C语言学习--结构体和共用体

一顾498

于 2024-08-20 08:05:27 发布

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分类专栏： C语言编程之旅文章标签：算法 c++ c语言学习结构体共用体

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提示：在C语言中，结构体和共用体是两种强大的构造类型，它们允许程序员以更加灵活和高效的方式组织和管理数据。

15.1.4 结构体与结构体变量的关系示意图

15.1.5 快速入门-面向对象的方式(struct)解决养猫问题

15.1.6 结构体和结构体变量的区别和联系

前言

在C语言中，结构体和共用体是两种强大的构造类型，它们允许程序员以更加灵活和高效的方式组织和管理数据。结构体提供了一种将不同类型的数据项组合成一个单一实体的手段，非常适合模拟现实世界中的复合对象。而共用体则是一种节省内存的手段，允许多个变量共享同一段内存空间。本章将详细介绍结构体和共用体的基本概念、定义方法、使用方式以及它们在实际编程中的应用。

15.1 结构体

15.1.1 看一个养猫猫问题

张老太养了两只猫猫:一只名字叫小白,今年 3 岁,白色。还有一只叫小花,今年 100 岁,花色。请编写一个程序，当用户输入小猫的名字时，就显示该猫的名字，年龄，颜色。如果用户输入的小猫名错误，则显示张老太没有这只猫猫。

15.1.2 使用传统技术解决

1) 单独的定义变量解决

2) 我们学习了数组，它是一组具有相同类型的数据的集合。在编程中，我们往往还需要一组类型不同的数据，例如猫的名字使用字符串、年龄是 int，因为数据类型不同，不能用一个数组来存放

15.1.3 现有技术解决的缺点分析

不利于数据的管理和维护, 因为本身猫的三个属性(名字，年龄，颜色) 是一个整体，传统解决方法是将其分解.=>结构体

15.1.4 结构体与结构体变量的关系示意图

15.1.5 快速入门-面向对象的方式(struct)解决养猫问题

#include <stdio.h>

void main() {

/*

张老太养了两只猫猫:一只名字叫小白,今年 3 岁,白色。还有一只叫小花,今年 100 岁,花色。

请编写一个程序，当用户输入小猫的名字时，就显示该猫的名字，年龄，颜色。

如果用户输入的小猫名错误，则显示张老太没有这只猫猫。

分析：

1. 猫猫有三个成员(变量)组成

2. 使用结构体解决

*/

//创建结构体 Cat 【是数据类型】

struct Cat { // 结构体名 Cat, Cat 就是我们自己构造的一个数据类型

char * name; //名字，使用指针，指向一个字符串

int age; //年龄

char *color; //颜色

};

//使用 Cat 结构体，创建变量

struct Cat cat1; // cat1 就是 struct Cat 的一个变量

struct Cat cat2; // cat2 就是 struct Cat 的一个变量

//给 cat1 的各个成员赋值

cat1.name = "小白";

cat1.age = 3;

cat1.color = "白色";

//给 cat2 的各个成员赋值

cat2.name = "小花";

cat2.age = 100;

cat2.color = "花色";

//输出两只猫的信息

printf("\n 第 1 只猫 name=%s age=%d color=%s", cat1.name, cat1.age, cat1.color);

printf("\n 第 2 只猫 name=%s age=%d color=%s", cat2.name, cat2.age, cat2.color);

getchar();

}

15.1.6 结构体和结构体变量的区别和联系

通过上面的案例和讲解我们可以看出:

1) 结构体是自定义的数据类型，表示的是一种数据类型.

2) 结构体变量代表一个具体变量，好比

int num1 ; // int 是数据类型, 而 num1 是一个具体的 int 变量

struct Cat cat1; // Cat 是结构体数据类型，而 cat1 是一个 Cat 变量

3) Cat 就像一个“模板”，定义出来的结构体变量都含有相同的成员。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

15.1.7 结构体变量在内存的布局

15.1.8 如何声明结构体

struct 结构体名称 { // 结构体名首字母大写，比如 Cat, Person

成员列表;

};

举例:

struct Student{

char *name; //姓名

int num; //学号

int age; //年龄

char group; //所在学习小组

float score; //成绩

//成员也可以是结构体

};

15.1.9 成员

Ø 基本介绍

1) 从叫法上看：有些书上称为成员, 有些书说结构体包含的变量

2) 成员是结构体的一个组成部分，一般是基本数据类型、也可以是数组、指针、结构体等。比如我们前面定义Cat 结构体的 int age 就是一个成员。

Ø 注意事项和细节说明

1) 成员声明语法同变量，示例：数据类型成员名;

2) 字段的类型可以为：基本类型、数组或指针、结构体等

3) 在创建一个结构体变量后，需要给成员赋值，如果没有赋值就使用可能导致程序异常终止。[ 案例演示 ]：

#include <stdio.h>

void main() {

struct Cat{ // 结构体名字建议首写字母大写

char *name; //名字 , 这里需要使用指针类型

int age; //年龄

char *color; // 颜色

};

struct Cat cat1; //定义了一个结构体变量 cat1

printf("\n 名字=%s 年龄=%d 颜色=%s ", cat1.name, cat1.age, cat1.color);

getchar();

