📦 C++ 结构体与联合体 · 课前预习笔记

明天要学的东西叫 “结构体”和“联合体” ——说白了就是让程序把一堆相关的数据打包成一个新类型，比如一个学生的姓名、年龄、成绩，可以打包成“学生类型”，用起来特别方便！

一、先搞懂：为什么需要结构体？

1. 没有结构体的时候有多麻烦？

假设你要存一个学生的信息：姓名、年龄、身高、3门课成绩。

string name = "张三";
int age = 15;
double height = 170.5;
int score1 = 90, score2 = 85, score3 = 88;

如果存3个学生呢？变量多到爆炸！😭

string name1, name2, name3;
int age1, age2, age3;
double height1, height2, height3;
// ... 手要断了！

2. 有结构体之后多爽！

struct Student {
    string name;
    int age;
    double height;
    int scores[3];
};

Student s1 = {"张三", 15, 170.5, {90, 85, 88}};
Student s2 = {"李四", 16, 165.0, {78, 92, 80}};
// 一个变量搞定一个学生的所有信息！爽！

💡 结构体 = 把多个不同类型的变量打包成一个新类型，就像把散装零件组装成一个完整的工具箱。

二、结构体的定义与使用

1. 怎么定义结构体？

语法格式：

struct 结构体类型名 {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    // ... 更多成员
};

例子：定义一个“学生”类型

struct Student {
    string name;    // 姓名
    int age;        // 年龄
    double height;  // 身高
    int score;      // 分数
};

⚠️ 注意：结构体定义最后的 ; 不能少！这是初学者最容易忘的。

2. 怎么用结构体？

① 定义结构体变量

Student s1;              // 定义一个学生变量，叫 s1
Student s2 = {"李四", 16, 175.5, 95};  // 定义并初始化

② 访问结构体成员（用 . 点号）

s1.name = "张三";        // 给 s1 的 name 赋值
s1.age = 15;
s1.height = 170.5;
s1.score = 88;

cout << s1.name << endl;   // 输出：张三
cout << s1.age << endl;    // 输出：15

💡 记住：用 . 来访问结构体里的成员，就像“打开盒子拿东西”。

3. 完整例子

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 定义结构体
struct Student {
    string name;
    int age;
    double height;
    int score;
};

int main() {
    // 定义结构体变量并初始化
    Student s1 = {"张三", 15, 170.5, 88};
    Student s2;
    
    // 给 s2 赋值
    s2.name = "李四";
    s2.age = 16;
    s2.height = 175.0;
    s2.score = 95;
    
    // 输出信息
    cout << "姓名：" << s1.name << endl;
    cout << "年龄：" << s1.age << endl;
    cout << "身高：" << s1.height << endl;
    cout << "分数：" << s1.score << endl;
    
    return 0;
}

三、结构体数组

1. 什么是结构体数组？

结构体数组 = 数组的每个元素都是一个结构体，比如存50个学生，每个学生都有姓名、年龄、成绩。

2. 怎么定义和使用？

Student stu[1005];   // 最多存1005个学生（下标从1开始用）

// 输入 n 个学生信息
int n;
cin >> n;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
    cin >> stu[i].name >> stu[i].age >> stu[i].height >> stu[i].score;
}

// 输出所有学生信息
for (int i = 1; i <= n; i++) {
    cout << stu[i].name << " " << stu[i].age << " " 
         << stu[i].height << " " << stu[i].score << endl;
}

3. 完整例子

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

struct Student {
    string name;
    int age;
    int score;
};

int main() {
    int n;
    cout << "请输入学生人数：";
    cin >> n;
    
    Student stu[1005];  // 定义结构体数组
    
    // 输入
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        cout << "请输入第" << i << "个学生的姓名、年龄、成绩：";
        cin >> stu[i].name >> stu[i].age >> stu[i].score;
    }
    
    // 输出
    cout << "\n所有学生信息：" << endl;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        cout << "姓名：" << stu[i].name 
             << "，年龄：" << stu[i].age 
             << "，成绩：" << stu[i].score << endl;
    }
    
    return 0;
}

四、结构体排序（⭐⭐⭐⭐⭐ 重点！）

1. 为什么要对结构体排序？

很多时候我们需要按某个规则对结构体数组排序，比如：

• 按成绩从高到低排名
• 按年龄从小到大排队
• 按姓名拼音排序

2. 用 sort + 自定义比较函数

结构体排序最常用的方法：自己写一个比较函数，告诉 sort 怎么比大小。

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string>
using namespace std;

struct Student {
    string name;
    int age;
    int score;
};

// 自定义比较函数：按成绩从高到低排序
bool cmp(Student a, Student b) {
    return a.score > b.score;   // 分数高的排前面
    // 如果要从小到大，改成 a.score < b.score
}

int main() {
    int n;
    cin >> n;
    Student stu[1005];
    
