練習題與詳解 — 05 結構（Structures）

本檔收錄本單元的練習題、完整解題思路與參考解答。 強烈建議先自己動手做：看完題目就闔上這份檔案，寫出你的版本、編譯、執行、卡住了再回來看「解題思路」；真的做完了，再對照「參考解答」與「程式碼講解」。每題的完整程式碼也放在 exercises/ 資料夾，可直接編譯：

cc -std=c11 -Wall -Wextra -o /tmp/out exercises/ex1_circle.c && /tmp/out

練習 1：struct circle —— 巢狀結構與面積、周長（難度：基礎）

題目

定義 struct circle { struct point center; double radius; }（struct point 含 int x, y），寫兩個函式計算圓的面積（πr²）與周長（2πr）。用「圓心 (3,4)、半徑 5」與「單位圓」測試——單位圓的面積應接近 π、周長應接近 2π。

解題思路

資料表示：一個圓由「圓心位置」與「半徑」完全決定。圓心本身就是一個點——直接把 struct point 當成員（巢狀結構），而不是把 x、y、radius 攤平在同一層。這樣點的相關操作（之後可能有）可以復用。
成員鏈的存取：c1.center.x——. 運算子從外往內一路點下去。
初始化：用 C99 指定初始化器最清楚： { .center = { .x = 3, .y = 4 }, .radius = 5.0 }——順序無關、一眼看懂哪個值是什麼。
函式介面選擇：struct circle 只有 16 bytes 左右，傳值即可（K&R 的小結構慣例）；傳值的好處是函式絕不可能改到呼叫端的圓。
公式直翻：面積 PI * r * r、周長 2 * PI * r。 PI 用 #define 給足位數（C 標準庫沒有內建 π）。
驗證手段：單位圓（r=1）的面積就是 π 本人、周長就是 2π—— 拿「已知答案」的輸入當測資，是數值程式的基本測試技巧。

參考解答

/*
 * ex1_circle.c
 * ------------
 * 練習 1：struct circle —— 巢狀結構與面積、周長計算（難度：基礎）
 *
 * 編譯：cc -std=c11 -Wall -Wextra -o /tmp/out ex1_circle.c
 * 執行：/tmp/out
 */
#include <stdio.h>

#define PI 3.14159265358979323846

struct point {
    int x;
    int y;
};

/* 巢狀結構：圓 = 圓心（一個 point）+ 半徑 */
struct circle {
    struct point center;
    double radius;
};

/* 面積 = πr²；小結構傳值即可（複製成本低、語意乾淨） */
double circle_area(struct circle c)
{
    return PI * c.radius * c.radius;
}

/* 周長 = 2πr */
double circle_circumference(struct circle c)
{
    return 2.0 * PI * c.radius;
}

int main(void)
{
    /* C99 指定初始化器：順序無關、可讀性高 */
    struct circle c1 = { .center = { .x = 3, .y = 4 }, .radius = 5.0 };
    struct circle unit = { .center = { 0, 0 }, .radius = 1.0 };

    printf("c1：圓心 (%d, %d)，半徑 %.1f\n",
           c1.center.x, c1.center.y, c1.radius);
    printf("  面積 = %.4f\n", circle_area(c1));
    printf("  周長 = %.4f\n", circle_circumference(c1));

    printf("單位圓：\n");
    printf("  面積 = %.4f（應接近 π）\n", circle_area(unit));
    printf("  周長 = %.4f（應接近 2π）\n", circle_circumference(unit));

    return 0;
}

程式碼講解

struct circle 的定義必須出現在 struct point 之後—— 編譯器要知道成員 center 佔多大空間，前向宣告在這裡不夠用。
c1.center.x：兩層 .，由外而內。若手上是指標 struct circle *pc，則寫 pc->center.x（第一層用箭頭、第二層 center 是結構本體所以用點）。
面積函式用 c.radius * c.radius 而非 pow(c.radius, 2)：不必為平方拉進 <math.h> 與 -lm。
易錯處：結構定義結尾的分號（};）忘了會產生一連串莫名其妙的編譯錯誤，錯誤訊息常指向下一行的函式。

