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第7天：结构体与联合体 - 复杂数据类型

一、📚 今日学习目标

1. 🎯 掌握结构体（struct）的定义与使用
2. 🔧 理解联合体（union）的特性与适用场景
3. 💡 完成图书馆管理系统实战（结构体数组操作）
4. 🛠️ 学会使用typedef简化类型定义

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二、⚙️ 核心知识点详解

1. 结构体（Struct）

定义与初始化

// 定义结构体
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}; // 自动填充默认值

成员函数

struct Circle {double radius;double area() const { // 常成员函数return 3.14159 * radius * radius;}
};Circle c;
cout << "圆的面积：" << c.area() << endl;

2. 联合体（Union）

定义与内存分配

union DateTime {int timestamp; // 秒级时间戳struct {int year;int month;int day;} date;
};// 联合体所有成员共享同一块内存
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. 类型别名（typedef）

简化复杂类型

typedef pair<string, int> StudentID; // C++标准库类型
typedef vector<pair<string, double>> StockPortfolio;StudentID sid = {"S12345", 2023};
StockPortfolio portfolio = {{"AAPL", 185.5}, {"GOOGL", 2780.3}};

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三、🔧 代码实战：图书馆管理系统

1. 功能需求

• 录入图书信息（书名/作者/ISBN/价格）
• 查询图书是否存在
• 删除指定图书
• 显示所有图书信息

2. 实现步骤

#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 << "请输入图书ISBN（输入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 << "请输入价格：";cin >> book.price;books.push_back(book);}// 查询功能string queryIsbn;cout << "\n🔍 查询图书（输入q退出）：" << endl;while (cin >> queryIsbn && queryIsbn != "q") {bool found = false;for (const auto& book : books) {if (book.isbn == queryIsbn) {cout << "📖 图书信息：" << endl;cout << "ISBN: " << book.isbn << endl;cout << "书名: " << book.title << endl;cout << "作者: " << book.author << endl;cout << "价格: $" << book.price << endl;found = true;break;}}if (!found) {cout << "📝 未找到该图书！" << endl;}}return 0;
}

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四、🛠️ 进阶技巧

1. 结构体数组排序

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

2. 联合体在位操作中的应用

union Byte {unsigned char uc;int i;
};Byte b;
b.uc = 0xAA; // 二进制10101010
cout << "十六进制表示：" << hex << b.i << endl; // 输出0xaa

3. 匿名结构体

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

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五、❓ 常见问题解答

Q：结构体和类有什么区别?​
→ 结构体默认public访问权限，类默认private；结构体通常用于数据聚合，类强调封装和继承

Q：联合体如何保证数据完整性？​
→ 需要手动记录当前存储的是哪种类型的数据
Q：typedef和using有什么区别​?
→ C++中using可以替代typedef的所有功能，还支持模板参数推导

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六、📝 今日总结

✅ 成功掌握：

• 📚 结构体的定义与成员函数
• 💡 联合体的内存共享特性
• 🔄 图书馆管理系统的完整实现
• 🔧 类型别名的灵活运用

⏳ 明日预告：

• 面向对象编程入门（类与对象/封装/继承）

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七、📝 课后挑战任务

1. 🌟 扩展图书馆系统：

• 添加借阅功能（记录借阅人信息）
• 实现按价格区间筛选图书

2.🔍 联合体应用：

// 完成时间格式转换程序
union Time {int totalSeconds;struct {int hours;int minutes;int seconds;};
};Time t;
t.totalSeconds = 3661;
cout << "时间表示：" << t.hours << "小时"<< t.minutes << "分钟" << t.seconds << "秒" << endl;

3. 📝 技术总结：

• 绘制结构体与联合体的内存对比图
• 列举5个典型结构体应用场景（如Point/Rectangle/Student等

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🔍 上一天课后挑战任务答案

任务1：改进学生管理系统（带等级判定和姓名查询）

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;struct Student {string name;double score;char grade; // 新增等级字段
};// 计算等级的辅助函数
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);// 录入学生信息并计算等级for (int i = 0; i < N; ++i) {cin >> students[i].name >> students[i].score;students[i].grade = calculateGrade(students[i].score);}// 按姓名查询成绩string queryName;cout << "\n🔍 按姓名查询成绩：" << endl;cin >> queryName;bool found = false;for (const auto& s : students) {if (s.name == queryName) {cout << "姓名：" << s.name << " | 成绩：" << s.score << " | 等级：" << s.grade << endl;found = true;break;}}if (!found) {cout << "📝 未找到该学生的记录！" << endl;}// 输出完整信息（含等级）cout << "\n📊 学生成绩单：" << 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;
}

任务2：指针迷宫修正

原错误代码

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;
}

错误分析

• 函数update内部重新绑定了指针p，但并未修改原始指针的值
• main函数的p仍然指向原数组，未指向新分配的内存

修正版本

#include <iostream>
using namespace std;void update(int*& p) { // 传递指针的引用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); // 传递指针的引用cout << *p << endl; // 输出10delete[] p; // 释放内存return 0;
}

任务3：技术总结

指针与内存地址关系示意图

假设存在以下指针操作：
int num = 42;
int* p = #
int**​ pp = &p;内存布局：
+--------+-------+------+
|  num   |  p    |  pp  |
+--------+-------+------+
|  42    | 0x100 | 0x200|
+--------+-------+------+
地址：  0x100  0x200  0x300

常见内存错误类型

错误类型	现象	预防方法
内存泄漏	程序占用内存持续增长	使用智能指针/delete及时释放
野指针	访问未初始化或失效内存	初始化指针为nullptr
越界访问	数组/指针越界	严格检查下标范围
内存重复释放	运行时崩溃	为每个new分配唯一delete