結構體

一、概念

• 在實際問題中，一組資料往往有很多種不同的資料型別。例如，登記學生的資訊，可能需要用到char型的姓名，int型或 char型的學號,int型的年齡，char型的性別，float型的成績。又例如，對於記錄一本書，需要 char型的書名，char型的作者名，float型的價格。在這些情況下，使用簡單的基本資料型別甚至是陣列都是很困難的。而結構體（類似Pascal中的“記錄”），則可以有效的解決這個問題。

• 結構體本質上還是一種資料型別，但它可以包括若干個“成員”，每個成員的型別可以相同也可以不同，也可以是基本資料型別或者又是一個構造型別。

• 結構體的優點：結構體不僅可以記錄不同型別的資料，而且使得資料結構是“高內聚，低耦合”的，更利於程式的閱讀理解和移植，而且結構體的儲存方式可以提高CPU對記憶體的訪問速度。

二、程式實現

1.結構體的基本使用

建立結構體

• strcut識別符號，使用者自定義的名字
• 結構體不一定只能放外面，main函式裡面也可以放。（作用域不同）
• 定義一個結構體型別，struct Student合起來才算是型別名
• 成員變數不能直接賦值

struct Student
{
	char name[50];
	int age;
	int score;
};//有分號

命名結構體變數

• 型別 +變數
• struct Student合起來才是型別名
• s是變數

struct Student s;

訪問成員變數

• 如果是普通變數（非指標），使用.運算子

stpcpy(s.name,"黑馬");
s.age = 18;
s.score = 100;
 

• 如果是指標變數，使用->運算子

printf("%s %d %d\n",(&s)->name,(&s)->age,(&s)->score);//列印結構體中的值

2.結構體的變數

• 普通結構體變數

//普通結構體變數初始化（此方式需要按照結構體定義順序賦值）
struct Student s = {"abc",10,30};
//列印初始化的值
printf("%s, %d, %d",s.name,s.age,s.score);

• 結構體陣列變數

//普通結構體變數初始化
struct Student a[] =
{
	{"heibi", 18, 100},
	{"testw", 25, 300},
	{"eicis", 49, 200},
};
//列印結構體陣列個數
int n = sizeof(a)/sizeof(a[0]);
printf("n:%d",n);
//訪問結構體陣列內容（4種方式）
for(int i = 0; i<n ; ++i)
{
  printf("%s, %d, %d\n",a[i].name,a[i].age,a[i].score);
  //printf("%s, %d, %d\n",(*(a+i)).name,(*(a+i)).age,(*(a+i)).score);
  //printf("%s, %d, %d\n",(&a[i])->name,(&a[i])->age,(&a[i])->score);
  //printf("%s, %d, %d\n",(a+i)->name,(a+i)->age,(a+i)->score);
}
 

3.結構體的巢狀

• 引例

  這裡可以看到兩個結構體得內容相差不大，有三個重複的變數，這種情況即可以使用結構體的巢狀

struct Info
{
	int age;
	char sex;
	char name[50];
};

struct Student
{
	int age;
	char sex;
	char name[50];
	
	int score;
};

• 巢狀例子

struct Info
{
	int age;
	char sex;
	char name[50];
};

struct Student
{
	struct Info info;//巢狀另外一個結構體變數
	
	int score;
};

• 初始化及訪問

//結構體巢狀初始化（和不巢狀的結構體一致）
struct Student s = {18, 'm', "xiaoming", 18};
//列印巢狀結構體的內容
printf("%d, %c, %s, %d\n",s.info.age, s.info.sex, s.info.name, s.score);

• 注意事項

  • 巢狀結構體變數，不能是本結構體型別。
  • 但是可以巢狀任何型別的結構體指標變數。

  struct Student
  {
  	struct Info info;
    	int score;
  //巢狀本結構體型別，會報錯。因為`struct Student`型別不確定，記憶體大小無法確定
  //	struct Student temp;
  
  //巢狀任何型別的結構體指標變數。因為指標大小是確定的。32位系統4位元組大小，64位系統8位元組大小
    	struct Student *next;
  };
  

• 補充：typedef的使用：將struct Student結構體重新命名代替為為Student

  • 傳統用法

  struct Student
  {
  	int age;
  	char sex;
  	char name[50];
  };
  
  typedef struct Student Student;//有分號
  

  • 常見用法

  typedef struct Student
  {
  	int age;
  	char sex;
  	char name[50];
  }Student;
  

