第十一章 结构体与共用体

1. 定义结构的一般形式：

struct 结构名  {
  成员表列
};

成员表列由若干个成员组成，每个成员都是该结构的一个组成部分。
对每个成员也必须做类型声明。
其形式为：
类型声明符 成员名;

例如：

struct stu {
  int num;
  char name[20];
  char sex;
  float score;
};

注意，最后括号外面的;分号是不可少的。
结构定义之后，才可以进行变量声明。
凡声明为结构 stu 的变量都由上述4个成员组成。
由此可见，结构是一种复杂的数据类型，是数目固定，类型不同的若干有序变量的集合。

2. 结构类型变量的声明

声明结构变量 有以下三种方法。

使用上面定义的stu为例：

（1）先定义结构，再声明结构变量。

如：

struct stu {
  int num;
  char name[20];
  char sex;
  float score;
};

struct stu boy1,boy2;

也可以用宏定义使一个符号常量来表示一个结构类型。例如：

#define STU struct stu
STU
{
 int num;
 char name[20];
 char sex;
 float score;
};
STU boy1,boy2;

（2）在定义结构类型的同时声明结构变量。

例如：

struct stu {
 int num;
 char name[20];
 char sex;
 float score;
} boy1,boy2;

这种形式的声明的一般形式为：

struct 结构名 {
 成员表列
} 变量名表列;

（3）直接声明结构变量。

例如：

struct {
 int num;
 char name[20];
 char sex;
 float score;
} boy1,boy2;

这种声明的一般形式为：

struct { 
  成员表列
} 变量名表列;

第三种方法与第二种方法的区别在于第三种方法中省去了结构名，而直接给出结构变量。

3. 结构变量成员的表示方法：

在程序中使用结构变量时，往往不把她作为一个整体来使用。
在ANSI C中除了允许有相同类型的结构变量相互赋值以外，一般对结构变量的使用，包括 赋值、输入、输出、运算 等都是通过结构变量的成员来实现的。
表示结构变量成员的一般形式为：
结构变量名.成员名

例如：boy1.num boy2.sex

如果成员本身又是一个结构，则必须逐级找到最低级的成员才能使用。如：boy1.birthday.month

4. 结构变量的赋值：

结构变量的赋值就是给各成员赋值。

5. 结构变量的初始化：

struct stu {
  int num;
  char name[20];
  char sex;
  float score;
} boy2,boy1={102,"张平",'M',78.5};

boy2=boy1;

6. 结构数组的定义：

数组的元素也可以是结构类型的。
因此可以构成结构型数组。

struct stu {
  int num;
  char name[20];
  char sex;
  float score;
} boy[5];

初始化赋值：

struct stu {
 int num;
 char name[20];
 char sex;
 float score;
} boy5= {
    {101,"李平","M",45},
    {102,"张平","M",54},
    ...
 }

7. 结构指针变量的声明和使用：

• 1）指向结构变量的指针： struct 结构名 *结构指针变量名
  例如：struct stu *pstu;

当然也可以在定义 stu结构 时同时声明 pstu。
赋值是把结构变量的首地址赋予该指针变量，不能把结构名赋予该指针变量。
如果 boy 是被声明为 stu类型 的结构变量。
则：

pstu=&boy;// 正确
pstu=&stu;// 错误，不能使用结构名

有了结构指针变量，就能更方便地访问结构变量的各个成员。
其访问的一般形式为：
(*结构指针变量).成员名
或
结构指针变量->成员名
例如：(*pstu).num 或 pstu->num

• 2）指向结构数组的指针：

• 3）结构指针变量作函数参数：
  在ANSI C标准中允许用结构变量作函数参数进行整体传送。
  但是这种传送要将全部成员逐个传送，特别是成员为数组时将会使传送的时间和空间开销很大，严重地降低了程序的效率。
  因此最好的办法就是使用指针，即用指针变量作为函数参数进行传送。
  这时由实参传向形参的只是地址，从而减少了时间和空间的开销。

