C语言 第八章 结构体

一、问题的引入

（一）一个绩点计算案例

例：学生成绩管理系统

一种解决方法：定义多个一维或二维数组

存在的主要问题：

结论：不是好的表示方法。

（二）结构体的概念

·结构体的概念

·声明一个结构体类型的一般形式为：

·还可以设计出许多结构体类型，例如：

表示教师信息的结构体

表示日期的结构体

·结构体成员可以属于另一个结构体类型：

二、构建用户自己需要的数据类型

（一）声明结构体类型变量

例：从键盘输入一个学生的成绩信息并输出

1.定义结构体变量的3种方式

方式1：声明结构体的同时定义结构体变量，可以同时声明多个变量。例如：

方式2：先声明结构体类型，再定义该类型变量。例如：

方式3：不指定类型名而直接定义结构体类型变量。例如：

2.说明

·类型和变量是不同的概念

·变量在内存中占有存储空间，存储空间的大小是变量中各成员所占空间的总和。

例：变量stu1在内存中占有存储空间，存储空间的大小是stu1中各成员所占空间的总和。

（二）结构体变量的初始化

（三）结构体变量的引用

引用结构体变量中的一个成员：

结构体变量名.成员名

结构体变量可以与普通变量同名

当结构体变量嵌套定义时，引用结构体的规则不变

（四）结构体数组

例：假设每个学生都是3门课成绩，计算每个学生的平均绩点。

解题思路

1.定义一个结构体数组

struct student s[9];

2.计算结果保存在另一个结构体数组中

注：在定义结构体的同时定义结构体数组；也可以先定义结构体，再定义结构体数组

（源代码）

（运行结果截图）

结构体变量初始化时，每一个元素的一组值需要用一对大括号括起来，所有的元素值需要再用一对大括号括起来。

特别要注意，数据最后的分号不能丢

三、结构体指针的应用

（一）指向结构体的指针

·指针变量可以指向简单变量、指向数组，也可以指向结构体变量

·指向结构体变量的指针变量的基类型必须与结构体变量的类型相同。

例如：struct Studrnt *pt;

用指针p表示变量stu_1中的成员：

stu_1.num 表示为 (*p).num

stu_1.name 表示为 (*p).name

stu_1.sex 表示为 (*p).sex

stu_1.score 表示为 (*p).score

注：(*p)的括号()不能丢，因为 . 的优先级高于 * 

说明

例：通过指针变量引用结构体数据。

问题：有3个学生的信息，放在结构体数组中，要求输出全部学生的信息

解题思路：用指向变量的指针处理

（源代码）

（运行结果截图）

（二）动态内存分配

·无论简单变量、数组，在引用前都要被定义

但是在实际的编程中，往往所需的内存空间无法预先确定

·解决方法：采用动态数组

这种方法需要采用C语言的动态内存分配

所谓动态内存分配，就是在程序运行过程中，根据需要随时向系统申请内存空间，用完之后，系统收回内存单元

·申请内存空间函数malloc()

void *malloc (unsigned int size);

该函数可以在内存的动态存储区中，开辟一个程度为size字节的连续空间，函数的返回值是一个指向该区域的指针（地址）。

例如：动态申请数组a[n],n的大小从键盘输入

int n,*a;

scanf("%d",&n);

a=(int*)malloc(n*sizeof(int));

·释放内存空间free()

void free(void *p);

该函数的作用是释放由指针p所指向内存单元的空间。

例如：free(a);

例：通过指针变量引用结构体数组。

假设成绩记录个数不能事先确定，要在程序运行时根据键盘输入确定，从键盘输入学生成绩并输出

分析

（1）学生成绩保存在结构体数组中

（2）由于成绩记录不确定，所以如果用静态数组，必须事先定义一个足够大的数组，这里可以采用刚介绍的动态数组。

（源代码）

（运行结果截图）

（三）单链表

1.链表的概念

声明链表中的结点

2.建立动态单链表

建立动态链表是指在程序执行过程中从无到有地建立起一个链表，即一个一个地开辟节点，并输入各结点数据，并建立起前后相链的关系。

例：写函数建立单向动态链表

问题：写一函数建立一个有多名学生数据的单向动态链表，学生数据从键盘输入，当输入学号为999时，输入结束。

解题思路：

·定义3个指针变量：head，p1和rear，它们都是用来指向struct Student类型数据，其中head为单链表的头指针，p1指向当前节点，rear指向当前链表的尾节点

struct Student *head,*p1,*rear;

