13-结构体

作者: Andy_Livings | 来源:发表于2020-06-08 13:00 被阅读0次

在iOS开发中，结构体是经常用到的数据类型，使用频率不亚于指针，所以需要重视。

一、什么是结构体

当一个整体由多个数据构成时，我们可以用数组来表示这个整体，但是数组有个特点：内部的每一个元素都必须是相同类型的数据。
在实际应用中，我们通常需要由不同类型的数据来构成一个整体，比如学生这个整体可以由姓名、年龄、身高等数据构成，这些数据都具有不同的类型，姓名可以是字符串类型，年龄可以是整型，身高可以是浮点型。
为此，C语言专门提供了一种构造类型来解决上述问题，这就是结构体，它允许内部的元素是不同类型的。

二、结构体的定义

1.定义形式

结构体内部的元素，也就是组成成分，我们一般称为"成员"。

结构体的一般定义形式为：

 struct　结构体名{
      
      类型名1　成员名1;
      
      类型名2　成员名2;
      
      ……
      
      类型名n　成员名n;　　　
     
 };

struct是关键字，是结构体类型的标志。

2.举例

比如，我们定义一个学生

struct Student {
    char *name; // 姓名
    int age; // 年龄
    float height; // 身高
};

上面定义了一个叫做Student的结构体，共有name、age、height3个成员。呵呵，看到这里是否有点面向对象的味道呢，其实这跟面向对象完全是两码事，只能说感觉有点像。

三、结构体变量的定义

前面只是定义了名字为Student的结构体类型，并非定义了一个结构体变量，就像int一样，只是一种类型。

接下来定义一个结构体变量，方式有好多种。

1.先定义结构体类型，再定义变量

  struct Student {
      char *name;
      int age;
  };
  
  struct Student stu;

第6行定义了一个结构体变量，变量名为stu。struct和Student是连着使用的。

2.定义结构体类型的同时定义变量

struct Student {
    char *name;
    int age;
} stu;

结构体变量名为stu

3.直接定义结构体类型变量，省略类型名

struct {
    char *name;
    int age;
} stu;

结构体变量名为stu

四、结构体的注意点

1.不允许对结构体本身递归定义

如下做法是错误的，注意第3行

  struct Student {
      int age;
      struct Student stu;
  };

2.结构体内可以包含别的结构体

  struct Date {
      int year;
     int month;
      int day;
  };
  
  struct Student {
      char *name;
      struct Date birthday;
  };

注意第9行

3.定义结构体类型，只是说明了该类型的组成情况，并没有给它分配存储空间，就像系统不为int类型本身分配空间一样。只有当定义属于结构体类型的变量时，系统才会分配存储空间给该变量

 struct Student {
     char *name;
     int age;
 };
 
 struct Student stu;

第1~4行并没有分配存储空间，当执行到第6行时，系统才会分配存储空间给stu变量。

4.结构体变量占用的内存空间是其成员所占内存之和，而且各成员在内存中按定义的顺序依次排列

比如下面的Student结构体：

  struct Student {
      char *name; // 姓名
      int age; // 年龄
      float height; // 身高
  };

在16位编译器环境下，一个Student变量共占用内存：2 + 2 + 4 = 8字节。

五、结构体的初始化

将各成员的初值，按顺序地放在一对大括号{}中，并用逗号分隔，一一对应赋值。

比如初始化Student结构体变量stu

 struct Student {
     char *name;
     int age;
 };
 
 struct Student stu = {"ZS", 27};

只能在定义变量的同时进行初始化赋值，初始化赋值和变量的定义不能分开，下面的做法是错误的：

struct Student stu;
stu = {"MJ", 27};

六、结构体的使用

1.一般对结构体变量的操作是以成员为单位进行的，引用的一般形式为：结构体变量名.成员名

  struct Student {
      char *name;
     int age;
  };
  
  struct Student stu;
  
  // 访问stu的age成员
  stu.age = 27;

第9行对结构体的age成员进行了赋值。"."称为成员运算符，它在所有运算符中优先级最高

2.如果某个成员也是结构体变量，可以连续使用成员运算符"."访问最低一级成员

  struct Date {
       int year;
       int month;
       int day;
  };
  
  struct Student {
      char *name;
      struct Date birthday;
  };
  
  struct Student stu;
  
  stu.birthday.year = 1986;
  stu.birthday.month = 9;
  stu.birthday.day = 10;