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        cin >> stu[i].name >> stu[i].age >> stu[i].score;
    }
    
    // 排序：从 stu[1] 到 stu[n]
    sort(stu + 1, stu + n + 1, cmp);
    
    // 输出排序后的结果
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        cout << stu[i].name << " " << stu[i].age << " " << stu[i].score << endl;
    }
    
    return 0;
}

3. 多种排序规则

// 规则1：按成绩从高到低
bool cmp(Student a, Student b) {
    return a.score > b.score;
}

// 规则2：按年龄从小到大
bool cmp(Student a, Student b) {
    return a.age < b.age;
}

// 规则3：先按成绩从高到低，成绩相同按年龄从小到大
bool cmp(Student a, Student b) {
    if (a.score != b.score) {
        return a.score > b.score;   // 成绩不同，按成绩降序
    }
    return a.age < b.age;           // 成绩相同，按年龄升序
}

// 规则4：按姓名排序（字典序）
bool cmp(Student a, Student b) {
    return a.name < b.name;   // string 可以直接比较！
}

五、结构体应用综合练习

题目：成绩排名系统

输入 n 个学生的姓名、语文、数学、英语成绩，要求：

1. 计算每个学生的总分
2. 按总分从高到低排名
3. 输出排名结果

完整代码

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string>
using namespace std;

struct Student {
    string name;
    int chinese;
    int math;
    int english;
    int total;   // 总分
};

// 按总分从高到低排序
bool cmp(Student a, Student b) {
    return a.total > b.total;
}

int main() {
    int n;
    cin >> n;
    Student stu[1005];
    
    // 输入并计算总分
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        cin >> stu[i].name >> stu[i].chinese >> stu[i].math >> stu[i].english;
        stu[i].total = stu[i].chinese + stu[i].math + stu[i].english;
    }
    
    // 排序
    sort(stu + 1, stu + n + 1, cmp);
    
    // 输出排名
    cout << "===== 成绩排名 =====" << endl;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        cout << "第" << i << "名：" << stu[i].name 
             << " 总分：" << stu[i].total 
             << " (语" << stu[i].chinese 
             << " 数" << stu[i].math 
             << " 英" << stu[i].english << ")" << endl;
    }
    
    return 0;
}

输入：

3
张三 90 85 88
李四 78 92 80
王五 95 80 90

输出：

===== 成绩排名 =====
第1名：王五 总分：265 (语95 数80 英90)
第2名：张三 总分：263 (语90 数85 英88)
第3名：李四 总分：250 (语78 数92 英80)

六、联合体（了解）

1. 什么是联合体？

联合体（union） 和结构体很像，但所有成员共用同一块内存，同一时间只能存一个成员的值。

用大白话说：联合体就是一个“变形金刚”，同一时间只能变一种形态。

2. 怎么定义和使用？

union Data {
    int i;        // 4字节
    double d;     // 8字节
    char c;       // 1字节
};

int main() {
    Data data;
    data.i = 10;          // 存整数
    cout << data.i << endl;   // 输出：10
    data.d = 3.14;        // 存小数（覆盖了之前的 int）
    cout << data.d << endl;   // 输出：3.14
    // 注意：data.i 现在已经被覆盖了，值是乱的！
    return 0;
}

3. 结构体 vs 联合体

对比项	结构体 struct	联合体 union
内存分配	每个成员单独占内存（加起来）	所有成员共享一块内存（取最大的）
同时使用	所有成员可以同时使用	同一时间只能用一个成员
大小	所有成员大小之和（+对齐）	最大成员的大小
适用场景	存多个相关数据	存一种类型的数据（节省内存）

struct S { int i; double d; char c; };   // 大小 ≈ 16字节
union U { int i; double d; char c; };    // 大小 = 8字节（最大的成员）

4. 什么时候用联合体？

场景	说明
节省内存	嵌入式系统、硬件编程
变体类型	一个变量可能存不同类型的数据
数据解析	把同一块内存用不同的方式解读

💡 了解即可，竞赛和日常编程中，联合体用得不多。重点掌握结构体！

📝 快速记忆卡

概念	一句话总结
结构体	把多个不同类型的变量打包成一个新类型
定义结构体	struct 类型名 { 成员列表 };
访问成员	用 . 点号，如 s.name = "张三";
结构体数组	Student stu[1005]; 存多个学生
结构体排序	写 cmp 函数，用 sort() 排
自定义比较	bool cmp(Student a, Student b) { return a.score > b.score; }
联合体	所有成员共用一块内存，同一时间只能用一个

🔥 预习小任务

1. 如果让你定义一个“图书”结构体，包含：书名、作者、价格、出版年份，你会怎么写？
2. 结构体排序中，cmp 函数为什么要写成 a.score > b.score 而不是 a.score < b.score？
3. 结构体和联合体最大的区别是什么？

---

明天上课带着这些问题来，效果翻倍！🚀