例如：

void ave(struct stu *ps) {
  int c=0,i;
  float ave,s=0;
  for (i=0;i<5;i++,ps++)  {
    s+=ps->score;
    if(ps->score<60) c+=1;
  }
  printf("s=%f\n",s);
  ave=s/5;
  printf("average=%f\ncount=%d\n",ave,c);
}

8. 动态存储分配：

介绍数组的时候，曾介绍过数组的长度是预先定义好的，在整个程序中固定不变。
C语言中不允许动态数组类型。
例如：

int n;
scanf("%d",&n);
int a[n];//错误！

但是又有此需求，为了解决这个问题，C语言提供了一些内存管理函数，这些内存管理函数可以按需要动态地分配内存空间，也可把不再使用的空间回收待用，为有效地利用内存资源提供了手段。

常用的内存管理函数

常用的内存管理函数有3个：

• 1）分配内存空间函数 malloc
  调用形式： (类型声明符*)malloc(size)

  功能：在内存的动态存储区内分配一块长度为"size"字节的连续区域。函数的返回值为该区域的首地址。
  “类型声明符” 表示把该区域用于何种数据类型。
  “size”是一个无符号数。
  例如：pc=(char *)malloc(100);
  表示分配100个字节的内存空间，并强制转换为字符数组类型，函数的返回值为指向该字符数组的指针，把该指针赋予指针变量 pc 。

• 2）分配内存空间函数 calloc
  calloc也用于分配内存空间。
  调用形式：(类型声明符 *)calloc(n,size)
  功能：在内存动态存储区中分配n块长度为“size”字节的连续区域。函数的返回值为该区域的首地址。
  calloc和malloc的区别仅在于一次可以分配n块区域。
  例如：ps=(struct stu*)calloc(2,sizeof(struct stu));
  其中 sizeof(struct stu) 是求 stu结构 的长度。
  因此该语句的意思是：按 stu的长度分配2块连续区域，强制转换为stu类型，并把首地址赋予指针变量 ps 。

• 3）释放内存空间函数free
  调用形式：free(void *ptr)
  功能：释放ptr所指向的一块内存空间，ptr是一个任意类型的指针变量，他指向被释放区域的首地址。被释放区域应是由malloc或calloc函数所分配的区域。

例子：分配一块区域，输入一个学生数据

main() {
 struct stu {int num;
  char *name;
  char sex;
  float score;
 } *ps;

 ps=(struct stu*)malloc(sizeof(struct stu));
 ps->num=102;
 ps->name="zhang Ping";
 ps->sex='M';
 ps->score=62.5;
 free(ps);
}

9. 链表的概念：

上面的例子采用了动态分配的办法为一个结构分配内存空间。
每一次分配一块空间可用来存放一个学生的数据，我们可称之为一个节点。
有多少个学生就应该申请分配多少块内存空间，也就是说要建立多少个节点。
当然用结构数组也可以完成上述工作，但如果预先不能准确把握学生人数，也就无法确定数组大小。
而且当学生留级、退学之后也不能把该元素占用的空间从数组中释放出来。
用动态存储的方法可以很好地解决这些问题。
有一个学生就分配一个节点，无须预先确定学生的准确人数，某学生退学，可删去该节点，并释放该节点占用的存储空间，从而节约了宝贵的内存资源。
另一方面，用数组的方法必须占用一块连续的内存区域。
而使用动态分配时，每个节点之间可以是不连续的（节点内是连续的）。
节点之间的关系可以用指针实现。
即在节点结构中定义一个成员项来存放下一节点的首地址，这个用于存放地址的成员，常把他称为指针域。
可在第一个节点的指针域内 存入第二个节点的首地址，在第二个节点的指针域内 又存入第三个节点的首地址，如此串联下去直到最后一个节点。
最后一个节点因无后续节点连接，其指针域可赋值 0
这种连接方式，在数据结构中称为“链表”。

链表的基本操作主要有以下几种：

• 1）建立链表。
• 2）结构的查找与输出
• 3）插入一个节点
• 4）删除一个节点

例子：建立一个三个节点的链表，存放学生数据。为简单起见，我们假定学生数据结构中只有学号和年龄两项。可编写一个建立链表的函数create。程序如下：

#define NULL 0
#define TYPE struct stu
#define LEN size(struct stu)
TYPE {
  int num;
  int age;
  TYPE *next;
}

