C语言学习总结（1）——结构体

  一，什么是结构体   

　　我们知道数组（Array），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：

struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在学习小组
    float score;  //成绩
};

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：

struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在学习小组
    float score;  //成绩
} 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{  //没有写 stu
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在学习小组
    float score;  //成绩
} 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。

关于成员变量之间存在“裂缝”的原因，内存的存储单元和字节长度有关，

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 <stdio.h>
int main(){
    struct{
        char *name;  //姓名
        int num;  //学号
        int age;  //年龄
        char group;  //所在小组
        float score;  //成绩
    } stu1;
    //给结构体成员赋值
    stu1.name = "Tom";
    stu1.num = ;
    stu1.age = ;
    stu1.group = 'A';
    stu1.score = 136.5;
    //读取结构体成员的值
    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);
    return ;
}

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;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
} stu1, stu2 = { "Tom", , , '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。

二，什么是结构体数组

      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，C语言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。

在C语言中，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：

struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
}class[];
//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：

struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
}class[] = {
    {"Li ping", , , 'C', 145.0},
    {"Zhang ping", , , 'A', 130.5},
    {"He fang", , , 'A', 148.5},
    {"Cheng ling", , , 'F', 139.0},
    {"Wang ming", , , '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：

struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
}class[] = {
    {"Li ping", , , 'C', 145.0},
    {"Zhang ping", , , 'A', 130.5},
    {"He fang", , , 'A', 148.5},
    {"Cheng ling", , , 'F', 139.0},
    {"Wang ming", , , '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[].score;

修改 Li ping 的学习小组：

class[].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 <stdio.h>
struct{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
}class[] = {
    {"Li ping", , , 'C', 145.0},
    {"Zhang ping", , , 'A', 130.5},
    {"He fang", , , 'A', 148.5},
    {"Cheng ling", , , 'F', 139.0},
    {"Wang ming", , , 'B', 144.5}
};
int main(){
    int i, num_140 = ;
    float sum = ;
    for(i=; i<; i++){
        sum += class[i].score;
        if(class[i].score < ) num_140++;
    }
    printf("sum=%.2f\naverage=%.2f\nnum_140=%d\n", sum, sum/, num_140);
    return ;
}

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

三，结构体指针

   当一个指针变量指向结构体时，我们就称它为结构体指针。C语言结构体指针的定义形式一般为：

struct 结构体名 *变量名;

下面是一个定义结构体指针的实例：

//结构体
struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
} stu1 = { "Tom", , , 'A', 136.5 };
//结构体指针
struct stu *pstu = &stu1;

也可以在定义结构体的同时定义结构体指针：

struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
} stu1 = { "Tom", , , '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 <stdio.h>
int main(){
    struct{
        char *name;  //姓名
        int num;  //学号
        int age;  //年龄
        char group;  //所在小组
        float score;  //成绩
    } stu1 = { "Tom", , , 'A', 136.5 }, *pstu = &stu1;
    //读取结构体成员的值
    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);
    return ;
}

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 <stdio.h>
struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
}stus[] = {
    {"Zhou ping", , , 'C', 145.0},
    {"Zhang ping", , , 'A', 130.5},
    {"Liu fang", , , 'A', 148.5},
    {"Cheng ling", , , 'F', 139.0},
    {"Wang ming", , , 'B', 144.5}
}, *ps;
int main(){
    //求数组长度
    int len = sizeof(stus) / sizeof(struct stu);
    printf("Name\t\tNum\tAge\tGroup\tScore\t\n");
    for(ps=stus; ps<stus+len; ps++){
        printf("%s\t%d\t%d\t%c\t%.1f\n", ps->name, ps->num, ps->age, ps->group, ps->score);
    }
    return ;
}

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 <stdio.h>
struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
}stus[] = {
    {"Li ping", , , 'C', 145.0},
    {"Zhang ping", , , 'A', 130.5},
    {"He fang", , , 'A', 148.5},
    {"Cheng ling", , , 'F', 139.0},
    {"Wang ming", , , 'B', 144.5}
};
void average(struct stu *ps, int len);
int main(){
    int len = sizeof(stus) / sizeof(struct stu);
    average(stus, len);
    return ;
}
void average(struct stu *ps, int len){
    int i, num_140 = ;
    float average, sum = ;
    for(i=; i<len; i++){
        sum += (ps + i) -> score;
        if((ps + i)->score < ) num_140++;
    }
    printf("sum=%.2f\naverage=%.2f\nnum_140=%d\n", sum, sum/, num_140);
}

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