C语言结构体

一：C语言结构体（struct）

在C语言中，可以使用结构体（Struct）来存放一组不同类型的数据。结构体的定义形式为：

struct 结构体名{
    结构体所包含的变量或数组
};

结构体是一种集合，它里面包含了多个变量或数组，它们的类型可以相同，也可以不同，每个这样的变量或数组都称为结构体的成员（Member）。

eg：

1. struct stu{
2. char *name; //姓名
3. int num; //学号
4. int age; //年龄
5. char group; //所在学习小组
6. float score; //成绩
7. };

stu 为结构体名，它包含了 5 个成员，分别是 name、num、age、group、score。结构体成员的定义方式与变量和数组的定义方式相同，只是不能初始化。

注意大括号后面的分号;不能少，这是一条完整的语句。

结构体也是一种数据类型，它由程序员自己定义，可以包含多个其他类型的数据。

像 int、float、char 等是由C语言本身提供的数据类型，不能再进行分拆，我们称之为基本数据类型；而结构体可以包含多个基本类型的数据，也可以包含其他的结构体，我们将它称为复杂数据类型或构造数据类型。

结构体变量

既然结构体是一种数据类型，那么就可以用它来定义变量。例如：

struct stu stu1, stu2;

定义了两个变量 stu1 和 stu2，它们都是 stu 类型，都由 5 个成员组成。注意关键字struct不能少。

stu 就像一个“模板”，定义出来的变量都具有相同的性质。也可以将结构体比作“图纸”，将结构体变量比作“零件”，根据同一张图纸生产出来的零件的特性都是一样的。

你也可以在定义结构体的同时定义结构体变量：

1. struct stu{
2. char *name; //姓名
3. int num; //学号
4. int age; //年龄
5. char group; //所在学习小组
6. float score; //成绩
7. } stu1, stu2;

将变量放在结构体定义的最后即可。

如果只需要 stu1、stu2 两个变量，后面不需要再使用结构体名定义其他变量，那么在定义时也可以不给出结构体名，如下所示：

1. struct{ //没有写 stu
2. char *name; //姓名
3. int num; //学号
4. int age; //年龄
5. char group; //所在学习小组
6. float score; //成绩
7. } stu1, stu2;

这样做书写简单，但是因为没有结构体名，后面就没法用该结构体定义新的变量。

理论上讲结构体的各个成员在内存中是连续存储的，和数组非常类似，例如上面的结构体变量 stu1、stu2 的内存分布如下图所示，共占用 4+4+4+1+4 = 17 个字节。

但是在编译器的具体实现中，各个成员之间可能会存在缝隙，对于 stu1、stu2，成员变量 group 和 score 之间就存在 3 个字节的空白填充（见下图）。这样算来，stu1、stu2 其实占用了 17 + 3 = 20 个字节。

成员的获取和赋值

结构体和数组类似，也是一组数据的集合，整体使用没有太大的意义。数组使用下标[ ]获取单个元素，结构体使用点号.获取单个成员。获取结构体成员的一般格式为：

结构体变量名.成员名;

通过这种方式可以获取成员的值，也可以给成员赋值：

1. #include <stdio.h>
2. int main(){
3. struct{
4. char *name; //姓名
5. int num; //学号
6. int age; //年龄
7. char group; //所在小组
8. float score; //成绩
9. } stu1;
11. //给结构体成员赋值
12. stu1.name = "Tom";
13. stu1.num = 12;
14. stu1.age = 18;
15. stu1.group = 'A';
16. stu1.score = 136.5;
18. //读取结构体成员的值
19. printf("%s的学号是%d，年龄是%d，在%c组，今年的成绩是%.1f！ ", stu1.name, stu1.num, stu1.age, stu1.group, stu1.score);
21. return 0;
22. }

运行结果：
Tom的学号是12，年龄是18，在A组，今年的成绩是136.5！

除了可以对成员进行逐一赋值，也可以在定义时整体赋值，例如：

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

不过整体赋值仅限于定义结构体变量的时候，在使用过程中只能对成员逐一赋值，这和数组的赋值非常类似。

需要注意的是，结构体是一种自定义的数据类型，是创建变量的模板，不占用内存空间；结构体变量才包含了实实在在的数据，需要内存空间来存储。

二：C语言结构体数组

所谓结构体数组，是指数组中的每个元素都是一个结构体。在实际应用中，结构体数组常被用来表示一个拥有相同数据结构的群体，比如一个班的学生、一个车间的职工等。

定义结构体数组和定义结构体变量的方式类似，请看下面的例子：

1. struct stu{
2. char *name; //姓名
3. int num; //学号
4. int age; //年龄
5. char group; //所在小组
6. float score; //成绩
7. }class[5];

表示一个班级有5个学生。

结构体数组在定义的同时也可以初始化，例如：

1. struct stu{
2. char *name; //姓名
3. int num; //学号
4. int age; //年龄
5. char group; //所在小组
6. float score; //成绩
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. };

