尚硅谷C语言笔记-结构体与共用体

1、结构体(struct)类型的基本使用

1.1 为什么需要结构体？

C 语言内置的数据类型，除了几种原始的基本数据类型，只有数组属于复合类型，可以同时包含多个值，但是只能包含相同类型的数据，实际使用场景受限。

1.2 结构体的理解

C 语言提供了 struct关键字，允许自定义复合数据类型，将不同类型的值组合在一起，这种类型称为结构体（structure）类型。

C 语言没有其他语言的对象(object)和类(class)的概念，struct 结构很大程度上提供了对象和类的功能。

1.3 声明结构体

构建一个结构体类型的一般格式：

C struct 结构体名{     数据类型1 成员名1;   //分号结尾     数据类型2 成员名2;     ……     数据类型n 成员名n; }; //注意最后有一个分号

举例：学生

C struct Student{       // 定义结构体：学生     int id;           //学号     char name[20];    //姓名     char gender;      //性别     char address[50]; //家庭住址 };

1.4 声明结构体变量并调用成员

定义了新的数据类型以后，就可以声明该类型的变量，这与声明其他类型变量的写法是一样的。

声明结构体变量格式1： 

C struct 结构体类型名称 结构体变量名;

注意，声明自定义类型的变量时，类型名前面，不要忘记加上 struct 关键字。

C struct Student stu1;

调用结构体变量的成员：

C 结构体变量名.成员名 [= 常量或变量值]

举例：

C #include #include int main() {     struct Student stu1; //声明结构体变量              //调用结构体成员     stu1.id = 1001;     //stu1.name = "Tom"; //报错，不能直接通过赋值运算符来给字符数组赋值     strcpy(stu1.name, "Tony");     stu1.gender = 'M';     strcpy(stu1.address, "北京市海淀区五道口");     printf("id = %d,name = %s,gender = %c,address = %s\n",            stu1.id, stu1.name, stu1.gender, stu1.address);     return 0; }

说明：

1）先声明了一个 struct Student类型的变量 stu1，这时编译器就会为 stu1 分配内存，接着就可以为 stu1 的不同属性赋值。可以看到，struct 结构的属性通过点（ . ）来表示，比如 id 属性要写成 stu1.id。

2）字符数组是一种特殊的数组，直接改掉字符数组名的地址会报错，因此不能直接通过赋值运算符来对它进行赋值。你可以使用字符串库函数 strcpy() 来进行字符串的复制操作。

声明结构体变量格式2： 

除了逐一对属性赋值，也可以使用大括号，一次性对 struct 结构的所有属性赋值。此时，初始化的属性个数最好与结构体中成员个数相同，且成员的先后顺序一一对应。格式：

C struct 结构体名 结构体变量={初始化数据};

C //声明结构体 struct Car {   char* name;   double price;   int speed; }; //声明结构体变量 struct Car audi = {"audi A6L", 460000.99, 175};

注意：如果大括号里面的值的数量少于属性的数量，那么缺失的属性自动初始化为 0 。

声明结构体变量格式3： 

方式2中大括号里面的值的顺序，必须与 struct 类型声明时属性的顺序一致。此时，可以为每个值指定属性名。

格式：

C struct 结构体名 结构体变量={.成员1=xxx,.成员2=yyy,...}; struct Car audi = {.speed=175, .name="audi A6L"};

声明变量以后，可以修改某个属性的值。

C struct Car audi = {.speed=175, .name="audi A6L"}; audi.speed = 185;  //将 speed 属性的值改成 185

声明结构体变量格式4： 声明类型的同时定义变量

struct 的数据类型声明语句与变量的声明语句，可以合并为一个语句。格式：

C struct 结构体名 {     成员列表 } 变量名列表;

举例：同时声明了数据类型 Circle 和该类型的变量 c1

C struct Circle {         int id;     double radius; } c1;

声明结构体变量格式5： 不指定类型名而直接定义结构体类型变量

如果类型标识符（比如Student、Circle、Employee等）只用在声明时这一个地方，后面不再用到，那就可以将类型名省略。 该结构体称为匿名结构体。

C struct {     成员列表; } 变量名列表;

C struct {     char name[20];     int age;     char gender;     char phone[11]; } emp1, emp2;

struct 声明了一个匿名数据类型，然后又声明了这个类型的两个变量emp1、emp2 。与其他变量声明语句一样，可以在声明变量的同时，对变量赋值。

C struct {     char name[20];     int age;     char gender;     char phone[11]; } emp1 = {"Lucy", 23, 'F', "13012341234"},   emp2 = {"Tony", 25, 'M', "13367896789"};