TYPE *create(int n) {
  TYPE *head,*pf,*pb;
  int i;
  for (i=0;i<n;i++)  {
    pb=(TYPE*)malloc(LEN);
    printf("input Number and Age \n");
    scanf("%d%d",&pb->num,&pb->age);
    if(i==0)
     pf=head=pb;
    else
     pf->next=pb;
 
    pb->next=NULL;
    pf=pb;
 }
 return(head);
}

create函数 用于建立一个有 n个节点 的链表，他是一个指针函数，他返回的指针指向 stu结构。
在create函数内定义了三个 stu结构 的指针变量。
head为头指针，pf为指向两相邻节点的前一节点的指针变量。
pb为后一节点的指针变量。

10. 枚举类型：

枚举是一种 基本数据类型 ，而不是一种 构造类型 ，因为他不能再分解为任何基本类型。

（1）枚举类型的定义和枚举变量的声明：

枚举定义形式：

enum 枚举名{ 枚举值表 };

例如：enum weekday { sun,mou,tue,wed,thu,fri,sat };

枚举变量的声明：

enum weeakday a,b,c;
或者为：
enum weekday { sun,mou,tue,wed,thu,fri,sat }a,b,c;
或者为：
enum { sun,mou,tue,wed,thu,fri,sat }a,b,c;

（2）枚举类型变量的赋值和使用：

• a）枚举值是常量，不是变量。
  不能在程序中用赋值语句再对他赋值。
  例如对枚举weekday的元素再作以下赋值都是错误的。
  sun=5;mon=2 //错误！！

• b）枚举元素本身由系统定义了一个表示序号的数值，从 0 开始顺序定义为 0，1 ，2 ，...
  例如在 weekday 中，sun 的值为 0，mon 的值为 1 ，...， sat 的值为 6

例子：

main() {
 enum weekday { sun,mou,tue,wed,thu,fri,sat } a,b,c;

 a=sun;b=mon;c=tue;
 printf("%d,%d,%d",a,b,c);
}

说明：
只能把枚举值赋予枚举变量，不能把元素的数值直接赋予枚举变量。如：
a=sun;b=mon; 是正确的
a=0;b=1; 是错误的。

如果一定要把数值赋予枚举变量，则必须使用强制类型转换。
如：a=(enum weekday)2;

还应该说明的是枚举元素不是字符常量也不是字符串常量，使用时不要加单、双引号。
例子：

main() {
 enum body {a,b,c,d} month[31],j;

 int i;
 j=a;

 for (i=1;i<=30;i++) {
   month[i]=j;
   j++;
   if(j>d) j=a;
 }

 for (i=1;i<=30;i++) {
   switch(month[i])  { 
     case a:printf(" %2d  %c\t",i,'a');break;
     case b:printf(" %2d  %c\t",i,'b');break;
     case c:printf(" %2d  %c\t",i,'c');break;
     case d:printf(" %2d  %c\t",i,'d');break;
     default:break;
   }
 }
 printf("\n");
}

11. 类型定义符 typedef

typedef定义的一般形式为：
typedef 原类型名 新类型名
其中原类型名中含有定义部分，新类型名一般用大写表示，一般用大写表示，以便于区别。
有时也可用 宏定义 来代替 typedef 功能，但是 宏定义 是由 预处理 完成的，而 typedef 则是 在编译时 完成的，后者更为灵活方便。

使用typedef 定义数组、指针、结构等类型将带来很大的方便，不仅使书写简单而且使意义更加明确，因而增强了可读性。
例如：

typedef char NAME[20];  
NAME a1,a2,s1,s2;

// 完全等效于：
char a1[20],a2[20],s1[20],s2[20];

又如：

// 定义  STU 表示  stu的结构类型  ，然后可用  STU 来声明结构变量。
typedef struct stu { 
  char name[20];
  int age;
  char sex;
} STU;

STU body1,body2;