範例輸出

c1：圓心 (3, 4)，半徑 5.0
  面積 = 78.5398
  周長 = 31.4159
單位圓：
  面積 = 3.1416（應接近 π）
  周長 = 6.2832（應接近 2π）

練習 2：midpoint —— 回傳兩點的中點（難度：基礎）

題目

寫函式 struct point midpoint(struct point a, struct point b)：回傳兩點的中點（K&R makepoint 的風格：參數傳值、整個結構當回傳值）。測試一般情況與「座標和為奇數」的情況（整數除法會取整），並示範函式呼叫的串接：midpoint(a, midpoint(a, b)) 算四分之一點。

解題思路

介面模仿 K&R §6.2：addpoint(struct point p1, struct point p2) 整個結構進、整個結構出。中點函式照這個模子刻。
數學：中點座標 = 兩端點座標的平均：mid.x = (a.x + b.x) / 2;。
注意整數除法：struct point 的成員是 int，(0 + 5) / 2 得 2 不是 2.5。這是資料表示的取捨：座標若需要精度應改用 double 成員；本題保留 int 並在測試中明確展示取整行為，讓行為「可預期」。
結構回傳的機制：return mid; 會把整個結構複製給呼叫端。區域變數 mid 雖然在函式結束後消失，但複製發生在消失之前——完全安全（對比：回傳區域變數的指標才是懸空指標錯誤）。
串接呼叫：因為回傳的是值（不是指標），midpoint(a, midpoint(a, b)) 可以像數學函數一樣組合，這是「傳值風格」最漂亮的地方。

參考解答

/*
 * ex2_midpoint.c
 * --------------
 * 練習 2：midpoint —— 回傳兩點的中點（難度：基礎）
 *
 * 編譯：cc -std=c11 -Wall -Wextra -o /tmp/out ex2_midpoint.c
 * 執行：/tmp/out
 */
#include <stdio.h>

struct point {
    int x;
    int y;
};

/*
 * K&R §6.2 makepoint 的風格：參數傳值、整個結構當回傳值。
 * 中點 = 兩點座標的平均（int 相除會取整，這是本題要注意的地方）。
 */
struct point midpoint(struct point a, struct point b)
{
    struct point mid;
    mid.x = (a.x + b.x) / 2;
    mid.y = (a.y + b.y) / 2;
    return mid;              /* 結構可以整個回傳（複製給呼叫端） */
}

static void show(const char *label, struct point p)
{
    printf("%s = (%d, %d)\n", label, p.x, p.y);
}

int main(void)
{
    struct point a = { 0, 0 };
    struct point b = { 10, 20 };
    struct point c = { -3, 7 };

    show("midpoint((0,0), (10,20))", midpoint(a, b));
    show("midpoint((10,20), (-3,7))", midpoint(b, c));

    /* 奇數和：整數除法向零取整（(0+5)/2 = 2） */
    struct point d = { 5, 5 };
    show("midpoint((0,0), (5,5))  ", midpoint(a, d));

    /* 函式呼叫可以直接串接：中點的中點 */
    show("四分之一點            ", midpoint(a, midpoint(a, b)));

    return 0;
}

程式碼講解

return mid;：回傳的是複本。呼叫端 show(..., midpoint(a, b)) 中，回傳值直接當引數再傳值一次——結構在 C 裡是「一等公民的值」。
(a.x + b.x) / 2：兩個很大的 int 相加可能溢位；教學情境的座標範圍內安全，嚴謹寫法是 a.x + (b.x - a.x) / 2（先取差再折半，不易溢位）。
midpoint(a, midpoint(a, b))：內層回傳 (5,10)，外層算 (0,0) 與 (5,10) 的中點 → (2,5)。注意 x 座標 5/2 取整為 2——輸出印證了整數除法。
易錯處：想在函式內 a.x = ... 修改呼叫端的點——改的是複本。要修改就得傳指標（下一題就是）。

範例輸出

midpoint((0,0), (10,20)) = (5, 10)
midpoint((10,20), (-3,7)) = (3, 13)
midpoint((0,0), (5,5))   = (2, 2)
四分之一點             = (2, 5)