注意第14行以后的代码

3.相同类型的结构体变量之间可以进行整体赋值

struct Student {
      char *name;
      int age;
  };
  
  struct Student stu1 = {"MJ", 27};
  
  // 将stu1直接赋值给stu2
  struct Student stu2 = stu1;
  
  printf("age is %d", stu2.age);

注意第9行。输出结果为：

image

七、结构体数组

1.定义

跟结构体变量一样，结构体数组也有3种定义方式

struct Student {
    char *name;
    int age;
};
struct Student stu[5]; //定义1

struct Student {
    char *name;
    int age;
} stu[5]; //定义2

struct {
    char *name;
    int age;
} stu[5]; //定义3

上面3种方式，都是定义了一个变量名为stu的结构体数组，数组元素个数是5

2.初始化

struct {
    char *name;
    int age;
} stu[2] = { {"MJ", 27}, {"JJ", 30} };

也可以用数组下标访问每一个结构体元素，跟普通数组的用法是一样的

八、结构体作为函数参数

将结构体变量作为函数参数进行传递时，其实传递的是全部成员的值，也就是将实参中成员的值一一赋值给对应的形参成员。因此，形参的改变不会影响到实参。

  #include <stdio.h>
  
  // 定义一个结构体
  struct Student {
      int age;
  };
 
  void test(struct Student stu) {
      printf("修改前的形参：%d \n", stu.age);
      // 修改实参中的age
      stu.age = 10;
     
      printf("修改后的形参：%d \n", stu.age);
  }
 
  int main(int argc, const char * argv[]) {
      
      struct Student stu = {30};
      printf("修改前的实参：%d \n", stu.age);
      
      // 调用test函数
      test(stu);
      
     
      printf("修改后的实参：%d \n", stu.age);
      return 0;
  }

首先在第4行定义了一个结构体类型Student
在第18行定义了一个结构体变量stu，并在第22行将其作为实参传入到test函数

输出结果为：

image

，形参是改变了，但是实参一直没有变过

九、指向结构体的指针

每个结构体变量都有自己的存储空间和地址，因此指针也可以指向结构体变量
结构体指针变量的定义形式：struct 结构体名称 *指针变量名
有了指向结构体的指针，那么就有3种访问结构体成员的方式
- 结构体变量名.成员名
- (*指针变量名).成员名
- 指针变量名->成员名

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    // 定义一个结构体类型
    struct Student {
        char *name;
        int age;
    };
    
    // 定义一个结构体变量
    struct Student stu = {"Andy", 31};
    
    // 定义一个指向结构体的指针变量
    struct Student *p;
    
    // 指向结构体变量stu
    p = &stu;
    
    /*
     这时候可以用3种方式访问结构体的成员
     */
    // 方式1：结构体变量名.成员名
    printf("name=%s, age = %d \n", stu.name, stu.age);
    
    // 方式2：(*指针变量名).成员名
    printf("name=%s, age = %d \n", (*p).name, (*p).age);
    
    // 方式3：指针变量名->成员名
    printf("name=%s, age = %d \n", p->name, p->age);
    
    return 0;
}

输出结果：

QQ20200528-162910.png

十、程序实现

01-结构体

void structure_practice(void) {
    
    /*
     数组：只能由多个相同类型的数据构成
     结构体：可以由多个不同类型的数据构成
     */
    
    // int ages[3] = {[2] = 10, 11, 27};
    //int ages[3] = {10, 11, 29};
    
    // 1.定义结构体类型
    struct Person
    { // 里面的3个变量，可以称为是结构体的成员或者属性
        int age; // 年龄
        double height; // 身高
        char *name; // 姓名
    };
    
    // 2.根据结构体类型，定义结构体变量
    struct Person p = {20, 1.55, "jack"};
    p.age = 30;
    p.name = "rose";
    
    printf("age = %d, name = %s, height = %f\n", p.age, p.name, p.height);
    
