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C语言结构体详解,C语言struct用法详解

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前面的教程中我们讲解了数组(Array),它是一组具有相同类型的数据的集合。但在实际的编程过程中,我们往往还需要一组类型不同的数据,例如对于学生信息登记表,姓名为字符串,学号为整数,年龄为整数,所在的学习小组为字符,成绩为小数,因为数据类型不同,显然不能用一个数组来存放。

C语言中,可以使用结构体(Struct)来存放一组不同类型的数据。结构体的定义形式为:

struct 结构体名{
    结构体所包含的变量或数组
};

结构体是一种集合,它里面包含了多个变量或数组,它们的类型可以相同,也可以不同,每个这样的变量或数组都称为结构体的成员(Member)。请看下面的一个例子:
struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在学习小组
    float score;  //成绩
};
stu 为结构体名,它包含了 5 个成员,分别是 name、num、age、group、score。结构体成员的定义方式与变量和数组的定义方式相同,只是不能初始化。
注意大括号后面的分号;不能少,这是一条完整的语句。
结构体也是一种数据类型,它由程序员自己定义,可以包含多个其他类型的数据。

像 int、float、char 等是由C语言本身提供的数据类型,不能再进行分拆,我们称之为基本数据类型;而结构体可以包含多个基本类型的数据,也可以包含其他的结构体,我们将它称为复杂数据类型构造数据类型

结构体变量

既然结构体是一种数据类型,那么就可以用它来定义变量。例如:
struct stu stu1, stu2;
定义了两个变量 stu1 和 stu2,它们都是 stu 类型,都由 5 个成员组成。注意关键字struct不能少。

stu 就像一个“模板”,定义出来的变量都具有相同的性质。也可以将结构体比作“图纸”,将结构体变量比作“零件”,根据同一张图纸生产出来的零件的特性都是一样的。

你也可以在定义结构体的同时定义结构体变量:
struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在学习小组
    float score;  //成绩
} stu1, stu2;
将变量放在结构体定义的最后即可。

如果只需要 stu1、stu2 两个变量,后面不需要再使用结构体名定义其他变量,那么在定义时也可以不给出结构体名,如下所示:
struct{  //没有写 stu
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在学习小组
    float score;  //成绩
} stu1, stu2;
这样做书写简单,但是因为没有结构体名,后面就没法用该结构体定义新的变量。

理论上讲结构体的各个成员在内存中是连续存储的,和数组非常类似,例如上面的结构体变量 stu1、stu2 的内存分布如下图所示,共占用 4+4+4+1+4 = 17 个字节。

但是在编译器的具体实现中,各个成员之间可能会存在缝隙,对于 stu1、stu2,成员变量 group 和 score 之间就存在 3 个字节的空白填充(见下图)。这样算来,stu1、stu2 其实占用了 17 + 3 = 20 个字节。
关于成员变量之间存在“裂缝”的原因,我们将在《C语言内存精讲》专题中的《C语言内存对齐,提高寻址效率》一节中详细讲解。

成员的获取和赋值

结构体和数组类似,也是一组数据的集合,整体使用没有太大的意义。数组使用下标[ ]获取单个元素,结构体使用点号.获取单个成员。获取结构体成员的一般格式为:

结构体变量名.成员名;

通过这种方式可以获取成员的值,也可以给成员赋值:
#include <stdio.h>
int main(){
    struct{
        char *name;  //姓名
        int num;  //学号
        int age;  //年龄
        char group;  //所在小组
        float score;  //成绩
    } stu1;

    //给结构体成员赋值
    stu1.name = "Tom";
    stu1.num = 12;
    stu1.age = 18;
    stu1.group = 'A';
    stu1.score = 136.5;

    //读取结构体成员的值
    printf("%s的学号是%d,年龄是%d,在%c组,今年的成绩是%.1f!\n", stu1.name, stu1.num, stu1.age, stu1.group, stu1.score);

    return 0;
}
运行结果:
Tom的学号是12,年龄是18,在A组,今年的成绩是136.5!

除了可以对成员进行逐一赋值,也可以在定义时整体赋值,例如:
struct{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
} stu1, stu2 = { "Tom", 12, 18, 'A', 136.5 };
不过整体赋值仅限于定义结构体变量的时候,在使用过程中只能对成员逐一赋值,这和数组的赋值非常类似。

需要注意的是,结构体是一种自定义的数据类型,是创建变量的模板,不占用内存空间;结构体变量才包含了实实在在的数据,需要内存空间来存储。
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