練習 3：rect_area —— 處理頂點順序顛倒的矩形（難度：基礎）

題目

寫函式 int rect_area(const struct rect *r) 計算矩形面積，並確保它能處理「pt1/pt2 順序顛倒」的矩形（提示：用 min/max 正規化）。測試四種情況：pt1 左下 pt2 右上（標準）、完全顛倒、左上／右下交錯、退化成線段。

解題思路

先識別問題：天真的 (pt2.x - pt1.x) * (pt2.y - pt1.y) 只在「pt1 是左下、pt2 是右上」時正確。頂點顛倒時寬或高變負數： - 完全顛倒：負 × 負 = 正（僥倖對）； - 左上／右下交錯：正 × 負 = 負面積（錯！）。所以「碰巧測一組資料通過」不代表正確——要窮舉四種相對位置。
正規化：寬 = x 座標的最大值 − 最小值，高同理。 imax(x1,x2) - imin(x1,x2) 等價於 abs(x1-x2)，但 min/max 寫法更清楚表達「先正規化再相減」的意圖，也順手寫了兩個小工具函式。
介面選擇：struct rect 含兩個點共 16 bytes，仍不大，但這題刻意用 const 指標示範另一種慣例：不複製、且承諾不修改（-> 運算子上場）。
退化情況：兩點同一水平線 → 高為 0 → 面積 0。數學上自然成立，不需特判。

參考解答

/*
 * ex3_rect_area.c
 * ---------------
 * 練習 3：rect_area —— 能處理頂點順序顛倒的矩形面積（難度：基礎）
 *
 * 編譯：cc -std=c11 -Wall -Wextra -o /tmp/out ex3_rect_area.c
 * 執行：/tmp/out
 */
#include <stdio.h>

struct point {
    int x;
    int y;
};

struct rect {
    struct point pt1;
    struct point pt2;
};

/* 小工具：min/max */
static int imin(int a, int b) { return (a < b) ? a : b; }
static int imax(int a, int b) { return (a > b) ? a : b; }

/*
 * 面積 = 寬 × 高。
 * 不假設 pt1 是左下、pt2 是右上——先用 min/max 正規化：
 * 寬 = |x2 - x1|，高 = |y2 - y1|，用 max-min 一次搞定。
 * 傳 const 指標：大結構不複製，且保證不修改。
 */
int rect_area(const struct rect *r)
{
    int width  = imax(r->pt1.x, r->pt2.x) - imin(r->pt1.x, r->pt2.x);
    int height = imax(r->pt1.y, r->pt2.y) - imin(r->pt1.y, r->pt2.y);
    return width * height;
}

int main(void)
{
    /* 標準順序：pt1 = 左下，pt2 = 右上 */
    struct rect normal = { { 0, 0 }, { 4, 3 } };

    /* 顛倒順序：pt1 = 右上，pt2 = 左下 */
    struct rect flipped = { { 4, 3 }, { 0, 0 } };

    /* 交錯順序：pt1 = 左上，pt2 = 右下 */
    struct rect crossed = { { 0, 3 }, { 4, 0 } };

    /* 退化矩形：兩點同一條線上 */
    struct rect line = { { 2, 5 }, { 9, 5 } };

    printf("正常順序   面積 = %d\n", rect_area(&normal));
    printf("完全顛倒   面積 = %d\n", rect_area(&flipped));
    printf("左上右下   面積 = %d\n", rect_area(&crossed));
    printf("退化成線段 面積 = %d\n", rect_area(&line));

    return 0;
}

程式碼講解

r->pt1.x：混合運算子的讀法——r 是指標所以第一層用 ->； pt1 是結構本體（不是指標）所以第二層用 .。「有星號（指標）就用箭頭」的口訣在巢狀結構特別好用。
四組測資的設計對應解題思路第 1 點的分析：「左上右下」那組正是天真寫法會回 -12 的殺手案例，輸出證明正規化有效。
imin/imax 宣告成 static：檔案私有的小工具。也可以用巨集 #define MAX(a,b) ...，但函式版沒有重複求值的陷阱（第 10 單元詳談）。
呼叫端傳 &normal：對區域結構變數取址，完全合法——它活到 main 結束。