·初始状态下，链表为空

head=NULL;

rear=NULL;

·用malloc函数开辟一个结点，并使p1指向它

p1=(struct Student*)malloc(LEN);

·如果是第一个结点（head==NULL）,那么当前节点既是单链表的头结点，也是尾节点

head=p1;

rear=p1;

·开辟一个新结点并使p1指向它

p1=(struct Student*)malloc(LEN)；

·接着输入该结点的数据

scanf("%ld,%f",&p1->num,&p1->score);

·链接尾节点（rear）和当前结点（p1）

rear->next=p1;

·使rear指向新的尾结点

rear=p1;

·循环重复刚才的过程。如果某一个结点的学号输入为999，循环结束。

·最后一个结点的next域值为NULL；

rear->next=NULL;

（源代码）

p1总是开辟新结点

rear总是指向最后结点

Head总是指向头结点

例：编写一个输出单链表的函数printf()

解题思路

·p指向单链表的第一个结点

p=head;

·输出p所指的结点

printf("%ld %5.1f\n",p->num,p->score);

·p移动到后一个结点

p=p->next;

·输出p所指的结点

printf("%ld %5.1f\n",p->num,p->score)；

·p再后移一个结点

p=p->next;

·输出p所指的结点

printf("%ld %5.1f\n",p->num,p->score)；

·p再后移一个结点

p=p->next;

此时：p=NULL，循环结束

归纳总结

1.指针p指向单链表的头结点p=head;

2.输出p指向的结点的内容

3.指针p后移一个结点

4.重复2和3，直到指针p为空

（源代码）

上面的函数creat()和printf()可以用如下main()函数调用：

注：在结构化程序设计中，main函数只起桥梁作用，程序的所有功能都在各个函数里面来实现。

四、共用体

（一）什么是共用体类型

·有时想用同一段内存单元存放不同类型的变量

·使几个不同的变量共享同一段内存的结构，称为 “共用体” 类型的结构

·定义共用体类型变量的一般形式为：

例如：

· “共用体” 与 “结构体” 的定义形式相似，但它们的含义是不同的

结构体变量：所占内存长度是各成员占的内存长度之和，每个成员分别占有其自己的内存单元

共用体变量：所占的内存长度等于最长的成员的长度

例如：

（二）引用共用体变量的方式

·只有先定义了共用体变量才能引用它，但应注意，和结构体变量类似，不能整体引用共用体变量，而只能引用共用体变量中的成员。

例如，前面定义了a，b，c为共用体变量，下面的引用方式：

（三）共用体类型类型数据的特点

（1）同一个内存段可以用来存放几种不同类型的成员，但在每一瞬时只能存放其中一个成员，而不是同时存放几个。

例如：同时执行如下两条语句：

a.i=10;

a.ch='a';

内存中存储的是'a'而不是10

（2）可以对共用体变量初始化，但初始化表中只能有一个常量。

例如：

（3）共用体类型可以出现在结构体类型定义中，也可以定义共用体数。反之，结构体也可以出现在共用体类型定义中，数组也可以作为共用体的成员。

 

例：用表格处理数据

问题：有若干个人员的数据，其中有学生和教师。学生的数据中包括：姓名、编号、性别、职业、班级。教师的数据包括：姓名、编号、性别、职业、职务。要求用同一个表格来处理。

解题思路

·如果job项为s，则第5项为class。即Li是501班的。如果job项是t，则第5项为position。Wang是prof（教授）

·对第5项可以用共用体来处理（将class和position放在同一段存储单元中）

·在结构体内定义共用体

·先声明共用体类型，然后在结构体内定义共用体变量作为结构体的成员

（源代码）

五、枚举类型

1.枚举类型

·如果一个变量只有几种可能，则可以定义为枚举类型

·所谓 “枚举” 就是指把可能的值一一列举出来，变量的值只限于列举出来的值的范围内

·声明枚举类型用enum开头

例如：

enum Weekday {sun,mon,tue,wed,thu,fri,sat};  //sun,mon···sat称为枚举元素

-声明了一个枚举类型 Weekday

-然后可以用此类型来定义变量

enum Weekday workday,weekend;  //workday,weekend称为枚举变量

·可以将枚举的值赋给枚举变量，但枚举值不可以赋给枚举类型

2.说明

（1）C编译系统对枚举类型的枚举元素按常量处理，故称枚举常量。不要因为它们是标识符（有名字）而把它们看作变量，不能对它们赋值。

（2）每一个枚举元素都代表一个整数，C语言编译系统按定义时的顺序默认它们的值为0,1,2,3,4,5··· ···

（3）枚举元素可以用来作判断比较。

例：求球的可能取法和排列情况

问题：口袋中有红、黄、蓝、白、黑5种颜色的球若干。每次从口袋中先后取出3个球，问得到3种不同颜色的球的可能取法，输出每种排列的情况。

分析：5种颜色设置为枚举类型

enum Color{red,yellow,blue,white,black};