}

//上面代码运行，会导致程序异常终止，原因是没有初始化结构体变量的成员

4) 不同结构体变量的成员是独立，互不影响，一个结构体变量的成员更改，不影响另外一个。[案例演示+图(Cat)]

15.1.10 创建结构体和结构体变量

1) 方式 1-先定义结构体，然后再创建结构体变量

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

};

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

2) 方式 2-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;

//在定义结构体 Stu 的同时，创建了两个结构体变量 stu1 和 stu2

3) 方式 3-如果只需要 stu1、stu2 两个变量，后面不需要再使用结构体数据类型，定义其他变量，在定义时也可以不给出结构体名

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;

stu1.name = "tom"; stu1.num = 100;....

//1. 该结构体数据类型，没有名, 匿名结构体

//2. stu1 和 stu2 就是该结构体的两个变量

15.1.11 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;

Ø 案例 1

struct{

char *name; //姓名

int num; //学号

int age; //年龄

char group; //所在小组

float score; //成绩

} stu1;

stu1.name = "jack";

printf("%s", stu1.name);

Ø 案例 2

#include <stdio.h>

void main() {

struct Student{

char *name; //姓名

int num; //学号

int age; //年龄

char group; //所在小组

float score; //成绩

} stu1 = {"贾宝玉", 11, 18, 'B', 90.50}, stu2 = { "林黛玉", 12, 16, 'A', 100 };

struct Student stu3 = {"林黛玉 2", 12, 16, 'A', 100 }; //在定义结构体变量时，整体赋值，需要对应

struct Student stu4;

//stu4 = {"林黛玉 2", 12, 16, 'A', 100 }; // 这样赋值不可以

//stu4.name = "smith";

printf("\n stu1.name=%s", stu1.name);

printf("\n stu3.name=%s", stu3.name);//

getchar();

}

15.2 结构体应用实例

15.2.1 步骤

1) 声明(定义)结构体，确定结构体名

2) 编写结构体的成员

3) 编写处理结构体的函数

15.2.2 小狗案例：

1) 编写一个 Dog 结构体，包含 name(char[10])、age(int)、weight(double)属性

2) 编写一个 say 函数，返回字符串，方法返回信息中包含所有成员值。

3) 在 main 方法中，创建 Dog 结构体变量，调用 say 函数，将调用结果打印输出

4) 代码演示

#include <stdio.h>

*

编写一个 Dog 结构体，包含 name(char[10])、age(int)、weight(double)属性

编写一个 say 函数，返回字符串，信息中包含所有成员值。

在 main 方法中，创建 Dog 结构体变量，调用 say 函数，将调用结果打印输出。

*/

//定义 Dog 结构体

struct Dog {

char * name;

int age;

double weight;

};

//say 函数，返回字符串，信息中包含所有成员值

char * say(struct Dog dog) {

//将这个信息放入到一个字符串(字符数组)

static char info[50]; //局部静态变量

sprintf(info, "name=%s age=%d weight=%.2f", dog.name, dog.age, dog.weight);

dog.name = "小花";

return info;

}

void main() {

//测试

//定义结构体变量

struct Dog dog;

char * info = NULL;

dog.name = "小黄";

dog.age = 1;

dog.weight = 3.4;

info = say(dog); //结构体变量默认是值传递

printf("\n 小狗信息=%s", info);

printf("\n main 小狗名字=%s", dog.name);

getchar();

}

15.2.3 盒子案例[自己完成]

编程创建一个 Box 结构体，在其中定义三个成员表示一个立方体的长、宽和高，长宽高可以通过控制台输入。

定义一个函数获取立方体的体积(volume)。
创建一个结构体，打印给定尺寸的立方体的体积。

思路

struct Box {

double len;

double width;

double height;

double volumn;//体积

}

15.2.4 景区门票案例

1) 一个景区根据游人的年龄收取不同价格的门票。

2) 请编写游人结构体(Visitor)，根据年龄段决定能够购买的门票价格并输出

3) 规则：年龄>18 , 门票为 20 元，其它情况免费。

4) 可以循环从控制台输入名字和年龄，打印门票收费情况, 如果名字输入 n ,则退出程序。

5) 代码演示

#include <stdio.h>

#include <string.h>

/*

1.一个景区根据游人的年龄收取不同价格的门票。

2.请编写游人结构体(Visitor)，根据年龄段决定能够购买的门票价格并输出

3.规则：年龄>18 , 门票为 20 元，其它情况免费。

4.可以循环从控制台输入名字和年龄，打印门票收费情况, 如果名字输入 n ,则退出程序。

*/

//定义结构体

struct Visitor {

char name[10];

int age;

double pay; //应付票价

};

