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結構體

發(fā)布時間：2019-05-22

它是一組具有相同類型的數(shù)據(jù)的集合。但在實際的編程過程中，我們往往還需要一組類型不同的數(shù)據(jù)，例如對于學生信息登記表，姓名為字符串，學號為整數(shù)，年齡為整數(shù)，所在的學習小組為字符，成績?yōu)樾?shù)，因為數(shù)據(jù)類型不同，顯然不能用一個數(shù)組來存放。

在C語言中，可以使用結構體（Struct）來存放一組不同類型的數(shù)據(jù)。結構體的定義形式為：

struct 結構體名{
    結構體所包含的變量或數(shù)組
};

結構體是一種集合，它里面包含了多個變量或數(shù)組，它們的類型可以相同，也可以不同，每個這樣的變量或數(shù)組都稱為結構體的成員（Member）。請看下面的一個例子：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學號
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在學習小組
  6. float score; //成績
  7. };

stu 為結構體名，它包含了 5 個成員，分別是 name、num、age、group、score。結構體成員的定義方式與變量和數(shù)組的定義方式相同，只是不能初始化。

注意大括號后面的分號;不能少，這是一條完整的語句。

結構體也是一種數(shù)據(jù)類型，它由程序員自己定義，可以包含多個其他類型的數(shù)據(jù)。

像 int、float、char 等是由C語言本身提供的數(shù)據(jù)類型，不能再進行分拆，我們稱之為基本數(shù)據(jù)類型；而結構體可以包含多個基本類型的數(shù)據(jù)，也可以包含其他的結構體，我們將它稱為復雜數(shù)據(jù)類型或構造數(shù)據(jù)類型。

結構體變量

既然結構體是一種數(shù)據(jù)類型，那么就可以用它來定義變量。例如：

struct stu stu1, stu2;

定義了兩個變量 stu1 和 stu2，它們都是 stu 類型，都由 5 個成員組成。注意關鍵字struct不能少。

stu 就像一個“模板”，定義出來的變量都具有相同的性質。也可以將結構體比作“圖紙”，將結構體變量比作“零件”，根據(jù)同一張圖紙生產出來的零件的特性都是一樣的。

你也可以在定義結構體的同時定義結構體變量：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學號
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在學習小組
  6. float score; //成績
  7. } stu1, stu2;

將變量放在結構體定義的最后即可。

如果只需要 stu1、stu2 兩個變量，后面不需要再使用結構體名定義其他變量，那么在定義時也可以不給出結構體名，如下所示：

  1. struct{ //沒有寫 stu
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學號
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在學習小組
  6. float score; //成績
  7. } stu1, stu2;

這樣做書寫簡單，但是因為沒有結構體名，后面就沒法用該結構體定義新的變量。

理論上講結構體的各個成員在內存中是連續(xù)存儲的，和數(shù)組非常類似，例如上面的結構體變量 stu1、stu2 的內存分布如下圖所示，共占用 4+4+4+1+4 = 17 個字節(jié)。


但是在編譯器的具體實現(xiàn)中，各個成員之間可能會存在縫隙，對于 stu1、stu2，成員變量 group 和 score 之間就存在 3 個字節(jié)的空白填充（見下圖）。這樣算來，stu1、stu2 其實占用了 17 + 3 = 20 個字節(jié)。

關于成員變量之間存在“裂縫”的原因，我們將在《C語言和內存》專題中的《C語言內存對齊，提高尋址效率》一節(jié)中詳細講解。

成員的獲取和賦值

結構體和數(shù)組類似，也是一組數(shù)據(jù)的集合，整體使用沒有太大的意義。數(shù)組使用下標[ ]獲取單個元素，結構體使用點號.獲取單個成員。獲取結構體成員的一般格式為：

結構體變量名.成員名;

通過這種方式可以獲取成員的值，也可以給成員賦值：

  1. #include <stdio.h>
  2. int main(){
  3. struct{
  4. char *name; //姓名
  5. int num; //學號
  6. int age; //年齡
  7. char group; //所在小組
  8. float score; //成績
  9. } stu1;
  11. //給結構體成員賦值
  12. stu1.name = "Tom";
  13. stu1.num = 12;
  14. stu1.age = 18;
  15. stu1.group = 'A';
  16. stu1.score = 136.5;
  18. //讀取結構體成員的值
  19. printf("%s的學號是%d，年齡是%d，在%c組，今年的成績是%.1f！\n", stu1.name, stu1.num, stu1.age, stu1.group, stu1.score);
  21. return 0;
  22. }

運行結果：
Tom的學號是12，年齡是18，在A組，今年的成績是136.5！

除了可以對成員進行逐一賦值，也可以在定義時整體賦值，例如：

  1. struct{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學號
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在小組
  6. float score; //成績
  7. } stu1, stu2 = { "Tom", 12, 18, 'A', 136.5 };

