第07章_结构体与共用体

本章专题脉络

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。

举例：隔壁老王养了两只猫咪。一只名字叫小黄，今年2岁，橘色；另一只叫小黑，今年3岁，黑色。请编写一个程序，当用户输入小猫的名字时，就显示该猫的名字，年龄，颜色。如果用户输入的小猫名错误，则显示老王没有这只猫。

传统的解决方法

尝试1：单独定义多个变量存储，实现需求。但是，多个变量，不便于数据的管理。

尝试2：使用数组，它是一组具有相同类型的数据的集合。但在编程中，往往还需要一组类型不同的数据，例如猫的名字使用字符串、年龄是int，颜色是字符串，因为数据类型不同，不能用一个数组来存放。

尝试3：C语言提供了结构体。使用结构体，内部可以定义多个不同类型的变量作为其成员。

考研中见的最多的就是指针和结构体结合起来构造结点（如链表的结点、二叉树的结点等）。

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。

比如：

1.3 声明结构体

构建一个结构体类型的一般格式：

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

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
};  

举例：猫

struct Cat{
   
    char name[20];   //名字
    int age;         //年龄
    char color[20];  //颜色
};

举例：人类

struct Person{
   
    char name[20];    //姓名
    char gender;      //性别
    int age;          //年龄
    double weight;    //体重
}; 

举例：通讯录

struct Contacts{
               
    char name[50];          //姓名
    int year;               //年
    int month;              //月
    int day;                //日
    char email[100];        //电子邮箱
    char phone_number[15]; //手机号
};

举例：员工

struct Employee {
     
    int id;               //员工编号 
    char name[20];		  //员工姓名
    char gender;		  //员工性别
    int age;			  //员工年龄
    char address[30];	  //员工住址
};

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：

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。

举例：

struct Student stu1;

调用结构体变量的成员：

结构体变量名.成员名 [= 常量或变量值]

举例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
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：

struct 结构体名 结构体变量={
   初始化数据};

举例：

//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 。

struct Student {
   
    int id;
    char name[20];
    char gender;
    int score;  //学生成绩

};

int main() {
   
    struct Student stu = {
   1001, "songhk", 'M'};
    printf("Name: %s\n", stu.name);
    printf("Score: %d\n", stu.score);

    return 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：

struct 结构体名 结构体变量={
   .成员1=xxx,.成员2=yyy,...};

举例：

struct Car audi = {
   .speed=175, .name="audi A6L"};

同样，初始化的属性少于声明时的属性，剩下的那些属性都会初始化为 0 。

声明变量以后，可以修改某个属性的值。

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：

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

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

举例：

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

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。

格式：

struct {
   
    成员列表;
} 变量名列表;

举例：

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。

举例：

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：

//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：

//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};

进一步，在考研中，还会出现如下的声明方式：

typedef struct {
   
    int phone_no;
    double minutes_of_charge;
} Phone,*pPhone;

这里多了个*pPhone，其实在定义一个结点指针p时，Phone *p; 等价于 pPhone p; ，前者的写法类似于int *a、char *b等更方便记忆，不必再加个pPhone p来增加记忆负担。所以在考研中我们不采用这种方法，统一删掉 *pPhone的写法。

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。

1.5 举例

练习：盒子案例

（1）编程创建一个Box结构体，在其中定义三个成员表示一个立方体的长、宽和高，长宽高可以通过控制台输入。

（2）定义一个函数获取立方体的体积（volume）。

（3）创建一个结构体，打印给定尺寸的立方体的体积。

#include <stdio.h>

// 1. 定义Box结构体
struct Box {
   
    double length;
    double width;
    double height;
};

// 2. 获取立方体体积的函数
double getVolume(struct Box box) {
   
    return box.length * box.width * box.height;
}

int main() {
   

    // 3. 创建结构体实例
    struct Box box;
    printf("输入长度：");
    scanf("%lf", &box.length);

    printf("输入宽度：");
    scanf("%lf", &box.width);

    printf("输入高度：");
    scanf("%lf", &box.height);

    // 调用函数获取体积并打印
    printf("体积为: %.2lf\n", getVolume(box));

    return 0;
}

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：

  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。

举例1：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

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;
}

举例2：

struct Date {
       //声明一个结构体类型 struct Date 
    int year;    //年
    int month;   //月
    int day;     //日
};

struct Employee {
    //声明一个结构体类型 struct Employee
    int id;
    char name[20];
    int age;
    struct Date birthday; //成员birthday属于struct Date类型
};

声明结构体变量并调用成员：

#include <stdio.h>
#include