4.同類型結構體相互賦值

• 直接賦值

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

//typedef改一個型別名，把複雜名字改簡單點，不能創造新的型別

typedef struct Student
{
	int age;
	char sex;
	char name[50];
}Student;


int main(void)
{
	Student s1 = {18, 'm', "xiaoming"};
	Student s2;
	
//	s2 = s1;	//同類型的兩個變數相互賦值
	strcpy(s2.name,s1.name);
//	成員變數逐一拷貝
	s2.age = s1.age;
	s2.sex = s1.sex;
	
	printf("%d, %c, %s\n",s2.age, s2.sex, s2.name);
	return 0;
}	

• 通過函式實現

  • 關於記憶體棧區與堆區操作（這裡是實現用指標形式訪問結構體成員）

    • 如果結構體只定義了一個空指標，便不能操作其內容，要讓其指標指向有效地址（棧區或者堆區）
    • 在進行指向棧區空間時，不需要釋放，該空間由系統自行維護。
    • 在進行指向堆區空間時，需要自己申請空間，並在使用完成後手動釋放。

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    typedef struct Student
    {
    	int age;
    	char sex;
    	char name[50];
    }Student;
    
    int main(void)
    {
    	//定義一個結構體指標變數
    	Student *p = NULL;
      	//讓指標有個合法指向（指向棧區）
    //	Student temp;//普通結構體變數,棧區
    //	p = &temp;
    
    	//讓指標有個合法指向（指向堆區）
    	p = (Student *) malloc(sizeof(Student));//申請一個`Student`大小的地址，並用p指向
    	if(p == NULL)
    	{
    		printf("分配記憶體失敗\n");
    		return -1;
    	}
      
    	strcpy(p->name, "小明");
    	p->sex = 'm';
    	p->age = 19;
    	
    	printf("%d, %c, %s\n",p->age, p->sex, p->name);
    	
    	//手動釋放堆區空間
    	free(p);
    	p = NULL;
      
    	return 0;
    }
    

  • 函式程式碼實現賦值

    • 這裡使用了const，使s1傳入進來的引數不可改變。可防止誤改傳入引數s1

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    typedef struct Student
    {
    	int age;
    	char sex;
    	char name[50];
    }Student;
    
    //從左往右看，const修飾最近的字元，這修飾的是指標變數
    //這裡使用了const,使s1所指向的記憶體（成員變數）不可改變，指標變數可以改變
    void fun(const Student *s1, Student *s2)
    {
    	//兩個指標的內容實現賦值
    	*s2 = *s1;
    }
    
    int main(void)
    {
    	Student s1;
    	Student s2 = {0,'0',"0"};
    	printf("%d, %c, %s\n",s2.age, s2.sex, s2.name);
    	
    	strcpy(s1.name, "小明");
    	s1.sex = 'm';
    	s1.age = 19;
    	//通過一個函式將s1的值賦值給s2
    	fun(&s1, &s2);
    	
    	printf("%d, %c, %s\n",s2.age, s2.sex, s2.name);
    	return 0;
    }	
    

三、記憶體分析

• 通過一個函式，動態分配記憶體

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

typedef struct Student
{
	int age;
	char sex;
	char name[50];
}Student;
//需要注意的是：所有子函式執行完後的變數都會自動進行釋放（不能再直接呼叫）
Student* fun()
{
	Student *a;
	a = (Student *)malloc(sizeof(Student));
	return a;
}

int main(void)
{
	Student *p = NULL;
	p = fun();//返回並用`p`指向所開闢出來的地址
	//只有p指向相應地址時，才能進行賦值
	strcpy(p->name, "小明");
	p->sex = 'm';
	p->age = 19;

	printf("%d, %c, %s\n", p->age, p->sex, p->name);
	//釋放子函式中`a`開闢出來的空間（`p`和`a`均會指向，只不過`a`在函式呼叫完後被釋放了）
	free(p);
	p = NULL;
	return 0;
}	

四、出現過的問題

1. 不能將x*型別的值分配到x*型別的實體（以下程式碼會出現該問題）

   #include <stdlib.h>	//malloc();
   #include <stdio.h>
   
   typedef struct /*Student*/	//出錯原因：在定義結構體時沒有定義變數
   {
   	//資料域（位置）
   	int x, y;
   	//指標域
   	struct Point *next;
   }Student;
   
   void main()
   {
   	Student *pnew = (Student *)malloc(sizeof(Student));
   	Student *s = NULL;
   	pnew->next = s; //此處會報錯：`s為x*型別的值` ， pnew->next為`x*型別的實體`
   }
   

   解決方法：在定義結構體時加上結構體變數Student即可