不過整體賦值僅限于定義結構體變量的時候，在使用過程中只能對成員逐一賦值，這和數(shù)組的賦值非常類似。

需要注意的是，結構體是一種自定義的數(shù)據(jù)類型，是創(chuàng)建變量的模板，不占用內存空間；結構體變量才包含了實實在在的數(shù)據(jù)，需要內存空間來存儲。

所謂結構體數(shù)組，是指數(shù)組中的每個元素都是一個結構體。在實際應用中，結構體數(shù)組常被用來表示一個擁有相同數(shù)據(jù)結構的群體，比如一個班的學生、一個車間的職工等。

定義結構體數(shù)組和定義結構體變量的方式類似，請看下面的例子：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學號
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在小組
  6. float score; //成績
  7. }class[5];

表示一個班級有5個學生。

結構體數(shù)組在定義的同時也可以初始化，例如：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學號
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在小組
  6. float score; //成績
  7. }class[5] = {
  8. {"Li ping", 5, 18, 'C', 145.0},
  9. {"Zhang ping", 4, 19, 'A', 130.5},
  10. {"He fang", 1, 18, 'A', 148.5},
  11. {"Cheng ling", 2, 17, 'F', 139.0},
  12. {"Wang ming", 3, 17, 'B', 144.5}
  13. };

當對數(shù)組中全部元素賦值時，也可不給出數(shù)組長度，例如：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學號
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在小組
  6. float score; //成績
  7. }class[] = {
  8. {"Li ping", 5, 18, 'C', 145.0},
  9. {"Zhang ping", 4, 19, 'A', 130.5},
  10. {"He fang", 1, 18, 'A', 148.5},
  11. {"Cheng ling", 2, 17, 'F', 139.0},
  12. {"Wang ming", 3, 17, 'B', 144.5}
  13. };


結構體數(shù)組的使用也很簡單，例如，獲取 Wang ming 的成績：

class[4].score;

修改 Li ping 的學習小組：

class[0].group = 'B';


【示例】計算全班學生的總成績、平均成績和以及 140 分以下的人數(shù)。

  1. #include <stdio.h>
  3. struct{
  4. char *name; //姓名
  5. int num; //學號
  6. int age; //年齡
  7. char group; //所在小組
  8. float score; //成績
  9. }class[] = {
  10. {"Li ping", 5, 18, 'C', 145.0},
  11. {"Zhang ping", 4, 19, 'A', 130.5},
  12. {"He fang", 1, 18, 'A', 148.5},
  13. {"Cheng ling", 2, 17, 'F', 139.0},
  14. {"Wang ming", 3, 17, 'B', 144.5}
  15. };
  17. int main(){
  18. int i, num_140 = 0;
  19. float sum = 0;
  20. for(i=0; i<5; i++){
  21. sum += class[i].score;
  22. if(class[i].score < 140) num_140++;
  23. }
  24. printf("sum=%.2f\naverage=%.2f\nnum_140=%d\n", sum, sum/5, num_140);
  25. return 0;
  26. }

運行結果：
sum=707.50
average=141.50
num_140=2

指針也可以指向一個結構體，定義的形式一般為：

struct 結構體名 *變量名;

下面是一個定義結構體指針的實例：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學號
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在小組
  6. float score; //成績
  7. } stu1 = { "Tom", 12, 18, 'A', 136.5 };
  8. //結構體指針
  9. struct stu *pstu = &stu1;

也可以在定義結構體的同時定義結構體指針：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學號
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在小組
  6. float score; //成績
  7. } stu1 = { "Tom", 12, 18, 'A', 136.5 }, *pstu = &stu1;

注意，結構體變量名和數(shù)組名不同，數(shù)組名在表達式中會被轉換為數(shù)組指針，而結構體變量名不會，無論在任何表達式中它表示的都是整個集合本身，要想取得結構體變量的地址，必須在前面加&，所以給 pstu 賦值只能寫作：

struct stu *pstu = &stu1;

而不能寫作：

struct stu *pstu = stu1;

還應該注意，結構體和結構體變量是兩個不同的概念：結構體是一種數(shù)據(jù)類型，是一種創(chuàng)建變量的模板，編譯器不會為它分配內存空間，就像 int、float、char 這些關鍵字本身不占用內存一樣；結構體變量才包含實實在在的數(shù)據(jù)，才需要內存來存儲。下面的寫法是錯誤的，不可能去取一個結構體名的地址，也不能將它賦值給其他變量：

struct stu *pstu = &stu;
struct stu *pstu = stu;