範例輸出

正常順序   面積 = 12
完全顛倒   面積 = 12
左上右下   面積 = 12
退化成線段 面積 = 0

練習 4：top_student —— 回傳最高分學生的指標（難度：進階）

題目

建立 struct student { char name[20]; int score; } 的陣列（至少 5 筆寫死資料），寫函式找出最高分者並回傳其指標：

const struct student *top_student(const struct student a[], int n);

n <= 0 時回傳 NULL。測試包含兩人同分的情況（應回傳先出現者），並用指標相減算出最高分者在陣列中的索引。

解題思路

為什麼回傳指標而不是複本？ - 省複製（struct student 24 bytes，複製不貴但無必要）； - 呼叫端拿到指標後可以直接讀原始資料、算索引（top - class）、甚至修改那筆資料（若介面不加 const）。回傳指標的安全前提：指向的資料在函式返回後仍然存在—— 這裡指向呼叫端的陣列，安全（對比：指向函式區域變數就是懸空指標）。
擂台法：best 先指向第一筆，走訪其餘元素，遇到更高分就把 best 換成 &a[i]。比較條件用 >（嚴格大於）：同分時不換人，自然保留「先出現者」。
防衛：n <= 0 時陣列裡沒有東西，回傳 NULL；呼叫端使用前檢查（第 01 單元 safe_deref 的紀律又出現了）。
const 的一致性：輸入是 const struct student a[]，回傳型別也得是 const struct student *——不能經由回傳值「偷渡」出可寫指標。

參考解答

/*
 * ex4_top_student.c
 * -----------------
 * 練習 4：結構陣列 —— 找出最高分的學生並回傳其指標（難度：進階）
 *
 * 編譯：cc -std=c11 -Wall -Wextra -o /tmp/out ex4_top_student.c
 * 執行：/tmp/out
 */
#include <stdio.h>

struct student {
    char name[20];
    int score;
};

/*
 * 回傳「指向最高分那筆資料的指標」而不是複本：
 *   - 不複製整個結構（省成本）
 *   - 呼叫端可經由指標直接讀（甚至改）原始資料
 * n <= 0 時回傳 NULL（防衛）。
 */
const struct student *top_student(const struct student a[], int n)
{
    if (n <= 0)
        return NULL;

    const struct student *best = &a[0];   /* 先假設第一筆最高 */

    for (int i = 1; i < n; i++)
        if (a[i].score > best->score)     /* 走訪擂台法 */
            best = &a[i];

    return best;
}

int main(void)
{
    struct student class[] = {
        { "Alice",   88 },
        { "Bob",     72 },
        { "Charlie", 95 },
        { "Diana",   95 },   /* 與 Charlie 同分：擂台法保留先出現者 */
        { "Eve",     61 },
    };
    int n = (int)(sizeof class / sizeof class[0]);

    printf("全班成績：\n");
    for (int i = 0; i < n; i++)
        printf("  %-8s %3d\n", class[i].name, class[i].score);

    const struct student *top = top_student(class, n);
    if (top != NULL) {
        printf("最高分：%s（%d 分）\n", top->name, top->score);
        /* 用指標相減可知是第幾筆 */
        printf("（陣列中的索引：%td）\n", top - class);
    }

    /* 邊界：空陣列 */
    printf("空陣列 -> %s\n",
           (top_student(class, 0) == NULL) ? "NULL（正確防衛）" : "錯誤");

    return 0;
}

程式碼講解

a[i].score > best->score：左邊 a[i] 是結構本體用 .；右邊 best 是指標用 ->——同一行出現兩種存取運算子，正好對照。
best = &a[i];：換人只是換一個位址，不搬結構—— 和上一單元「排序字串只換指標」是同一種省力哲學。
top - class：兩個指向同一結構陣列的指標相減，得到相隔的元素數 （編譯器自動除以 sizeof(struct student)），印出用 %td。
同分測試（Charlie/Diana 都是 95）驗證了 > 的「先到先贏」語意；若想要「後出現者贏」才改用 >=——一個字元的差異要靠測試釘住。
易錯處：把函式寫成回傳 struct student *（沒 const）卻收 const 陣列—— 編譯器會抓 const 流失。

