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結(jié)構(gòu)體

發(fā)布時(shí)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(shí)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(duì)于學(xué)生信息登記表，姓名為字符串，學(xué)號(hào)為整數(shù)，年齡為整數(shù)，所在的學(xué)習(xí)小組為字符，成績?yōu)樾?shù)，因?yàn)閿?shù)據(jù)類型不同，顯然不能用一個(gè)數(shù)組來存放。

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

struct 結(jié)構(gòu)體名{
    結(jié)構(gòu)體所包含的變量或數(shù)組
};

結(jié)構(gòu)體是一種集合，它里面包含了多個(gè)變量或數(shù)組，它們的類型可以相同，也可以不同，每個(gè)這樣的變量或數(shù)組都稱為結(jié)構(gòu)體的成員（Member）。請(qǐng)看下面的一個(gè)例子：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學(xué)號(hào)
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在學(xué)習(xí)小組
  6. float score; //成績
  7. };

stu 為結(jié)構(gòu)體名，它包含了 5 個(gè)成員，分別是 name、num、age、group、score。結(jié)構(gòu)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(hào)后面的分號(hào);不能少，這是一條完整的語句。

結(jié)構(gòu)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(gè)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(jìn)行分拆，我們稱之為基本數(shù)據(jù)類型；而結(jié)構(gòu)體可以包含多個(gè)基本類型的數(shù)據(jù)，也可以包含其他的結(jié)構(gòu)體，我們將它稱為復(fù)雜數(shù)據(jù)類型或構(gòu)造數(shù)據(jù)類型。

結(jié)構(gòu)體變量

既然結(jié)構(gòu)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(gè)變量 stu1 和 stu2，它們都是 stu 類型，都由 5 個(gè)成員組成。注意關(guān)鍵字struct不能少。

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

你也可以在定義結(jié)構(gòu)體的同時(shí)定義結(jié)構(gòu)體變量：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學(xué)號(hào)
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在學(xué)習(xí)小組
  6. float score; //成績
  7. } stu1, stu2;

將變量放在結(jié)構(gòu)體定義的最后即可。

如果只需要 stu1、stu2 兩個(gè)變量，后面不需要再使用結(jié)構(gòu)體名定義其他變量，那么在定義時(shí)也可以不給出結(jié)構(gòu)體名，如下所示：

  1. struct{ //沒有寫 stu
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學(xué)號(hào)
  4. int age; //年齡
  5. char group; //所在學(xué)習(xí)小組
  6. float score; //成績
  7. } stu1, stu2;

這樣做書寫簡單，但是因?yàn)闆]有結(jié)構(gòu)體名，后面就沒法用該結(jié)構(gòu)體定義新的變量。

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


但是在編譯器的具體實(shí)現(xiàn)中，各個(gè)成員之間可能會(huì)存在縫隙，對(duì)于 stu1、stu2，成員變量 group 和 score 之間就存在 3 個(gè)字節(jié)的空白填充（見下圖）。這樣算來，stu1、stu2 其實(shí)占用了 17 + 3 = 20 個(gè)字節(jié)。

關(guān)于成員變量之間存在“裂縫”的原因，我們將在《C語言和內(nèi)存》專題中的《C語言內(nèi)存對(duì)齊，提高尋址效率》一節(jié)中詳細(xì)講解。

成員的獲取和賦值

結(jié)構(gòu)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(biāo)[ ]獲取單個(gè)元素，結(jié)構(gòu)體使用點(diǎn)號(hào).獲取單個(gè)成員。獲取結(jié)構(gòu)體成員的一般格式為：

結(jié)構(gòu)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(xué)號(hào)
  6. int age; //年齡
  7. char group; //所在小組
  8. float score; //成績
  9. } stu1;
  11. //給結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體成員的值
  19. printf("%s的學(xué)號(hào)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(yùn)行結(jié)果：
Tom的學(xué)號(hào)是12，年齡是18，在A組，今年的成績是136.5！

除了可以對(duì)成員進(jìn)行逐一賦值，也可以在定義時(shí)整體賦值，例如：

  1. struct{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學(xué)號(hào)
  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(jié)構(gòu)體變量的時(shí)候，在使用過程中只能對(duì)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(jié)構(gòu)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(nèi)存空間；結(jié)構(gòu)體變量才包含了實(shí)實(shí)在在的數(shù)據(jù)，需要內(nèi)存空間來存儲(chǔ)。