獲取結構體成員

通過結構體指針可以獲取結構體成員，一般形式為：

(*pointer).memberName

或者：

pointer->memberName

第一種寫法中，.的優(yōu)先級高于*，(*pointer)兩邊的括號不能少。如果去掉括號寫作*pointer.memberName，那么就等效于*(pointer.memberName)，這樣意義就完全不對了。

第二種寫法中，->是一個新的運算符，習慣稱它為“箭頭”，有了它，可以通過結構體指針直接取得結構體成員；這也是->在C語言中的唯一用途。

上面的兩種寫法是等效的，我們通常采用后面的寫法，這樣更加直觀。

【示例】結構體指針的使用。

  1. #include <stdio.h>
  2. int main(){
  3. struct{
  4. char *name; //姓名
  5. int num; //學號
  6. int age; //年齡
  7. char group; //所在小組
  8. float score; //成績
  9. } stu1 = { "Tom", 12, 18, 'A', 136.5 }, *pstu = &stu1;
  11. //讀取結構體成員的值
  12. printf("%s的學號是%d，年齡是%d，在%c組，今年的成績是%.1f！\n", (*pstu).name, (*pstu).num, (*pstu).age, (*pstu).group, (*pstu).score);
  13. printf("%s的學號是%d，年齡是%d，在%c組，今年的成績是%.1f！\n", pstu->name, pstu->num, pstu->age, pstu->group, pstu->score);
  15. return 0;
  16. }

運行結果：
Tom的學號是12，年齡是18，在A組，今年的成績是136.5！
Tom的學號是12，年齡是18，在A組，今年的成績是136.5！

【示例】結構體數(shù)組指針的使用。

  1. #include <stdio.h>
  3. struct stu{
  4. char *name; //姓名
  5. int num; //學號
  6. int age; //年齡
  7. char group; //所在小組
  8. float score; //成績
  9. }stus[] = {
  10. {"Zhou ping", 5, 18, 'C', 145.0},
  11. {"Zhang ping", 4, 19, 'A', 130.5},
  12. {"Liu fang", 1, 18, 'A', 148.5},
  13. {"Cheng ling", 2, 17, 'F', 139.0},
  14. {"Wang ming", 3, 17, 'B', 144.5}
  15. }, *ps;
  17. int main(){
  18. //求數(shù)組長度
  19. int len = sizeof(stus) / sizeof(struct stu);
  20. printf("Name\t\tNum\tAge\tGroup\tScore\t\n");
  21. for(ps=stus; ps<stus+len; ps++){
  22. printf("%s\t%d\t%d\t%c\t%.1f\n", ps->name, ps->num, ps->age, ps->group, ps->score);
  23. }
  25. return 0;
  26. }

運行結果：

Name            Num     Age     Group   Score
Zhou ping       5       18      C       145.0
Zhang ping      4       19      A       130.5
Liu fang        1       18      A       148.5
Cheng ling      2       17      F       139.0
Wang ming       3       17      B       144.5

結構體指針作為函數(shù)參數(shù)

結構體變量名代表的是整個集合本身，作為函數(shù)參數(shù)時傳遞的整個集合，也就是所有成員，而不是像數(shù)組一樣被編譯器轉換成一個指針。如果結構體成員較多，尤其是成員為數(shù)組時，傳送的時間和空間開銷會很大，影響程序的運行效率。所以最好的辦法就是使用結構體指針，這時由實參傳向形參的只是一個地址，非？焖。

【示例】計算全班學生的總成績、平均成績和以及 140 分以下的人數(shù)。

  1. #include <stdio.h>
  3. struct stu{
  4. char *name; //姓名
  5. int num; //學號
  6. int age; //年齡
  7. char group; //所在小組
  8. float score; //成績
  9. }stus[] = {
  10. {"Li ping", 5, 18, 'C', 145.0},
  11. {"Zhang ping", 4, 19, 'A', 130.5},
  12. {"He fang", 1, 18, 'A', 148.5},
  13. {"Cheng ling", 2, 17, 'F', 139.0},
  14. {"Wang ming", 3, 17, 'B', 144.5}
  15. };
  17. void average(struct stu *ps, int len);
  19. int main(){
  20. int len = sizeof(stus) / sizeof(struct stu);
  21. average(stus, len);
  22. return 0;
  23. }
  25. void average(struct stu *ps, int len){
  26. int i, num_140 = 0;
  27. float average, sum = 0;
  28. for(i=0; i<len; i++){
  29. sum += (ps + i) -> score;
  30. if((ps + i)->score < 140) num_140++;
  31. }
  32. printf("sum=%.2f\naverage=%.2f\nnum_140=%d\n", sum, sum/5, num_140);
  33. }

運行結果：
sum=707.50
average=141.50
num_140=2

 

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