範例輸出

全班成績：
  Alice     88
  Bob       72
  Charlie   95
  Diana     95
  Eve       61
最高分：Charlie（95 分）
（陣列中的索引：2）
空陣列 -> NULL（正確防衛）

練習 5：sort_by_score —— 結構陣列排序（難度：進階）

題目

寫函式 void sort_by_score(struct student a[], int n)：按分數由高到低排序結構陣列（交換單位是整個結構）。測試資料至少 6 筆、包含同分者。

解題思路

和字串排序的差別：上一單元排字串換的是指標；這裡的陣列直接存放結構本體，交換就得搬整個結構。好消息：C 的結構支援整體指派 a[i] = a[best];—— 編譯器把所有成員（含 name 這個字元陣列！）一起複製， 不需要 strcpy 逐成員搬。
演算法：選擇排序——每輪從未排序區找分數最高者換到最前面。由高到低只需把比較方向設為 a[j].score > a[best].score。
交換三行：臨時變數的型別是 struct student（不是指標）：

struct student tmp = a[i];
a[i] = a[best];
a[best] = tmp;

同分的行為：選擇排序在這個寫法下同分者保持相對順序與否並無保證（選擇排序本身不穩定）；測試裡 Diana 與 Frank 同 80 分，輸出顯示 Diana 在前（這次剛好維持原順序）。若業務上需要穩定排序，要改用插入排序或在比較中加入第二鍵（如姓名）。

參考解答

/*
 * ex5_sort_by_score.c
 * -------------------
 * 練習 5：sort_by_score —— 按分數由高到低排序結構陣列（難度：進階）
 *
 * 編譯：cc -std=c11 -Wall -Wextra -o /tmp/out ex5_sort_by_score.c
 * 執行：/tmp/out
 */
#include <stdio.h>

struct student {
    char name[20];
    int score;
};

/*
 * 選擇排序，由高到低。
 * 交換的單位是「整個結構」——結構可以直接用 = 整體指派，
 * 編譯器會把所有成員（含 name 陣列）一起複製。
 */
void sort_by_score(struct student a[], int n)
{
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        int best = i;                        /* 找 [i, n) 中分數最高者 */
        for (int j = i + 1; j < n; j++)
            if (a[j].score > a[best].score)
                best = j;

        if (best != i) {                     /* 整個結構三行交換 */
            struct student tmp = a[i];
            a[i] = a[best];
            a[best] = tmp;
        }
    }
}

static void print_all(const char *title, const struct student a[], int n)
{
    printf("%s\n", title);
    for (int i = 0; i < n; i++)
        printf("  %d. %-8s %3d\n", i + 1, a[i].name, a[i].score);
}

int main(void)
{
    struct student class[] = {
        { "Alice",   88 },
        { "Bob",     72 },
        { "Charlie", 95 },
        { "Diana",   80 },
        { "Eve",     61 },
        { "Frank",   80 },   /* 與 Diana 同分 */
    };
    int n = (int)(sizeof class / sizeof class[0]);

    print_all("排序前：", class, n);
    sort_by_score(class, n);
    print_all("排序後（由高到低）：", class, n);

    return 0;
}

程式碼講解

struct student tmp = a[i];：宣告即複製整個結構。 name 陣列是結構的一部分，跟著整包複製——這是「陣列不能指派、但包在結構裡的陣列可以跟著結構指派」的有趣角落。
降冪只差在比較方向；初學者常犯的錯是改成 < 之後忘了變數名 best 已不再是「最小」—— 命名和語意要一起改，否則三個月後讀不懂。
交換前的 if (best != i) 是小優化：自己跟自己交換沒有意義。
這裡是 O(n²) 的教學實作；真實程式排大陣列該用 qsort（標準庫）＋自訂比較函式——那需要函式指標，屬於進階主題的預告。