//编写函数处理业务

//说明：因为结构体默认是值传递，会拷贝一份完整数据，效率较低

// 因此，为了提高效率，我们直接接收地址(指针)

void ticket(struct Visitor * visitor) {

//判断

if( (*visitor).age > 18) {

(*visitor).pay = 20;

} else {

(*visitor).pay = 0;

}

}

void main() {

//测试

//创建结构体变量(创建一个游客)

struct Visitor visitor;

//循环的输入名字和年龄

while(1) {

printf("\n 请输入游客名字");

scanf("%s", visitor.name);

//判断如果名字输入 n ,则退出程序

if(!strcmp("n", visitor.name) ) {

break;

}

printf("\n 请输入游客年龄");

scanf("%d", &visitor.age);

//调用函数 ticket ，获取应付的票价

ticket(&visitor);

printf("\n 该游客应付票价=%.2f", visitor.pay);

}

printf("退出程序");

getchar();

getchar();

}

15.3 共用体

15.3.1 看一个实际需求

现有一张关于学生信息和教师信息的表格。学生信息包括姓名、编号、性别、职业、分数，教师的信息包括姓名、编号、性别、职业、教学科目。请看下面的表格：

15.3.2 传统的方式来解决

定义结构体，根据人员的职业，使用对应的成员变量。

struct Person{

char name[20];

int num;

char sex;

char profession;

float score; // 学生使用 score

char course[20]; // 老师使用 course

} ;

传统方式的问题分析 : 会造成空间的浪费 , 比如学生只使用 score ,但是也占用了 course 成员的 20 个字节.

Ø 解决方案

做 struct Stu 和 struct Teacher [但如果职业很多，就会对应多个结构体类型, 不利于管理]
使用共用体

15.3.3 基本介绍

1) 共用体（Union）属于构造类型，它可以包含多个类型不同的成员。和结构体非常类似, 但是也有不同的地方。共用体有时也被称为联合或者联合体, 定义格式为

union 共用体名{

成员列表

};

2) 结构体和共用体的区别在于：结构体的各个成员会占用不同的内存，互相之间没有影响；而共用体的所有成员占用同一段内存，修改一个成员会影响其余所有成员

15.3.4 快速入门

代码：

#include <stdio.h>

union data{ // data 就是一个共用体(内存布局)，包含三个成员, 共享数据空间, 该空间的大小以占用最大的成员为

准

int n;

char ch;

short m;

};

void main(){

union data a; //定义两个一个共用体变量 a

printf("%d, %d\n", sizeof(a), sizeof(union data) ); // 4, 4

a.n = 0x40;//16 进制

printf("%d, %c, %d\n", a.n, a.ch, a.m);

a.ch = '9'; //

printf("%d, %c, %d\n", a.n, a.ch, a.m);

a.m = 0x2059;

printf("%d, %c, %d\n", a.n, a.ch, a.m);

a.n = 0x3E25AD54;

printf("%d, %c, %d\n", a.n, a.ch, a.m);

getchar();

}

15.3.5 说明代码的内存布局

15.3.6 共用体内存布局分析

要深入理解为什么前面的案例输出的结果，就需要剖析共用体在内存中是如何布局的.

15.3.7 最佳实践

现有一张关于学生信息和教师信息的表格。学生信息包括姓名、编号、性别、职业、分数，教师的信息包括姓名、编号、性别、职业、教学科目。请看下面的表格：请使用共用体编程完成.

代码演示：

#include <stdio.h>

#define TOTAL 2 //人员总数

//定义了一个结构体 Person

//union MYUNION {

// float score;

// char course[20];

//};

struct Person{

char name[20]; //name

int num; //编号

char sex;//性别 f => 女 m=>男

char profession;//职员 s=>学生 t=>老师

union{

float score;

char course[20];

} sc;//sc 是一个共用体变量

};

void main(){

int i;

struct Person persons[TOTAL]; // 定义了一个结构体数组

//输入人员信息

for(i=0; i<TOTAL; i++){

printf("Input info: ");

scanf("%s %d %c %c", persons[i].name, &(persons[i].num), &(persons[i].sex), &(persons[i].profession));

if(persons[i].profession == 's'){ //如果是学生

printf("请输入该学生成绩:");

scanf("%f", &persons[i].sc.score);

}else{ //如果是老师

printf("请输入该老师课程:");

scanf("%s", persons[i].sc.course);

}

fflush(stdin);//刷新

}

//输出人员信息

printf("\nName\t\tNum\tSex\tProfession\tScore / Course\n");

for(i=0; i<TOTAL; i++){

if(persons[i].profession == 's'){ //如果是学生

printf("%s\t\t%d\t%c\t%c\t\t%f\n", persons[i].name, persons[i].num, persons[i].sex, persons[i].profession,

persons[i].sc.score);

}else{ //如果是老师

printf("%s\t\t%d\t%c\t%c\t\t%s\n", persons[i].name, persons[i].num, persons[i].sex, persons[i].profession,

persons[i].sc.course);

}

}

getchar();

getchar();

}