    /* 错误写法
     struct Person p2;
     p2 = {30, 1.67, "jake"};
     */
    
    struct Person p2 = {.height = 1.78, .name="jim", .age = 30};
    p2.age = 25;
    printf("p2.age = %d\n", p2.age);
}

02-结构体内存分析

void analysis_structure_memory(void) {
    
    /*
    // 补齐算法
    struct Student
    {
        int age;// 4个字节
        char a;
        char *name; // 8个字节
    };
    
    struct Student stu;
    stu.age = 20;
    stu.name = "jack";
    // 补齐算法（对齐算法）
    // 结构体所占用的存储空间 必须是 最大成员字节数的倍数
    
    int s = sizeof(stu);
    printf("%d\n", s);
     */
    
    // 结构体内存细节
    // 1.定义结构体类型(并不会分配存储空间)
    struct Date
    {
        int year;
        int month;
        int day;
    };
    
    // 2.定义结构体变量（真正分配存储空间）
    struct Date d1 = {2011, 4, 10};
    struct Date d2 = {2012, 8, 9};
    
    // 会将d1所有成员的值对应地赋值给d2的所有成员
    d2 = d1;
    d2.year = 2010;
    
    printf("%d - %d - %d\n", d1.year, d1.month, d1.day);
    printf("%d - %d - %d\n", d2.year, d2.month, d2.day);
    
    printf("%p - %p - %p\n", &d1.year, &d1.month, &d1.day);
    int len = sizeof(d1);
    printf("len = %d\n", len);
}

03-结构体注意点

// 从这行开始，一直到文件结尾，都是有效（跟全局变量一样）
struct StructuralPointDate
{
    int year;
    int month;
    int day;
};
int a;

void structural_point_test2() {
    struct Date
    {
        int year;
    };
    // 这里使用的是test2函数内部的struct Date类型
    struct StructuralPointDate d1 = {2011};
    printf("d1.year = %d\n", d1.year);
    
    // 结构体类型也是有作用域，从定义类型的那一行开始，一直到代码块结束
    struct Person
    {
        int age;
    };
    
    struct Person p;
    p.age = 31;
    
    a  = 10;
}
void structural_point_noti(void) {
    
    /*
     1.定义结构体变量的3种方式
     1> 先定义类型，再定义变量（分开定义）
     struct Student
     {
     int age;
     };
     struct Student stu;
     
     2> 定义类型的同时定义变量
     struct Student
     {
     int age;
     } stu;
     struct Student stu2;
     
     3> 定义类型的同时定义变量（省略了类型名称）
     struct
     {
     int age;
     } stu;
     
     2.结构体类型的作用域
     1> 定义在函数外面：全局有效（从定义类型的那行开始，一直到文件结尾）
     2> 定义在函数（代码块）内部：局部有效（从定义类型的那行开始，一直到代码块结束）
     */
    
    /*
     // 定义结构体变量
     void structural_point_test1()
     {
         // 定义结构体变量的第3种方式
         struct {
             int age;
             char *name;
         } stu;
         
         struct {
             int age;
             char *name;
         } stu2;
         
         
         /*结构体类型不能重复定义
          struct Student
          {
          int age;
          };
          
          struct Student
          {
          double height;
          };
          
          struct Student stu;
          */
         
         /* 错误写法：结构体类型重复定义
          struct Student
          {
          int age;
          double height;
          char *name;
          } stu;
          
          struct Student
          {
          int age;
          double height;
          char *name;
          } stu2;c
          */
         
         /*
          这句代码做了两件事情
          1.定义结构体类型
          2.利用新定义好的类型来定义结构体变量
          */
         // 定义变量的第2种方式：定义类型的同时定义变量
         /*
          struct Student
          {
          int age;
          double height;
          char *name;
          } stu;
          
          struct Student stu2;
          */
         
         /*
          // 定义变量的第1种方式：
          // 1.类型
          struct Student
          {
          int age;
          double height;
          char *name;
          };
          
          // 2.变量
          struct Student stu = {20, 1.78, "jack"};
     }
     */
    struct StructuralPointDate d1 = {2009, 8, 9};
    printf("d1.year = %d, d1.month = %d, d1.day = %d\n", d1.year, d1.month, d1.day);
    
    structural_point_test2();
    