範例輸出

排序前：
  1. Alice     88
  2. Bob       72
  3. Charlie   95
  4. Diana     80
  5. Eve       61
  6. Frank     80
排序後（由高到低）：
  1. Charlie   95
  2. Alice     88
  3. Diana     80
  4. Frank     80
  5. Bob       72
  6. Eve       61

練習 6：padding 觀察 —— 成員順序影響結構大小（難度：挑戰）

題目

比較 struct { char a; int b; char c; } 與 struct { int b; char a; char c; } 的 sizeof，用 offsetof（<stddef.h>）印出每個成員的實際位移，解釋兩者差異的原因，並計算「一百萬筆資料的陣列」兩種佈局各占多少記憶體。

解題思路

背景：CPU 存取「對齊」的資料較快（4-byte 的 int 要放在 4 的倍數位址上），編譯器會在成員間插入填補位元組（padding）來滿足對齊。
推演版本 A（char a; int b; char c;）在 64 位元 macOS 上的佈局： - a 放 offset 0（1 byte）； - b 需要 4-byte 對齊 → 跳過 offset 1..3（3 bytes padding）→ 放 offset 4..7； - c 放 offset 8（1 byte）； - 整個結構的大小必須是「最大對齊需求（4）」的倍數（陣列中下一個元素的 b 才能對齊）→ 尾端再補 3 bytes → sizeof = 12。
推演版本 B（int b; char a; char c;）： - b 放 offset 0..3（天然對齊，零浪費）； - a 放 offset 4、c 放 offset 5（char 對齊需求 1，緊緊相鄰）； - 尾端補 2 bytes 湊成 4 的倍數 → sizeof = 8。

   bad :  [a][-][-][-][B][B][B][B][c][-][-][-]   = 12 bytes（6 bytes 是 padding）
   good:  [B][B][B][B][a][c][-][-]               = 8 bytes（2 bytes 是 padding）

驗證工具：sizeof 看總大小、offsetof(型別, 成員) 看每個成員的實際位移—— 兩者都是編譯期常數，程式印出來對照推演。
實務結論：「成員由大到小排列」通常最省；單筆差 4 bytes 不痛，乘上一百萬筆就是 4 MB——結構佈局是免費的效能優化。

參考解答

/*
 * ex6_padding.c
 * -------------
 * 練習 6：padding 觀察 —— 成員順序如何影響結構大小（難度：挑戰）
 *
 * 編譯：cc -std=c11 -Wall -Wextra -o /tmp/out ex6_padding.c
 * 執行：/tmp/out
 */
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>    /* offsetof */

/* 版本 A：char / int / char 交錯——padding 最多 */
struct bad_layout {
    char a;     /* 1 byte，後面補 3 bytes 讓 b 對齊到 4 */
    int  b;     /* 4 bytes */
    char c;     /* 1 byte，後面補 3 bytes 讓整體大小是 4 的倍數 */
};

/* 版本 B：把大成員放前面——padding 最少 */
struct good_layout {
    int  b;     /* 4 bytes，天然對齊 */
    char a;     /* 1 byte */
    char c;     /* 1 byte，尾端只需補 2 bytes */
};

int main(void)
{
    printf("struct bad_layout  { char a; int b; char c; }\n");
    printf("  sizeof = %zu bytes（成員總和只有 6！）\n",
           sizeof(struct bad_layout));
    printf("  offsetof(a) = %zu\n", offsetof(struct bad_layout, a));
    printf("  offsetof(b) = %zu（a 之後跳過 3 bytes 的 padding）\n",
           offsetof(struct bad_layout, b));
    printf("  offsetof(c) = %zu（尾端還有 3 bytes padding）\n\n",
           offsetof(struct bad_layout, c));

    printf("struct good_layout { int b; char a; char c; }\n");
    printf("  sizeof = %zu bytes（省下 4 bytes）\n",
           sizeof(struct good_layout));
    printf("  offsetof(b) = %zu\n", offsetof(struct good_layout, b));
    printf("  offsetof(a) = %zu\n", offsetof(struct good_layout, a));
    printf("  offsetof(c) = %zu（a、c 緊緊相鄰，尾端補 2 bytes）\n\n",
           offsetof(struct good_layout, c));

