结构体与函数（Struct Functions）

结构体传给函数，是整份拷贝过去，还是只传个地址？

开篇故事

想象你要给朋友看你的简历。你有两种选择：

1. 复印一份整份简历给他（传值）——他改不了你手里的原件，但如果简历有 100 页，复印很费时
2. 把地址告诉他，让他去你家里看（传指针）——零拷贝，他改了你家的那份也会变

C 语言函数传结构体也有这两种方式。默认是方式 1（传值 = 整份拷贝），但通常我们用方式 2（传指针 = 只传地址）。

我第一次写结构体函数时，传了一个 200 字节的大结构体进去，函数调用像蜗牛一样慢。后来改成传指针，性能立刻提升。那之后我再也不用值传递传递大结构体了。

"小结构体传值没问题，大结构体传指针是铁律。"

本章适合谁

• 已经会定义和使用结构体
• 知道函数参数传递的基本概念
• 想知道 struct 作为参数和返回值时的行为

你会学到什么

• 按值传递结构体（整份拷贝）
• 按指针传递结构体（零拷贝）
• const 指针：承诺不修改
• 函数返回结构体
• 结构体数组 + 指针运算

前置要求

• 完成 嵌套结构体 章节
• 理解 指针 的基本概念

第一个例子

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

struct Point { float x; float y; };

/* 传指针（推荐） */
float distance(const struct Point *a, const struct Point *b) {
    float dx = a->x - b->x;
    float dy = a->y - b->y;
    return dx * dx + dy * dy;  /* 不展开 sqrt, 比较距离用平方够 */
}

int main(void) {
    struct Point p1 = { 0.0f, 0.0f };
    struct Point p2 = { 3.0f, 4.0f };
    printf("dist^2 = %.1f\n", distance(&p1, &p2));
    return 0;
}

输出：

dist^2 = 25.0

关键：用 const struct Point * —— 指针（不拷贝），const（承诺不修改）。双赢。

原理解析

1. 传值传递

struct Big { int32_t data[50]; };  /* 200 字节 */

void by_value(struct Big b) {
    b.data[0] = 999;  /* 修改的是副本 */
}

传值时，整个结构体通过栈拷贝到函数内部。对于大型结构体，这是性能杀手。

调用栈:
┌──────────────────────┐
│  caller 的 Big       │  ← 原始 200 字节
│                      │
└──────────────────────┘
        ↓ 拷贝
┌──────────────────────┐
│  by_value 参数 b     │  ← 新的 200 字节在对方栈帧
│                      │
└──────────────────────┘

2. 传指针传递（推荐）

void by_ptr(const struct Big *b) {
    printf("%d\n", b->data[0]);  /* 直接访问原始数据 */
}

指针只传 8 字节（64 位），无论结构体多大。const 承诺函数不会修改它指向的数据。

3. -> 指针访问运算符

struct Point p = { 1.0f, 2.0f };
struct Point *ptr = &p;

/* 以下等价 */
ptr->x     ==  (*ptr).x     ==  p.x

-> 是 (*ptr). 的语法糖。每次你写 ptr->member，编译器翻译成 (*ptr).member。

4. 函数返回结构体

struct Point make_point(float x, float y) {
    struct Point p;
    p.x = x;
    p.y = y;
    return p;  /* 返回结构体 — 调用者收到副本 */
}

返回结构体时，编译器通常通过返回值优化（RVO）避免拷贝——直接在调用者的栈空间构造结果。所以返回结构体并不一定慢。

5. 结构体数组 + 函数

float total_area(const struct Rect arr[], int32_t count) {
    float sum = 0.0f;
    for (int32_t i = 0; i < count; i++) {
        sum += arr[i].width * arr[i].height;
    }
    return sum;
}

数组传参退化为指针——不拷贝任何元素。

常见错误（Error-First）

❌ 错误 1: 大结构体传值导致性能问题

struct BigTable { int32_t data[1000]; };

void process(struct BigTable t) {  /* ❌ 每次调用拷贝 4000 字节！ */
    /* ... */
}

✅ 修复: 传指针

void process(const struct BigTable *t) {  /* ✅ 只传 8 字节 */
    /* ... */
}

❌ 错误 2: 用 . 访问指针

struct Point *p = &origin;
printf("%f\n", p.x);  /* ❌ p 是指针，不是结构体 */

✅ 修复: 用 ->

printf("%f\n", p->x);  /* ✅ */

❌ 错误 3: 返回局部结构体指针

struct Point *bad_func(void) {
    struct Point p = { 1.0f, 2.0f };
    return &p;  /* ❌ p 在栈上，函数返回后销毁 */
}

✅ 修复: 返回结构体本身（值），不是指针

struct Point good_func(void) {
    struct Point p = { 1.0f, 2.0f };
    return p;  /* ✅ 返回副本，安全 */
}

动手练习

故障排查（FAQ）

知识扩展

RVO（Return Value Optimization）

现代编译器对返回结构体做了优化：不通过返回值拷贝，而是让调用者分配空间，被调函数直接写入那个空间。用 -O2 编译时，返回结构体和传出参数性能接近。

小结

• 传值 = 整份拷贝（大结构体性能差）
• 传指针 = 只传 8 字节（const 承诺不修改）
• -> 用于指针访问成员，等价于 (*ptr).
• 返回结构体是安全的，编译器 RVO 优化
• 结构体数组传参退化为指针

术语表

延伸阅读

• cppreference: Function calls
• K&R §6.3: Pointers and Arrays

继续学习