C语言：结构体数组

结构体数组

  • 介绍
    • 定义结构体
    • 定义结构体数组
    • 初始化结构体数组
    • 访问和修改结构体数组的元素
    • 遍历结构体数组
  • 示例
  • 高级用法
    • 动态分配结构体数组
      • 使用 `malloc` 动态分配
      • 使用 `calloc` 动态分配
    • 结构体数组作为函数参数
    • 结构体数组与指针
    • 多维结构体数组
    • 使用 `typedef` 简化结构体定义
    • 结构体数组的常见应用场景
    • 结构体数组的排序
    • 结构体数组与文件操作
      • 写入结构体数组到文件
      • 从文件读取结构体数组
    • 使用嵌套结构体

介绍

在C语言中，结构体数组是指一个由结构体类型的元素组成的数组。这种数组允许我们存储多个结构体实例，并可以通过索引来访问每个结构体。

定义结构体

首先，我们需要定义一个结构体类型。例如，定义一个代表学生信息的结构体：

#include <stdio.h>

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    float gpa;
};

定义结构体数组

接下来，我们可以定义一个结构体数组。例如，定义一个包含100个学生的数组：

struct Student students[100];

初始化结构体数组

我们可以在定义时初始化结构体数组：

struct Student students[3] = {
    {"Alice", 20, 3.5},
    {"Bob", 21, 3.7},
    {"Charlie", 19, 3.8}
};

或者在程序运行时逐个初始化：

strcpy(students[0].name, "Alice");
students[0].age = 20;
students[0].gpa = 3.5;

strcpy(students[1].name, "Bob");
students[1].age = 21;
students[1].gpa = 3.7;

strcpy(students[2].name, "Charlie");
students[2].age = 19;
students[2].gpa = 3.8;

注意：strcpy 函数用于将字符串复制到结构体成员中。

访问和修改结构体数组的元素

我们可以通过数组索引来访问和修改结构体数组的元素：

printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[0].name, students[0].age, students[0].gpa);

students[1].age = 22; // 修改Bob的年龄
printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[1].name, students[1].age, students[1].gpa);

遍历结构体数组

可以使用循环来遍历结构体数组：

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa);
}

示例

下面是一个完整的示例程序，它定义了一个结构体数组，初始化并输出其中的元素：

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

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    float gpa;
};

int main() {
    struct Student students[3];

    // 初始化
    strcpy(students[0].name, "Alice");
    students[0].age = 20;
    students[0].gpa = 3.5;

    strcpy(students[1].name, "Bob");
    students[1].age = 21;
    students[1].gpa = 3.7;

    strcpy(students[2].name, "Charlie");
    students[2].age = 19;
    students[2].gpa = 3.8;

    // 输出
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa);
    }

    return 0;
}

输出结果：
在这里插入图片描述

高级用法

动态分配结构体数组

在某些情况下，数组的大小可能在编译时未知。这时可以使用动态内存分配来创建结构体数组。

使用 malloc 动态分配

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

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    float gpa;
};

int main() {
    int n;
    printf("Enter the number of students: ");
    scanf("%d", &n);

    // 动态分配内存
    struct Student *students = (struct Student*)malloc(n * sizeof(struct Student));
    if (students == NULL) {
        printf("Memory allocation failed\n");
        return 1;
    }

    // 初始化
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("Enter name, age, and GPA for student %d:\n", i + 1);
        scanf("%s %d %f", students[i].name, &students[i].age, &students[i].gpa);
    }

    // 输出
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa);
    }

    // 释放内存
    free(students);

    return 0;
}

使用 calloc 动态分配

calloc 函数可以分配并初始化为零的内存块：

struct Student *students = (struct Student*)calloc(n, sizeof(struct Student));
if (students == NULL) {
    printf("Memory allocation failed\n");
    return 1;
}

结构体数组作为函数参数

我们可以将结构体数组传递给函数来处理。例如：

void printStudents(struct Student *students, int n) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa);
    }
}

int main() {
    struct Student students[3] = {
        {"Alice", 20, 3.5},
        {"Bob", 21, 3.7},
        {"Charlie", 19, 3.8}
    };

    printStudents(students, 3);

    return 0;
}

在这个例子中，printStudents 函数接受一个指向结构体数组的指针和数组大小。

结构体数组与指针

在C语言中，数组名可以作为指向数组第一个元素的指针使用。这在处理结构体数组时也适用：

struct Student *ptr = students;
printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", ptr->name, ptr->age, ptr->gpa);