    /* 佈局示意（B=b 的 byte，-=padding）：
     *   bad :  a - - - B B B B c - - -   = 12 bytes
     *   good:  B B B B a c - -           = 8 bytes           */
    printf("記憶體佈局示意：\n");
    printf("  bad : [a][-][-][-][B][B][B][B][c][-][-][-] = 12\n");
    printf("  good: [B][B][B][B][a][c][-][-]             = 8\n\n");

    /* 陣列會放大差距：一百萬筆資料差 4 MB */
    printf("一百萬筆的陣列大小：bad = %zu bytes，good = %zu bytes\n",
           1000000 * sizeof(struct bad_layout),
           1000000 * sizeof(struct good_layout));

    return 0;
}

程式碼講解

offsetof(struct bad_layout, b) 回傳 4：直接證明 a 後面躺著 3 bytes 的 padding。 offsetof 是標準提供的巨集，比手動用指標運算猜位移可靠且可攜。
「結構大小必須是最大成員對齊需求的倍數」的原因： struct bad_layout arr[2] 中，arr[1].b 也要對齊到 4—— 只有整個結構大小是 4 的倍數才能保證。
sizeof 的結果型別是 size_t，印出用 %zu。
兩個結構的成員總和都是 6 bytes，佈局卻差出一倍—— 永遠用 sizeof，不要手加成員大小（做二進位 I/O 或 malloc 時尤其致命）。
注意這些數字是「本平台（Apple clang / arm64）」的結果；別的 ABI 可能不同，跨平台傳輸不能依賴結構佈局（第 11 單元會再強調）。

範例輸出

struct bad_layout  { char a; int b; char c; }
  sizeof = 12 bytes（成員總和只有 6！）
  offsetof(a) = 0
  offsetof(b) = 4（a 之後跳過 3 bytes 的 padding）
  offsetof(c) = 8（尾端還有 3 bytes padding）

struct good_layout { int b; char a; char c; }
  sizeof = 8 bytes（省下 4 bytes）
  offsetof(b) = 0
  offsetof(a) = 4
  offsetof(c) = 5（a、c 緊緊相鄰，尾端補 2 bytes）

記憶體佈局示意：
  bad : [a][-][-][-][B][B][B][B][c][-][-][-] = 12
  good: [B][B][B][B][a][c][-][-]             = 8

一百萬筆的陣列大小：bad = 12000000 bytes，good = 8000000 bytes

常見錯誤解法對照

錯誤寫法	症狀	正確做法
`pc.center.x`（pc 是指標）	編譯錯誤：指標要用 `->`	`pc->center.x`
傳值函式內改結構成員	呼叫端完全沒變	傳指標 `f(struct point *p)` + `p->x`
天真面積 `(x2-x1)*(y2-y1)`	頂點交錯時得到負面積	min/max 正規化寬與高
回傳函式內區域結構的指標	懸空指標，未定義行為	回傳結構值，或回傳指向呼叫端資料的指標
交換結構用 `strcpy(a[i].name, ...)` 逐成員搬	冗長且易漏成員	整體指派 `a[i] = a[best];`
手加成員大小當 `sizeof`	忽略 padding，buffer 算錯	一律用 `sizeof`／`offsetof`

練習 1：struct circle —— 巢狀結構與面積、周長（難度：基礎）

題目

解題思路

參考解答

程式碼講解

範例輸出

練習 2：midpoint —— 回傳兩點的中點（難度：基礎）

題目

解題思路

參考解答

程式碼講解

範例輸出

練習 3：rect_area —— 處理頂點順序顛倒的矩形（難度：基礎）

題目

解題思路

參考解答

程式碼講解

範例輸出

練習 4：top_student —— 回傳最高分學生的指標（難度：進階）

題目

解題思路

參考解答

程式碼講解

範例輸出

練習 5：sort_by_score —— 結構陣列排序（難度：進階）

題目

解題思路

參考解答

程式碼講解

範例輸出

練習 6：padding 觀察 —— 成員順序影響結構大小（難度：挑戰）

題目

解題思路

參考解答

程式碼講解

範例輸出

常見錯誤解法對照

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