上例在声明变量 emp1 和 emp2 的同时，为它们赋值。

声明结构体变量格式6：使用 typedef 命令

使用 typedef 可以为 struct 结构指定一个别名，这样使用起来更简洁。

举例：

C //声明结构体 typedef struct cell_phone {     int phone_no;              //电话号码     double minutes_of_charge;  //每分钟费用 } Phone; //声明结构体变量 Phone p = {13012341234, 5};

上例中， Phone 就是 struct cell_phone 的别名。声明结构体变量时，可以省略struct关键字。

这种情况下，C 语言允许省略 struct 命令后面的类型名。进一步改为：

C //声明匿名结构体 typedef struct {     int phone_no;     double minutes_of_charge; } Phone; //声明结构体变量 Phone p = {13012341234, 5};

说明：

1、在创建一个结构体变量后，需要给成员赋值。在没有给成员赋值的情况下调用，打印的值是垃圾数据，可能导致程序异常终止。

2、不同结构体变量的成员是独立的，互不影响，一个结构体变量的成员更改，不影响另外一个。

1.6 小 结

区分三个概念：结构体、结构体变量、结构体变量的成员。

• 结构体是自定义的数据类型，表示的是一种数据类型。

• 结构体变量代表一个具体变量。类比：

C int num1 ; // int 是数据类型, 而num1是一个具体的int变量 struct Car car1; // Car 是结构体数据类型，而car1是一个Car变量

• Car 就像一个“汽车图纸”，生成出来的具体的一辆辆汽车，就类似于一个个的结构体变量。这些结构体变量都含有相同的成员，将结构体变量的成员比作“零件”，同一张图纸生产出来的零件的作用都是一样的。

2、进一步认识结构体

2.1 结构体嵌套

结构体的成员也是变量，那么成员可以是基本数据类型，也可以是数组、指针、结构体等类型 。如果结构体的成员是另一个结构体，这就构成了结构体嵌套。

C #include #include struct Name {     char firstName[50];     char lastName[50]; }; struct Student {     int age;     struct Name name;     char gender; } stu1; int main(){     strcpy(stu1.name.firstName, "美美");     strcpy(stu1.name.lastName, "韩");     //stu1.age = 18;     //stu1.gender = 'F';     //或者     struct Name myname = {"美美","韩"};     stu1.name = myname;     //stu1.age = 18;     //stu1.gender = 'F';     return 0; }

2.2 结构体占用空间

结构体占用的存储空间，不是各个属性存储空间的总和。为了计算效率，C 语言的内存占用空间一般来说，都必须是 int 类型存储空间的整数倍。如果 int 类型的存储是4字节，那么 struct 类型的存储空间就总是4的倍数。

2.3 结构体变量的赋值操作

同类型的结构体变量可以使用赋值运算符（ = ），赋值给另一个变量，比如

C student1 = student2; //假设student1和student2已定义为同类型的结构体变量

这时会生成一个全新的副本。系统会分配一块新的内存空间，大小与原来的变量相同，把每个属性都复制过去，即原样生成了一份数据。

也就是说，结构体变量的传递机制是值传递，而非地址传递。这一点跟数组的赋值不同，使用赋值运算符复制数组，不会复制数据，只是传递地址。

C struct Car {     double price;     char name[30]; } a = {.name = "Audi A6L", .price = 390000.99}; int main() {     struct Car b = a;     printf("%p\n", &a); //结构体a变量的地址 00007ff75a019020     printf("%p\n", &b); //结构体b变量的地址 000000a6201ffcd0     printf("%p\n", a.name);  //结构体a变量的成员name的地址  00007ff719199028     printf("%p\n", b.name);  //结构体b变量的成员name的地址  000000c2565ffd88     a.name[0] = 'B';     printf("%s\n", a.name); // Budi A6L     printf("%s\n", b.name); // Audi A6L     return 0; }

上例中，变量 b 是变量 a 的副本，两个变量的值是各自独立的，修改掉 b.name 不影响 a.name 。

注意：C 语言没有提供比较两个自定义数据结构是否相等的方法，无法用比较运算符（比如 == 和 != ）比较两个数据结构是否相等或不等。

3、结构体数组

3.1 对比结构体与数组

C //定义一个结构体A typedef struct{     int a ;     char b;     float c; } A; //定义一个结构体变量 A a; //定义一个数组类型的变量 int b[3];

语句int b[3]；定义了一个数组，名字为b，由3个整型分量组成。而语句A a；可以类似认为定义了一个数组，名字为a，只不过组成a数组的3个分量是不同类型的。对于数组b，b[0]、b[1]、b[2]分别代表数组中第1、第2、第3个同为int类型的元素的值。而结构体a中，a. a、a. b、a. c分别对应于结构体变量a 中第1、第2、第3个元素的值，两者十分相似。