编程思路：用穷举法，设置三重循环:

（源代码）

（运行结果截图）

程序改进：

（源代码）

（运行结果截图）

六、用typedef定义

1.简单地用一个新的类型名代替原有的类型名

2.命名一个简单的类型名代替复杂的类型表示方法

（1）命名一个新的类型名代表结构体类型

（2）命名一个新的类型名代表数组类型

（3）命名一个新的类型名代表一个指针类型

3.归纳起来，声明一个新的类型名的方法是：

·先按定义变量的方法写出定义体（int i;）

·将变量名换成新类型名（将i换成Count）

·在最前面加typedef（typedef int Count）

·用新类型名去定义变量

例如：Count i;  相当于  int i;

4.说明

·以上的方法实际上是为特定的类型指定了一个同义词（synonyms）。

·用typedef只是对已经存在的类型指定一个新的类型名，而没有创造新的类型。

·用typedef声明数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型、枚举类型，使得编程更加方便。

·当不同源文件中用到同一类型数据时，常用typedef声明一些数据类型。可以把所有的typedef名称声明单独放在一个头文件中，然后在需要用到它们的文件中用#include指令把它们包含到文件中。这样编程者就不需要在各文件中自己定义typedef名称了。

·使用typedef名称有利于程序的通用与移植。有时程序会依赖于硬件特性，用typedef类型就便于移植。

七、结构体的应用案例

例：学生成绩平均绩点计算

问题：学生成绩保存在文件score_list.text中，每个学生的课程门数可能不一样，计算学生的平均绩点，并将结果写回到文件GPA.text中。

1.分析

（1）根据程序功能，程序可以由如下模块组成

要点1：每个函数只完成一件事

要点2：函数之间通过结构体数组传递数据

要点3：主函数起的作用仅仅是串接前面实现的各函数

（2）各函数的参数及类型定义

（3）函数之间通过结构体数组 struct student s[ ] 传递数据

（4）函数 int read(struct student s[ ])将文件中的成绩读入结构体数组 s[ ] ，同时确定s数组中实际元素个数n，即成绩记录个数，并返回给调用函数

（5）函数 void printf_list(struct student s[ ],int n) 输出数组 s[ ] 中的成绩记录

（6）函数 void CAL_GPA(struct student s[ ],int n) 计算每个同学的 GPA ，并将结果写入文件

（7）函数 void print_GPA( ) 从文件读取每个同学的学号和 GPA 并输出

（8）主函数起的作用仅仅是串接前面实现的各函数，这是模块化程序设计的设计思想

（源代码）

本程序中各函数间通过结构体数组作为函数参数传递数据，注意 main( ) 函数中的实际数组 stu[ ] 和各函数中形参数组 s[ ] 的关系。

八、常见错误

例：书店购书

问题：本程序定义一个书店购书的结构体类型，包括书名、单价、数量和金额四个元素。数组b中已经存放了一个人购书基本情况。通过自定义sum函数计算每种书金额和购书总额，再根据购书总额打折，折扣规则如下：

输出书名、单价、数量、金额和购书总额，折扣后应付额。运行结果如下：

1.带错误的程序

（1）·结构体声明后面忘记加分号;

        ·数组作为函数参数时，代表数组的符号[ ]不能丢，否则a就成为了普通结构体变量

        ·引用结构体成员时，必须是：结构体变量.成员变量

（2）·未用typedef说明新数据类型时，声明结构体数组时的struct不能少

        ·结构体数组赋值时，每组数据的大括号都不能少

        ·数组作为实参时，因为已经声明，所以直接用数组名即可

2.正确的源程序

3.使用typedef的正确的源程序

该文章属于个人课后学习笔记，内容来源于知到智慧树共享课-C语言程序设计（上海电力大学）。