    // 不能使用test2函数中定义的类型
    // struct Person p2;
}

04-结构体数组

void struct_array(void) {
    
    struct RankRecord
    {
        int no; // 序号  4
        char *name; // 名称 8
        int score; // 积分 4
    };
    /*
     struct RankRecord r1 = {1, "jack", 5000};
     struct RankRecord r2 = {2, "jim", 500};
     struct RankRecord r3 = {3, "jake",300};
     */
    
    //int ages[3] = {10, 19, 29};
    
    //int ages[3];
    // 对齐算法
    // 能存放3个结构体变量，每个结构体变量占16个字节
    // 72
    /*
     int no; // 序号  4
     char *name; // 名称 8
     int score; // 积分 4
     */
    // 48
    /*
     int no; // 序号  4
     int score; // 积分 4
     char *name; // 名称 8
     */
    struct RankRecord records[3] =
    {
        {1, "jack", 5000},
        
        {2, "jim", 500},
        
        {3, "jake",300}
    };
    
    records[0].no = 4;
    // 错误写法
    //records[0] = {4, "rose", 9000};
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        
        printf("%d\t%s\t%d\n", records[i].no, records[i].name, records[i].score);
    }
    
    printf("%lu\n", sizeof(records));
}

05-指向结构体的指针

void pointer_to_structure(void) {
    
    /*
     1.指向结构体的指针的定义
     struct Student *p;
     
     2.利用指针访问结构体的成员
     1> (*p).成员名称
     2> p->成员名称
     */
    
    struct Student
    {
        int no;
        int age;
    };
    // 结构体变量
    struct Student stu = {1, 20};
    
    // 指针变量p将来指向struct Student类型的数据
    struct Student *p;
    
    // 指针变量p指向了stu变量
    p = &stu;
    p->age = 30;
    
    // 第一种方式
    printf("age = %d, no = %d\n", stu.age, stu.no);
    
    // 第二种方式
    printf("age = %d, no = %d\n", (*p).age, (*p).no);
    
    // 第三种方式
    printf("age = %d, no = %d\n", p->age, p->no);
}

06-结构体和函数

struct Structures_Student
{
    int age;
    int no;
};

// 如果结构体作为函数参数，只是将实参结构体所有成员的值对应地赋值给了形参结构体的所有成员
// 修改函数内部结构体的成员不会影响外面的实参结构体
void structures_and_functions_test(struct Structures_Student s) {
    s.age = 30;
    s.no = 2;
}

// 会影响外面的实参结构体
void structures_and_functions_test2(struct Structures_Student *p) {
    p->age = 15;
    p->no = 2;
}

void structures_and_functions_test3(struct Structures_Student *p) {
    struct Structures_Student stu2 = {15, 2};
    p = &stu2;
    p->age = 16;
    p->no = 3;
}
void structures_and_functions(void) {
    
    struct Structures_Student stu = {28, 1};
    
    // structures_and_functions_test(stu);
    // structures_and_functions_test2(&stu);
    structures_and_functions_test3(&stu);
    
    printf("age = %d, no = %d\n", stu.age, stu.no);
}

07-结构体补齐算法

void structure_complement_algorithm(void) {
    
    /*
    char c = 'A';
    int a = 10;
    
    printf("a = %p\n", &a);
    printf("c = %p\n", &c);
     */
    
    struct Student
    {
    int age; // 4
    int score; // 4
    char *name; //8
    };
    
    struct Student stus[3];
    printf("sizeof(stus) = %ld\n", sizeof(stus));
}

08-结构体的嵌套定义

void structure_nested_definition(void) {
    
    struct Date
    {
        int year;
        int month;
        int day;
    };
    
    
    // 类型
    struct Student
    {
        int no; // 学号
        struct Date birthday; // 生日
        struct Date admissionDate; // 入学日期
        
        // 这种写法是错误的
        //struct Student stu;
    };
    
    
    struct Student stu = {1, {2000, 9, 10}, {2012, 9, 10}};
    
    printf("year = %d,month = %d,day = %d\n", stu.birthday.year, stu.birthday.month, stu.birthday.day);
}