3.2 结构体数组的声明

结构体数组：数组元素是结构体变量而构成的数组。先定义结构体类型，然后用结构体类型定义数组变量。

方式1：先声明一个结构体类型，再用此类型定义结构体数组

C 结构体类型 数组名[数组长度]; struct Person{         char name[20];         int age; }; struct Person pers[3]; //pers是结构体数组名

方式2：定义结构体类型的同时，定义数组变量。

C struct 结构体名{         成员列表; } 数组名[数组长度]; struct Person{         char name[20];         int age; } pers[3];

3.3 初始化数组元素

对应前面的声明方式1：

举例：

C struct Student stus[3] = { {1001,"Tom",'M', 14},                            {1002, "Jerry", 'M', 13},                            {1003, "Lily",'F',12}};

3.4 结构体数组元素的成员的调用

方式1：使用数组角标方式

C 结构体数组名[下标].成员名 stus[1].age = 23;

方式2：使用指向数组或数组元素的指针(下节讲)

C 指针->成员名 p->age=24;  //p为指向某个数组元素的指针

4、结构体指针

4.1 结构体指针格式

结构体指针：指向结构体变量的指针 （将结构体变量的起始地址存放在指针变量中）

具体应用场景：①可以指向单一的结构体变量  ②可以用作函数的参数 ③可以指向结构体数组

定义结构体指针变量格式：

C struct 结构体名 *结构体指针变量名; //int num; //int *num; struct Book {     char title[50];     char author[10];     double price; }; struct Book *b1; // 等价于 struct Book {     char title[50];     char author[10];     double price; } *b1;

说明：变量 b1 是一个指针，指向的数据是 struct Book 类型的实例。

4.2 结构体传参

如果将 struct 变量传入函数，函数内部得到的是一个原始值的副本。

C #include struct Person {     char *name;     int age;     char *address; }; void addAge(struct Person per) {     per.age = per.age + 1; } int main() {     struct Person p1 = {"Tom", 20, "北京市海淀区"};     addAge(p1);     printf("age = %d\n", p1.age); // 输出 20     return 0; }

函数 addAge() 要求传入一个 struct 变量 per，但实际上传递的是 struct 变量p1的副本，改变副本影响不到函数外部的原始数据。

通常情况下，开发者希望传入函数的是同一份数据，函数内部修改数据以后，会反映在函数外部。而且，传入的是同一份数据，也有利于提高程序性能。这时就需要将 struct 变量的指针传入函数，通过指针来修改 struct 属性。如下

C struct Person {     char *name;     int age;     char *address; }; void addAge(struct Person *per) {   //说明1     (*per).age = (*per).age + 1;    //说明2 } int main() {     struct Person p1 = {"Tom", 20, "北京市海淀区"};     addAge(&p1);                    //说明3     printf("age = %d\n", p1.age);   // 说明4：输出 21     return 0; }

• 说明1：per 是 struct 结构的指针，调用函数时传入的是指针。

• 说明2：函数内部必须使用 (*per).age 的写法，从指针拿到 struct 结构本身。因为运算符优先级问题，不能写成*per.age，会将per.age看成是一个指针，然后取其值。

• 说明3：结构体类型跟数组不一样，类型标识符本身并不是指针，所以传入时，指针必须写成 &p1。

• 说明4： addAge() 内部对 struct 结构的操作，就会反映到函数外部。

3 -> 操作符

前面例子中，(*per).age 的写法很麻烦，C 语言就引入了一个新的箭头运算符（ -> ），可以从结构体指针上直接获取属性，大大增强了代码的可读性。

C void addAge(struct Person * per) {     per->age = per->age + 1;  //使用结构体指针访问指向对象的成员 }

C struct Student {     char name[20];     int age;     char gender; }; int main() {     //打印结构体信息     struct Student s = {"张三", 20, 'M'};     //方式1：.为结构成员访问操作符     printf("name = %s,age = %d,gender = %c\n", s.name, s.age, s.gender);     struct Student *ps = &s;     //方式2：.为结构成员访问操作符     printf("name = %s,age = %d,gender = %c\n", (*ps).name, (*ps).age, (*ps).gender);     //方式3：->操作符     printf("name = %s,age = %d,gender = %c\n", ps->name, ps->age, ps->gender);     return 0; }

总结：如果指针变量p指向一个结构体变量stu，以下3种用法等价：

C ① stu.成员名    stu.num ② (*p).成员名   (*p).num ③ p->成员名     p->num

4.4 指向结构体数组的指针

C struct Person {     int id;     char name[20]; }; int main() {     struct Person per;     struct Person arr[5];     struct Person *p,*q;     p = &per;  //指向单个结构体变量     q = arr;   //指向结构体数组     return 0; }

