结构体的使用

辞丶176

于 2025-01-06 11:35:45 发布

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分类专栏：嵌入式单片机基础文章标签：单片机开发语言

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一、为什么要有结构体？

在c语言中提供了很多的数据内省如char、int、float、long、double等等，这些为基本的数据内型，可以定义单个变量。当然我们定义变量可以有几个变量就定义几个变量，有很多意义相关的变量可以用数组来定义，但是碰见了意义相关但数据类型不一样的时候数组就派不上用场了，因为一个数组只能存储类型相关的变量，这个时候也就产生了结构体。

什么是结构体呢？结构体是一种里面包含很多元素、这些元素的数据类型可以是相同、也可以是不同，所以结构体是一种数据封装的方法。

二、如何声明结构体？

要想声明一个结构体，就得用到一个关键字struct，结构体的声明格式如下：

Struct 结构体名{
成员列表;
}变量名列表；

注：结构体名一般都为大写，方便与变量区分开。成员列表以及变量名列表可以是一个也可以是多个。

其实结构体的定义归根结底也就三种，关于结构体声明的三种方法，这里我以日期作为例子：

2.1 结构体声明用法一：单独定义

struct Data
{
    uint16_t  Year;
    uint8_t  Mon;
    uint8_t Day;
};
 
int main()
{
    struct Data Today;
    struct Data Tomorrow;
    Today.Year = 2024;
    Today.Mon  = 5;
    Today.Day  = 24; 
    Tomorrow.Day = 25;
    printf("Today Data:%d-%d-%d\n",Today.Year,Today.Mon,Today.Day);
    printf("Tomorrow Data:%d-%d-%d\n",Today.Year,Today.Mon,Tomorrow.Day);
}

当然创建变量部分可以放在函数体也可以放在函数外，无非是局部变量与全局变量。

2.2 结构体声明用法二：混合定义

struct Data
{
    uint16_t  Year;
    uint8_t  Mon;
    uint16_t Day;
}Today;
 
int main()
{
    Today.Year = 2024;
    Today.Mon  = 5;
    Today.Day  = 24; 
    printf("Today Data:%d-%d-%d\n",Today.Year,Today.Mon,Today.Day);
}

这里我们声明了一个结构体，其名字为Data，成员有年、月、日，变量名为今天。（当然你还可以加上明天，在变量名后加逗号分隔，写上Tomorrow）。如：

struct Data
{
    uint16_t  Year;
    uint8_t  Mon;
    uint16_t Day;
}Today,Tomorrow;
 
int main()
{
    Today.Year = 2024;
    Today.Mon  = 5;
    Today.Day  = 24; 
    Tomorrow.Day = 25;
    printf("Today Data:%d-%d-%d\n",Today.Year,Today.Mon,Today.Day);
    printf("Tomorrow Data:%d-%d-%d\n",Today.Year,Today.Mon,Tomorrow.Day);
}

这里我省了明天的年月赋值，直接用的是Today的。

2.3 结构体声明用法三：匿名结构体

struct 
{
    uint16_t  Year;
    uint8_t  Mon;
    uint8_t Day;
}Today,Tomorrow;
 
int main()
{
    Today.Year = 2024;
    Today.Mon  = 5;
    Today.Day  = 24; 
    Tomorrow.Day = 25;
    printf("Today Data:%d-%d-%d\n",Today.Year,Today.Mon,Today.Day);
    printf("Tomorrow Data:%d-%d-%d\n",Today.Year,Today.Mon,Tomorrow.Day);
}

这种结构体的定义只能使用一次，也就是你开局就确定了结构体变量，因为你省去了结构体名，也就是你无法再通过struct再定义一个结构体变量。

三、typedef与结构体

当我们使用法一去定义结构体以及变量的时候，都需要加上struct关键字，要想在定义结构体变量省去struct关键字，我们就可以在声明结构体时加上关键字typedef。

在之前我们先了解一下关键字typedef的作用，它可以给变量类型换名字，例如下列代码，通过typedef给类型起别名，也就是下边的Data 就相当于上边srtuct Data。当然struct后的Data结构体名可以省去，这也就是为什么下边声明结构体变量时不需要加struct的原因，Data中已经包含struct了。这也就导致了为什么有些结构体花括号外面有时为结构体变量，有时候有为名字，以至于很多人懵懵懂懂，现在大家知道了结构体该如何定义了吧！

typedef struct Data
{
    uint16_t  Year;
    uint8_t  Mon;
    uint8_t Day;
}Data;
 
int main()
{
    Data Today;
    Data Tomorrow;
    Today.Year = 2024;
    Today.Mon  = 5;
    Today.Day  = 24; 
    Tomorrow.Day = 25;
    printf("Today Data:%d-%d-%d\n",Today.Year,Today.Mon,Today.Day);
    printf("Tomorrow Data:%d-%d-%d\n",Today.Year,Today.Mon,Tomorrow.Day);
}

