第6篇：结构体与联合体

结构体与联合体

6.1 结构体的基本概念

6.1.1 结构体的定义

结构体是一种用户定义的数据类型，可以将不同类型的数据组合在一起。结构体在C语言中用于创建复杂的数据类型，它允许将多个变量（可以是不同类型）组合为一个单独的实体。结构体的基本定义如下：

c

struct StructName {
    type member1;
    type member2;
    // 更多成员
};

• StructName：结构体的名称，用于标识结构体类型。
• member1, member2：结构体的成员，每个成员都有一个数据类型和名称。

例如，定义一个用于表示学生的结构体：

c

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

6.1.2 结构体的初始化

定义结构体后，可以创建结构体变量并进行初始化。可以使用如下方式初始化结构体：

c

struct Student student1 = {"Alice", 20, 3.8};

如果初始化时没有提供所有成员的值，未初始化的成员会被设置为0或空字符：

c

struct Student student2 = {"Bob"};  // 结果是 { "Bob", 0, 0.0 }

6.1.3 访问结构体成员

使用点运算符（.）访问结构体变量的成员：

c

struct Student student1 = {"Alice", 20, 3.8};
printf("Name: %s\n", student1.name);  // 输出：Name: Alice
printf("Age: %d\n", student1.age);    // 输出：Age: 20
printf("GPA: %.1f\n", student1.gpa);  // 输出：GPA: 3.8

6.2 结构体的高级用法

6.2.1 结构体指针

可以通过指针来操作结构体。结构体指针允许通过指针访问结构体的成员。定义结构体指针并使用箭头运算符（->）访问成员：

c

struct Student student1 = {"Alice", 20, 3.8};
struct Student *ptr = &student1;

printf("Name: %s\n", ptr->name);  // 输出：Name: Alice
printf("Age: %d\n", ptr->age);    // 输出：Age: 20
printf("GPA: %.1f\n", ptr->gpa);  // 输出：GPA: 3.8

6.2.2 结构体数组

可以创建一个结构体类型的数组，每个元素都是一个结构体。例如，定义一个学生数组：

c

struct Student students[3] = {
    {"Alice", 20, 3.8},
    {"Bob", 22, 3.5},
    {"Charlie", 19, 3.9}
};

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.1f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa);
}

6.2.3 结构体作为函数参数

结构体可以作为函数参数传递。传递结构体时，函数接收的是结构体的副本，如果结构体很大，可能会导致效率低下。可以使用结构体指针来提高效率：

c

void printStudent(struct Student *s) {
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.1f\n", s->name, s->age, s->gpa);
}

int main() {
    struct Student student1 = {"Alice", 20, 3.8};
    printStudent(&student1);
    return 0;
}

6.3 联合体的基本概念

6.3.1 联合体的定义

联合体（Union）是一个特殊的数据类型，允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。联合体中的所有成员共享相同的内存空间，因此它只能存储一个成员的值，最后赋值的成员会覆盖之前赋值的成员。联合体的定义如下：

c

union UnionName {
    type1 member1;
    type2 member2;
    // 更多成员
};

例如，定义一个联合体用于存储不同类型的数据：

c

union Data {
    int i;
    float f;
    char c;
};

6.3.2 联合体的初始化

联合体变量的初始化只需初始化第一个成员。可以通过点运算符（.）访问联合体成员：

c

union Data data;
data.i = 10;
printf("Data as int: %d\n", data.i);

data.f = 3.14;
printf("Data as float: %.2f\n", data.f);

data.c = 'A';
printf("Data as char: %c\n", data.c);

注意：每次只能访问一个成员的值，修改一个成员会影响其他成员的值，因为所有成员共享相同的内存空间。

6.4 结构体与联合体的比较

6.4.1 内存占用

• 结构体：结构体的总内存占用是所有成员内存大小之和，加上可能的填充字节。
• 联合体：联合体的内存大小是其最大成员的大小，因为所有成员共享相同的内存空间。

6.4.2 访问数据

• 结构体：可以同时访问所有成员。
• 联合体：只能访问一个成员，其他成员的值会被覆盖。

6.4.3 使用场景

• 结构体：适用于需要同时存储多个不同数据的场景。
• 联合体：适用于需要节省内存空间，且同一时刻只需要存储一种数据的场景。

6.5 结构体的嵌套与递归

6.5.1 结构体的嵌套

结构体可以包含另一个结构体作为成员，这称为结构体的嵌套。例如，定义一个结构体包含另一个表示地址的结构体：

c

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

struct Person {
    char name[50];
    int age;
    struct Address address;  // 嵌套结构体
};

c

可以像访问普通结构体成员一样访问嵌套结构体的成员：

c

struct Person person = {"Alice", 30, {"123 Main St", "Springfield", 12345}};
printf("Name: %s\n", person.name);
printf("Street: %s\n", person.address.street);

6.5.2 结构体的递归定义

结构体可以递归定义自己，即结构体成员可以是指向同一结构体类型的指针。这种技术用于创建链表等数据结构：

c

struct Node {
    int data;
    struct Node *next;  // 指向同一类型的指针
};

可以使用递归结构体创建链表节点，并通过指针连接节点：

c

struct Node node1, node2;
node1.data = 1;
node1.next = &node2;
node2.data = 2;
node2.next = NULL;

6.6 结构体与文件操作

6.6.1 结构体的文件读写

可以将结构体的内容读写到文件中。文件操作通常使用fread和fwrite函数进行。以下是将结构体写入文件的示例：

c

#include <stdio.h>

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

int main() {
    FILE *file = fopen("student.dat", "wb");
    if (file == NULL) {
        printf("无法打开文件\n");
        return 1;
    }

    struct Student student1 = {"Alice", 20, 3.8};
    fwrite(&student1, sizeof(struct Student), 1, file);

    fclose(file);
    return 0;
}

c

读取结构体内容的示例：

c

#include <stdio.h>

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

int main() {
    FILE *file = fopen("student.dat", "rb");
    if (file == NULL) {
        printf("无法打开文件\n");
        return 1;
    }

    struct Student student1;
    fread(&student1, sizeof(struct Student), 1, file);
    printf("Name: %s\n", student1.name);
    printf("Age: %d\n", student1.age);
    printf("GPA: %.1f\n", student1.gpa);

    fclose(file);
    return 0;
}

c