所謂結(jié)構(gòu)體數(shù)組，是指數(shù)組中的每個(gè)元素都是一個(gè)結(jié)構(gòu)體。在實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)體數(shù)組常被用來表示一個(gè)擁有相同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的群體，比如一個(gè)班的學(xué)生、一個(gè)車間的職工等。

定義結(jié)構(gòu)體數(shù)組和定義結(jié)構(gòu)體變量的方式類似，請(qǐng)看下面的例子：

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

表示一個(gè)班級(jí)有5個(gè)學(xué)生。

結(jié)構(gòu)體數(shù)組在定義的同時(shí)也可以初始化，例如：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學(xué)號(hào)
  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(dāng)對(duì)數(shù)組中全部元素賦值時(shí)，也可不給出數(shù)組長度，例如：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學(xué)號(hào)
  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(jié)構(gòu)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(xué)習(xí)小組：

class[0].group = 'B';


【示例】計(jì)算全班學(xué)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(xué)號(hào)
  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(yùn)行結(jié)果：
sum=707.50
average=141.50
num_140=2

指針也可以指向一個(gè)結(jié)構(gòu)體，定義的形式一般為：

struct 結(jié)構(gòu)體名 *變量名;

下面是一個(gè)定義結(jié)構(gòu)體指針的實(shí)例：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學(xué)號(hào)
  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(jié)構(gòu)體指針
  9. struct stu *pstu = &stu1;

也可以在定義結(jié)構(gòu)體的同時(shí)定義結(jié)構(gòu)體指針：

  1. struct stu{
  2. char *name; //姓名
  3. int num; //學(xué)號(hào)
  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(jié)構(gòu)體變量名和數(shù)組名不同，數(shù)組名在表達(dá)式中會(huì)被轉(zhuǎn)換為數(shù)組指針，而結(jié)構(gòu)體變量名不會(huì)，無論在任何表達(dá)式中它表示的都是整個(gè)集合本身，要想取得結(jié)構(gòu)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(yīng)該注意，結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)體變量是兩個(gè)不同的概念：結(jié)構(gòu)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(huì)為它分配內(nèi)存空間，就像 int、float、char 這些關(guān)鍵字本身不占用內(nèi)存一樣；結(jié)構(gòu)體變量才包含實(shí)實(shí)在在的數(shù)據(jù)，才需要內(nèi)存來存儲(chǔ)。下面的寫法是錯(cuò)誤的，不可能去取一個(gè)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體成員

通過結(jié)構(gòu)體指針可以獲取結(jié)構(gòu)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(jí)高于*，(*pointer)兩邊的括號(hào)不能少。如果去掉括號(hào)寫作*pointer.memberName，那么就等效于*(pointer.memberName)，這樣意義就完全不對(duì)了。

第二種寫法中，->是一個(gè)新的運(yùn)算符，習(xí)慣稱它為“箭頭”，有了它，可以通過結(jié)構(gòu)體指針直接取得結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體指針的使用。

  1. #include <stdio.h>
  2. int main(){
  3. struct{
  4. char *name; //姓名
  5. int num; //學(xué)號(hào)
  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(jié)構(gòu)體成員的值
  12. printf("%s的學(xué)號(hào)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(xué)號(hào)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(yùn)行結(jié)果：
Tom的學(xué)號(hào)是12，年齡是18，在A組，今年的成績是136.5！
Tom的學(xué)號(hào)是12，年齡是18，在A組，今年的成績是136.5！

【示例】結(jié)構(gòu)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(xué)號(hào)
  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(yùn)行結(jié)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(jié)構(gòu)體指針作為函數(shù)參數(shù)

結(jié)構(gòu)體變量名代表的是整個(gè)集合本身，作為函數(shù)參數(shù)時(shí)傳遞的整個(gè)集合，也就是所有成員，而不是像數(shù)組一樣被編譯器轉(zhuǎn)換成一個(gè)指針。如果結(jié)構(gòu)體成員較多，尤其是成員為數(shù)組時(shí)，傳送的時(shí)間和空間開銷會(huì)很大，影響程序的運(yùn)行效率。所以最好的辦法就是使用結(jié)構(gòu)體指針，這時(shí)由實(shí)參傳向形參的只是一個(gè)地址，非常快速。

【示例】計(jì)算全班學(xué)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(xué)號(hào)
  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(yùn)行結(jié)果：
sum=707.50
average=141.50
num_140=2

 

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