5、结构体在数据结构中的应用

6、共用体类型(union)

6.1 共用体概述

有时需要一种数据结构，不同的场合表示不同的数据类型。比如，如果只用一种数据结构表示学生的“成绩”，这种结构就需要有时是整数（80、90），有时是字符（'A'、'B'），又有时是浮点数（80.5、60.5）。

C 语言提供了共用体类型(Union 结构)，用来自定义可以灵活变更的数据结构。它内部可以包含各种属性，但同一时间只能有一个属性，因为所有属性都保存在同一个内存地址，后面写入的属性会覆盖前面的属性。这样做的最大好处是节省内存空间。

“共用体”与“结构体”的定义形式相似，但它们的含义是不同的。

• 结构体变量所占内存长度是各成员占的内存长度之和；每个成员分别占有其自己的内存单元。

• 共用体变量所占的内存长度等于最长的成员的长度；几个成员共用一个内存区。

6.2 声明共用体

格式：

C union 共用体类型名称{     数据类型 成员名1;     数据类型 成员名2;     …     数据类型 成员名n; }; union Data {     short m;     float x;     char c; };

上例中， union 命令定义了一个包含三个属性的数据类型 Data。虽然包含三个属性，但是同一时间只能取到一个属性。最后赋值的属性，就是可以取到值的那个属性

6.3 声明共用体变量

方式1：先定义共用体类型，再定义共用体变量

C union Data {     short m;     float x;     char c; }; //声明共用体变量 union Data a, b;

方式2：定义共用体类型的同时定义共用体变量

C union Data {     short m;     float x;     char c; } a, b;

方式3：直接定义共用体类型变量

C union {     short m;     float x;     char c; } a, b;

6.4 调用共同体变量的成员

正确的方式

方式1：

C union Data a; a.c = 4;

方式2：声明共同体变量的同时，给任一成员赋值

C union Data a = {.c = 4};

方式3：声明共同体变量的同时，给首成员赋值

C union Data a = {8};

6.5 ->操作符

Union 结构也支持指针运算符 -> 。

C union evaluation { //评价     int score;     float grade;     char level; }; int main() {     union evaluation e;     e.score = 85;     union evaluation *p;     p = &e;     printf("%d\n", p->score); // 85     return 0; }

6.6 补充说明

• 不能对共用体变量名赋值，也不能企图引用变量名来得到一个值。只能引用共用体变量中的成员。

• C99允许同类型的共用体变量互相赋值。

7、typedef 的使用(熟悉)

7.1 为什么使用typedef

C语言允许为一个数据类型起一个新的别名，就像给人起“绰号”一样。

起别名的目的不是为了提高程序运行效率，而是为了编码方便。例如，有一个结构体的名字是 student，定义一个结构体变量stu1，代码如下：

C struct student stu1;

struct 看起来就是多余的，但不写又会报错。如果为 struct student起了一个别名 Student，书写起来就简单了：

C Student stu1;

这种写法更加简练，意义也非常明确，不管是在标准头文件中还是以后的编程实践中，都会大量使用这种别名。

7.2 使用格式

用typedef声明数组类型、指针类型，结构体类型、共用体类型等，使得编程更加方便。

1、为某个基本类型起别名

typedef 命令用来为某个类型起别名

C typedef 类型名 别名;

2、为结构体、共用体起别名

为 struct、union等命令定义的复杂数据结构创建别名，从而便于引用。

3、为指针起别名

typedef 可以为指针起别名。

4、为数组类型起别名

typedef 也可以用来为数组类型起别名。

5、为函数起别名

typedef 为函数起别名的写法如下

7.3 小 结

(1) typedef的方法实际上是为特定的类型指定了一个同义字(synonyms)。

(2) 用typedef只是对已经存在的类型指定一个新的类型名，而没有创造新的类型。

(3) typedef与#define是不同的。#define是在预编译时处理的，它只能作简单的字符串替换，而typedef是在编译阶段处理的，且并非简单的字符串替换。

(4) 当不同源文件中用到同一类型数据（尤其是像数组、指针、结构体、共用体等类型数据）时，常用typedef 声明这些同一的数据类型。

技巧：可以把所有的typedef名称声明单独放在一个头文件中，然后在需要用到它们的文件中用#include指令把它们包含到文件中。这样编程者就不需要在各文件中自己定义typedef名称了。

(5) 使用typedef名称有利于程序的通用与移植。有时程序会依赖于硬件特性，用typedef类型就便于移植。