四、结构体的嵌套

struct Time{
    uint8_t hour;
    uint8_t minute;
    uint8_t second;
};

typedef struct
{
    uint16_t  Year;
    uint8_t  Mon;
    uint8_t Day;
    struct Time time;
    
}Data;

这样就完成了结构体的嵌套，当然这两个完全可以拿一个结构体全部定义完成，我这里只是举例子，定义了一个结构体其中包含另一个结构体，其中为时分秒。

五、结构体的赋值

上面讲了结构体的定义，那么该如何赋值呢？方法1是直接引出结构体变量进行一个个赋值：

    Data Today;
    Today.Year = 2024;
    Today.Mon  = 5;
    Today.Day  = 24; 
    Today.time.hour = 12;
    Today.time.minute = 45;
    Today.time.second = 55;

第二种方法是利用大括号进行赋值：注“嵌套的结构体赋值还得加上大括号”

struct Time{
    uint8_t hour;
    uint8_t minute;
    uint8_t second;
};

typedef struct
{
    uint16_t  Year;
    uint8_t  Mon;
    uint8_t Day;
    struct Time time;
}Data;
 
int main()
{
    Data Today = {2024,5,24,{12,45,55} };
    printf("Today Data:%d-%d-%d %d:%d:%d\n",Today.Year,Today.Mon,Today.Day,
                    Today.time.hour,Today.time.minute,Today.time.second);
}

六、结构体数组

6.1 结构体数组的作用

结构体数组是c语言中处理复杂数据的一种强大工具，通过结构体数组，我们可以操作管理多个相同类型的结构体数据。结构体数组是一种特殊的数组，他每个元素都是一个结构体。通过结构体数组，我们可以将多个相关联的结构体数据组织在一起，形成一个逻辑单元。

6.2结构体的使用

关于结构体的定义声明和上边讲的结构体定义方法一样，也是三种，这里直接使用第二种，还是拿日期举例子：

struct Data
{
    uint16_t  Year;
    uint8_t  Mon;
    uint16_t Day;
}Dat[3]={{2025,1,1},{2025,1,2},{2025,1,3}};
 
int main()
{
    printf("Today Data:%d-%d-%d\n",Dat[0].Year,Dat[0].Mon,Dat[0].Day);
    printf("Tomorrow Data:%d-%d-%d\n",Dat[1].Year,Dat[1].Mon,Dat[1].Day);
    printf("The day after tomorrow Data:%d-%d-%d\n",Dat[2].Year,Dat[2].Mon,Dat[2].Day);
}

七、结构体指针

通过指向结构体变量的指针变量输出结构体变量中成员的信息。

struct student
{
    char name[4];
    char age;
}*P;
 
//或者写成
struct student
{
    char name[4];
    char age;
};
 
student *p;

如何使用指针访问结构体成员呢？

方法一： (*p).name = "ABC";

方法二： p->name = "ABC";

八、结构体的内存计算

struct Time{
    uint8_t hour;
    uint8_t minute;
    uint8_t second;
};

typedef struct
{
    uint16_t  Year;
    uint8_t  Mon;
    uint8_t Day;
    struct Time time;
}Data;
 
int main()
{
    Data Today;
    printf("Time Size:%d\n",sizeof(Today.time));
    printf("Time Size:%d\n",sizeof(Today));
}

假如上述两个结构体，它们分别占多少字节呢？对于第一个结构体，里面有三个无符号字符型成员，也就是3字节，对于第二个结构体，4+1+1+3=9字节，那么结果是不是这样呢？我们试着打印出来：

可以发现第一个结构体确实是三字节，但是第二个结构体就不一样了，占12字节。这里涉及到了另一个知识就是内存对齐，也就是第二个结构体其第一个变量占四个字节，而后边会自动将两个字节的char算成4字节，再把三字节的结构体也算成四字节，也就是有三个四字节所以为12。

我们再在这个结构体里面添加成员：

typedef struct
{
    uint8_t  Mon;
    uint16_t  Year;
    uint8_t Day;
    uint16_t  Year2;
    uint8_t Day2;
    uint16_t  Year3;
    uint8_t Day3;
    struct Time time;
}Data;

我们来计算一下内存，其中mon和day为一字节，一起为两字节，中间有4字节的year，也就是这三个一起占两个四字节也就是八字节，year2和day2都是四字节（内存对齐使day2为四字节），同理，也就是有4+4+4+4+4+4+4=28字节，可以发现确实没问题。