它是一组具有相同类型的数据的集合。但在实际的编程过程中,我们往往还需要一组类型不同的数据,例如对于学生信息登记表,姓名为字符串,学号为整数,年龄为整数,所在的学习小组为字符,成绩为小数,因为数据类型不同,显然不能用一个数组来存放。
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)。请看下面的一个例子:
- structstu{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- };
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:
- structstu{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- } 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:
- struct{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- } 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。
关于成员变量之间存在“裂缝”的原因,我们将在《C语言和内存》专题中的《C语言内存对齐,提高寻址效率》一节中详细讲解。
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:
- #include
- intmain(){
- struct{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- } stu1;
- stu1.name="Tom";
- stu1.num=12;
- stu1.age=18;
- stu1.group='A';
- stu1.score=136.5;
- printf("%s的学号是%d,年龄是%d,在%c组,今年的成绩是%.1f!\n", stu1.name, stu1.num, stu1.age, stu1.group, stu1.score);
- return0;
- }
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:
- struct{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- } 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。
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:
- structstu{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- }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:
- structstu{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- }class[5]={
- {"Li ping",5,18,'C',145.0},
- {"Zhang ping",4,19,'A',130.5},
- {"He fang",1,18,'A',148.5},
- {"Cheng ling",2,17,'F',139.0},
- {"Wang ming",3,17,'B',144.5}
- };
当对数组中全部元素赋值时,也可不给出数组长度,例如:
- structstu{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- }class[]={
- {"Li ping",5,18,'C',145.0},
- {"Zhang ping",4,19,'A',130.5},
- {"He fang",1,18,'A',148.5},
- {"Cheng ling",2,17,'F',139.0},
- {"Wang ming",3,17,'B',144.5}
- };
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';
【示例】计算全班学生的总成绩、平均成绩和以及 140 分以下的人数。
- #include
- struct{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- }class[]={
- {"Li ping",5,18,'C',145.0},
- {"Zhang ping",4,19,'A',130.5},
- {"He fang",1,18,'A',148.5},
- {"Cheng ling",2,17,'F',139.0},
- {"Wang ming",3,17,'B',144.5}
- };
- intmain(){
- int i, num_140=0;
- float sum=0;
- for(i=0; i<5; i++){
- sum+= class[i].score;
- if(class[i].score<140) num_140++;
- }
- printf("sum=%.2f\naverage=%.2f\nnum_140=%d\n", sum, sum/5, num_140);
- return0;
- }
运行结果:
sum=707.50
average=141.50
num_140=2
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:
- structstu{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- } stu1={"Tom",12,18,'A',136.5};
- structstu*pstu=&stu1;
也可以在定义结构体的同时定义结构体指针:
- structstu{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- } 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.memberName)
,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。
【示例】结构体指针的使用。
- #include
- intmain(){
- struct{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- } stu1={"Tom",12,18,'A',136.5},*pstu=&stu1;
- printf("%s的学号是%d,年龄是%d,在%c组,今年的成绩是%.1f!\n",(*pstu).name,(*pstu).num,(*pstu).age,(*pstu).group,(*pstu).score);
- printf("%s的学号是%d,年龄是%d,在%c组,今年的成绩是%.1f!\n", pstu->name, pstu->num, pstu->age, pstu->group, pstu->score);
- return0;
- }
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!
【示例】结构体数组指针的使用。
- #include
- structstu{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- }stus[]={
- {"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}
- },*ps;
- intmain(){
- int len=sizeof(stus)/sizeof(structstu);
- printf("Name\t\tNum\tAge\tGroup\tScore\t\n");
- for(ps=stus; ps+len; ps++){
- printf("%s\t%d\t%d\t%c\t%.1f\n", ps->name, ps->num, ps->age, ps->group, ps->score);
- }
- return0;
- }
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。
【示例】计算全班学生的总成绩、平均成绩和以及 140 分以下的人数。
- #include
- structstu{
- char*name;
- int num;
- int age;
- char group;
- float score;
- }stus[]={
- {"Li ping",5,18,'C',145.0},
- {"Zhang ping",4,19,'A',130.5},
- {"He fang",1,18,'A',148.5},
- {"Cheng ling",2,17,'F',139.0},
- {"Wang ming",3,17,'B',144.5}
- };
- voidaverage(structstu*ps,int len);
- intmain(){
- int len=sizeof(stus)/sizeof(structstu);
- average(stus, len);
- return0;
- }
- voidaverage(structstu*ps,int len){
- int i, num_140=0;
- float average, sum=0;
- for(i=0; i; i++){
- sum+=(ps+ i)-> score;
- if((ps+ i)->score<140) num_140++;
- }
- printf("sum=%.2f\naverage=%.2f\nnum_140=%d\n", sum, sum/5, num_140);
- }
运行结果:
sum=707.50
average=141.50
num_140=2