio = {{"AAPL", 185.5}, {"GOOGL", 2780.3}};

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三、🔧 代碼實戰(zhàn)：圖書館管理系統(tǒng)

1. 功能需求

• 錄入圖書信息（書名/作者/ISBN/價格）
• 查詢圖書是否存在
• 刪除指定圖書
• 顯示所有圖書信息

2. 實現(xiàn)步驟

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;struct LibraryBook {string isbn;string title;string author;double price;bool operator<(const LibraryBook& other) const {return isbn < other.isbn; // 按ISBN排序}
};int main() {vector<LibraryBook> books;const int MAX_BOOKS = 100;while (books.size() < MAX_BOOKS) {LibraryBook book;cout << "請輸入圖書ISBN（輸入q退出）：";cin >> book.isbn;if (book.isbn == "q") break;cin.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n');getline(cin, book.title);getline(cin, book.author);cout << "請輸入價格：";cin >> book.price;books.push_back(book);}// 查詢功能string queryIsbn;cout << "\n🔍 查詢圖書（輸入q退出）：" << endl;while (cin >> queryIsbn && queryIsbn != "q") {bool found = false;for (const auto& book : books) {if (book.isbn == queryIsbn) {cout << "📖 圖書信息：" << endl;cout << "ISBN: " << book.isbn << endl;cout << "書名: " << book.title << endl;cout << "作者: " << book.author << endl;cout << "價格: $" << book.price << endl;found = true;break;}}if (!found) {cout << "📝 未找到該圖書！" << endl;}}return 0;
}

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四、🛠? 進階技巧

1. 結構體數(shù)組排序

vector<Student> students = {...};
sort(students.begin(), students.end(), [](const Student& a, const Student& b) {return a.score > b.score; // 按成績降序排列
});

2. 聯(lián)合體在位操作中的應用

union Byte {unsigned char uc;int i;
};Byte b;
b.uc = 0xAA; // 二進制10101010
cout << "十六進制表示：" << hex << b.i << endl; // 輸出0xaa

3. 匿名結構體

struct {int x;int y;
} point = {10, 20}; // 直接使用無需typedef

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五、? 常見問題解答

Q：結構體和類有什么區(qū)別??
→ 結構體默認public訪問權限，類默認private；結構體通常用于數(shù)據(jù)聚合，類強調(diào)封裝和繼承

Q：聯(lián)合體如何保證數(shù)據(jù)完整性？?
→ 需要手動記錄當前存儲的是哪種類型的數(shù)據(jù)
Q：typedef和using有什么區(qū)別??
→ C++中using可以替代typedef的所有功能，還支持模板參數(shù)推導

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六、📝 今日總結

? 成功掌握：

• 📚 結構體的定義與成員函數(shù)
• 💡 聯(lián)合體的內(nèi)存共享特性
• 🔄 圖書館管理系統(tǒng)的完整實現(xiàn)
• 🔧 類型別名的靈活運用

? 明日預告：

• 面向?qū)ο缶幊倘腴T（類與對象/封裝/繼承）

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七、📝 課后挑戰(zhàn)任務

1. 🌟 擴展圖書館系統(tǒng)：

• 添加借閱功能（記錄借閱人信息）
• 實現(xiàn)按價格區(qū)間篩選圖書

2.🔍 聯(lián)合體應用：

// 完成時間格式轉(zhuǎn)換程序
union Time {int totalSeconds;struct {int hours;int minutes;int seconds;};
};Time t;
t.totalSeconds = 3661;
cout << "時間表示：" << t.hours << "小時"<< t.minutes << "分鐘" << t.seconds << "秒" << endl;

3. 📝 技術總結：

• 繪制結構體與聯(lián)合體的內(nèi)存對比圖
• 列舉5個典型結構體應用場景（如Point/Rectangle/Student等

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🔍 上一天課后挑戰(zhàn)任務答案

任務1：改進學生管理系統(tǒng)（帶等級判定和姓名查詢）

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;struct Student {string name;double score;char grade; // 新增等級字段
};// 計算等級的輔助函數(shù)
char calculateGrade(double score) {if (score >= 90) return 'A';else if (score >= 80) return 'B';else if (score >= 70) return 'C';else if (score >= 60) return 'D';else return 'F';
}int main() {const int N = 5;vector<Student> students(N);// 錄入學生信息并計算等級for (int i = 0; i < N; ++i) {cin >> students[i].name >> students[i].score;students[i].grade = calculateGrade(students[i].score);}// 按姓名查詢成績string queryName;cout << "\n🔍 按姓名查詢成績：" << endl;cin >> queryName;bool found = false;for (const auto& s : students) {if (s.name == queryName) {cout << "姓名：" << s.name << " | 成績：" << s.score << " | 等級：" << s.grade << endl;found = true;break;}}if (!found) {cout << "📝 未找到該學生的記錄！" << endl;}// 輸出完整信息（含等級）cout << "\n📊 學生成績單：" << endl;for (const auto& s : students) {cout << setw(10) << left << s.name << setw(8) << right << s.score << setw(4) << right << s.grade << endl;}return 0;
}

任務2：指針迷宮修正

原錯誤代碼

int arr[] = {1,2,3,4,5};
void update(int* p) {p = new int[10];for (int i=0; i<10; i++) {p[i] = i*10;}
}
int main() {int* p = arr;update(p);cout << *p << endl;return 0;
}

錯誤分析

• 函數(shù)update內(nèi)部重新綁定了指針p，但并未修改原始指針的值
• main函數(shù)的p仍然指向原數(shù)組，未指向新分配的內(nèi)存

修正版本

#include <iostream>
using namespace std;void update(int*& p) { // 傳遞指針的引用p = new int[10];for (int i=0; i<10; i++) {p[i] = i*10;}
}int main() {int arr[] = {1,2,3,4,5};int* p = arr;update(p); // 傳遞指針的引用cout << *p << endl; // 輸出10delete[] p; // 釋放內(nèi)存return 0;
}

任務3：技術總結

指針與內(nèi)存地址關系示意圖

假設存在以下指針操作：
int num = 42;
int* p = #
int**? pp = &p;內(nèi)存布局：
+--------+-------+------+
|  num   |  p    |  pp  |
+--------+-------+------+
|  42    | 0x100 | 0x200|
+--------+-------+------+
地址：  0x100  0x200  0x300

常見內(nèi)存錯誤類型

錯誤類型	現(xiàn)象	預防方法
內(nèi)存泄漏	程序占用內(nèi)存持續(xù)增長	使用智能指針/delete及時釋放
野指針	訪問未初始化或失效內(nèi)存	初始化指針為nullptr
越界訪問	數(shù)組/指針越界	嚴格檢查下標范圍
內(nèi)存重復釋放	運行時崩潰	為每個new分配唯一delete