当对数组中全部元素赋值时，也可不给出数组长度，例如：

1. struct stu{
2. char *name; //姓名
3. int num; //学号
4. int age; //年龄
5. char group; //所在小组
6. float score; //成绩
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. };

结构体数组的使用也很简单，例如，获取 Wang ming 的成绩：

class[4].score;

修改 Li ping 的学习小组：

class[0].group = 'B';

eg:计算全班学生的总成绩、平均成绩和以及 140 分以下的人数。

1. #include <stdio.h>
3. struct{
4. char *name; //姓名
5. int num; //学号
6. int age; //年龄
7. char group; //所在小组
8. float score; //成绩
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 average, 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 average=%.2f num_140=%d ", sum, sum/5, num_140);
25. return 0;
26. }

运行结果：
sum=707.50
average=141.50
num_140=2

三：C语言结构体和指针

指针也可以指向一个结构体，定义的形式一般为：

struct 结构体名 *变量名;

下面是一个定义结构体指针的实例：

1. struct stu{
2. char *name;  //姓名
3. int num;       //学号
4. int age;        //年龄
5. char group;  //所在小组
6. float score;  //成绩
7. } stu1 = { "Tom", 12, 18, 'A', 136.5 };
8.   //结构体指针
9. struct stu *pstu = &stu1;

也可以在定义结构体的同时定义结构体指针：

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

注意，结构体变量名和数组名不同，数组名在表达式中会被转换为数组指针，而结构体变量名不会，无论在任何表达式中它表示的都是整个集合本身，要想取得结构体变量的地址，必须在前面加&，所以给 pstu 赋值只能写作：

struct stu *pstu = &stu1;

而不能写作：

struct stu *pstu = stu1;

还应该注意，结构体和结构体变量是两个不同的概念：结构体是一种数据类型，是一种创建变量的模板，编译器不会为它分配内存空间，就像 int、float、char 这些关键字本身不占用内存一样；结构体变量才包含实实在在的数据，才需要内存来存储。下面的写法是错误的，不可能去取一个结构体名的地址，也不能将它赋值给其他变量：

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

获取结构体成员

通过结构体指针可以获取结构体成员，一般形式为：

(*pointer).memberName

或者：

pointer->memberName

第一种写法中，.的优先级高于*，(*pointer)两边的括号不能少。如果去掉括号写作*pointer.memberName，那么就等效于*(pointer.numberName)，这样意义就完全不对了。

第二种写法中，->是一个新的运算符，习惯称它为“箭头”，有了它，可以通过结构体指针直接取得结构体成员；这也是->在C语言中的唯一用途。

上面的两种写法是等效的，我们通常采用后面的写法，这样更加直观。

eg:结构体指针的使用。

1. #include <stdio.h>
2. int main(){
3. struct{
4. char *name; //姓名
5. int num; //学号
6. int age; //年龄
7. char group; //所在小组
8. float score; //成绩
9. } stu1 = { "Tom", 12, 18, 'A', 136.5 }, *pstu = &stu1;
11. //读取结构体成员的值
12. printf("%s的学号是%d，年龄是%d，在%c组，今年的成绩是%.1f！ ", (*pstu).name, (*pstu).num, (*pstu).age, (*pstu).group, (*pstu).score);
13. printf("%s的学号是%d，年龄是%d，在%c组，今年的成绩是%.1f！ ", pstu->name, pstu->num, pstu->age, pstu->group, pstu->score);
15. return 0;
16. }

运行结果：
Tom的学号是12，年龄是18，在A组，今年的成绩是136.5！
Tom的学号是12，年龄是18，在A组，今年的成绩是136.5！

eg:结构体数组指针的使用。

1. #include <stdio.h>
3. struct stu{
4. char *name; //姓名
5. int num; //学号
6. int age; //年龄
7. char group; //所在小组
8. float score; //成绩
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. //求数组长度
19. int len = sizeof(stus) / sizeof(struct stu);
20. printf("Name Num Age Group Score ");
21. for(ps=stus; ps<stus+len; ps++){
22. printf("%s %d %d %c %.1f ", ps->name, ps->num, ps->age, ps->group, ps->score);
23. }
25. return 0;
26. }

运行结果：

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

结构体指针作为函数参数

结构体变量名代表的是整个集合本身，作为函数参数时传递的整个集合，也就是所有成员，而不是像数组一样被编译器转换成一个指针。如果结构体成员较多，尤其是成员为数组时，传送的时间和空间开销会很大，影响程序的运行效率。所以最好的办法就是使用结构体指针，这时由实参传向形参的只是一个地址，非常快速。

eg:计算全班学生的总成绩、平均成绩和以及 140 分以下的人数。

1. #include <stdio.h>
3. struct stu{
4. char *name; //姓名
5. int num; //学号
6. int age; //年龄
7. char group; //所在小组
8. float score; //成绩
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 average=%.2f num_140=%d ", sum, sum/5, num_140);
33. }

运行结果：
sum=707.50
average=141.50
num_140=2