这里 ptr 是一个指向 students 数组第一个元素的指针，使用 -> 操作符访问其成员。

多维结构体数组

我们还可以定义多维结构体数组。例如，假设我们有一个3x2的学生数组：

struct Student students[3][2] = {
    {{"Alice", 20, 3.5}, {"Bob", 21, 3.7}},
    {{"Charlie", 19, 3.8}, {"David", 22, 3.9}},
    {{"Eve", 20, 4.0}, {"Frank", 23, 3.6}}
};

访问和初始化多维结构体数组的方式类似于普通的多维数组。例如：

printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[1][0].name, students[1][0].age, students[1][0].gpa);

使用 typedef 简化结构体定义

为了使代码更简洁，可以使用 typedef 定义结构体类型：

typedef struct {
    char name[50];
    int age;
    float gpa;
} Student;

Student students[3];

这样定义和使用结构体数组会更加简洁：

Student students[3] = {
    {"Alice", 20, 3.5},
    {"Bob", 21, 3.7},
    {"Charlie", 19, 3.8}
};

结构体数组的常见应用场景

结构体数组在各种场景中都非常有用，包括但不限于以下几种：

  1. 数据库记录：存储数据库查询结果。
  2. 图形处理：存储图像的像素信息。
  3. 游戏开发：存储游戏对象，如玩家、敌人、道具等。
  4. 文件处理：存储从文件读取的数据，如日志记录。

结构体数组的排序

可以使用标准库函数 qsort 对结构体数组进行排序。需要定义比较函数来确定排序规则。例如，按GPA对学生数组排序：

#include <stdlib.h>

// 比较函数
int compareByGPA(const void *a, const void *b) {
    struct Student *studentA = (struct Student *)a;
    struct Student *studentB = (struct Student *)b;

    if (studentA->gpa < studentB->gpa) return -1;
    if (studentA->gpa > studentB->gpa) return 1;
    return 0;
}

int main() {
    struct Student students[3] = {
        {"Alice", 20, 3.5},
        {"Bob", 21, 3.7},
        {"Charlie", 19, 3.8}
    };

    // 排序
    qsort(students, 3, sizeof(struct Student), compareByGPA);

    // 输出排序结果
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa);
    }

    return 0;
}

结构体数组与文件操作

结构体数组经常用于文件操作，例如将数据保存到文件或从文件读取数据。

写入结构体数组到文件

#include <stdio.h>

int main() {
    struct Student students[3] = {
        {"Alice", 20, 3.5},
        {"Bob", 21, 3.7},
        {"Charlie", 19, 3.8}
    };

    FILE *file = fopen("students.dat", "wb");
    if (file == NULL) {
        printf("Unable to open file\n");
        return 1;
    }

    fwrite(students, sizeof(struct Student), 3, file);
    fclose(file);

    return 0;
}

从文件读取结构体数组

#include <stdio.h>

int main() {
    struct Student students[3];

    FILE *file = fopen("students.dat", "rb");
    if (file == NULL) {
        printf("Unable to open file\n");
        return 1;
    }

    fread(students, sizeof(struct Student), 3, file);
    fclose(file);

    // 输出读取的数据
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa);
    }

    return 0;
}

使用嵌套结构体

在一些复杂的场景中，结构体内部可能包含另一个结构体。例如，一个学生结构体中包含地址信息：

struct Address {
    char street[100];
    char city[50];
    char state[50];
    int zip;
};

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    float gpa;
    struct Address address;
};

int main() {
    struct Student students[3] = {
        {"Alice", 20, 3.5, {"123 Maple St", "Springfield", "IL", 62701}},
        {"Bob", 21, 3.7, {"456 Oak St", "Columbus", "OH", 43215}},
        {"Charlie", 19, 3.8, {"789 Pine St", "Austin", "TX", 73301}}
    };

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa);
        printf("Address: %s, %s, %s, %d\n", students[i].address.street, students[i].address.city, students[i].address.state, students[i].address.zip);
    }

    return 0;
}

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