結構體和位域
C 結構體
C 陣列允許定義可儲存相同型別資料項的變數，結構是 C 程式設計中另一種使用者自定義的可用的資料型別，它允許您儲存不同型別的資料項。
結構用於表示一條記錄，假設您想要跟蹤圖書館中書本的動態，您可能需要跟蹤每本書的下列屬性：
- Title
- Author
- Subject
- Book ID
定義結構
為了定義結構，您必須使用 struct 語句。struct 語句定義了一個包含多個成員的新的資料型別，struct 語句的格式如下：
struct tag { member-list member-list member-list ... } variable-list ;
tag 是結構體標籤。
member-list 是標準的變數定義，比如 int i; 或者 float f，或者其他有效的變數定義。
variable-list 結構變數，定義在結構的末尾，最後一個分號之前，您可以指定一個或多個結構變數。下面是宣告 Book 結構的方式：
struct Books {
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
} book;
在一般情況下，tag、member-list、variable-list 這 3 部分至少要出現 2 個。以下為例項：
//此宣告聲明瞭擁有3個成員的結構體，分別為整型的a，字元型的b和雙精度的c
//同時又聲明瞭結構體變數s1
//這個結構體並沒有標明其標籤
struct { int a; char b; double c; } s1;
//此宣告聲明瞭擁有3個成員的結構體，分別為整型的a，字元型的b和雙精度的c
//結構體的標籤被命名為SIMPLE,沒有宣告變數
struct SIMPLE { int a; char b; double c; };
//用SIMPLE標籤的結構體，另外聲明瞭變數t1、t2、t3 struct SIMPLE t1, t2[20], *t3;
//也可以用typedef建立新型別
typedef struct { int a; char b; double c; } Simple2;
//現在可以用Simple2作為型別宣告新的結構體變數 Simple2 u1, u2[20], *u3;
在上面的宣告中，第一個和第二宣告被編譯器當作兩個完全不同的型別，即使他們的成員列表是一樣的，如果令 t3=&s1，則是非法的。
結構體的成員可以包含其他結構體，也可以包含指向自己結構體型別的指標，而通常這種指標的應用是為了實現一些更高階的資料結構如連結串列和樹等。
//此結構體的宣告包含了其他的結構體
struct COMPLEX { char string[100]; struct SIMPLE a; };
//此結構體的宣告包含了指向自己型別的指標
struct NODE { char string[100]; struct NODE *next_node; };
如果兩個結構體互相包含，則需要對其中一個結構體進行不完整宣告，如下所示：
struct B;
//對結構體B進行不完整宣告
//結構體A中包含指向結構體B的指標
struct A { struct B *partner; //other members; };
//結構體B中包含指向結構體A的指標，在A宣告完後，B也隨之進行宣告
struct B { struct A *partner; //other members; };
結構體變數的初始化
和其它型別變數一樣，對結構體變數可以在定義時指定初始值。
例項
#include <stdio.h>
struct Books {
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
} book = {"C 語言", "RUNOOB", "程式語言", 123456};
int main()
{
printf("title : %s\nauthor: %s\nsubject: %s\nbook_id: %d\n", book.title, book.author, book.subject, book.book_id);
}
執行輸出結果為：
title : C 語言 author: RUNOOB subject: 程式語言 book_id: 123456
訪問結構成員
為了訪問結構的成員，我們使用成員訪問運算子（.）。成員訪問運算子是結構變數名稱和我們要訪問的結構成員之間的一個句號。您可以使用 struct 關鍵字來定義結構型別的變數。下面的例項演示了結構的用法：
例項
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Books {
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
};
int main( ) {
struct Books Book1; /* 宣告 Book1，型別為 Books */
struct Books Book2; /* 宣告 Book2，型別為 Books */
/* Book1 詳述 */
strcpy( Book1.title, "C Programming");
strcpy( Book1.author, "Nuha Ali");
strcpy( Book1.subject, "C Programming Tutorial");
Book1.book_id = 6495407;
/* Book2 詳述 */
strcpy( Book2.title, "Telecom Billing");
strcpy( Book2.author, "Zara Ali");
strcpy( Book2.subject, "Telecom Billing Tutorial");
Book2.book_id = 6495700;
/* 輸出 Book1 資訊 */
printf( "Book 1 title : %s\n", Book1.title);
printf( "Book 1 author : %s\n", Book1.author);
printf( "Book 1 subject : %s\n", Book1.subject);
printf( "Book 1 book_id : %d\n", Book1.book_id);
/* 輸出 Book2 資訊 */
printf( "Book 2 title : %s\n", Book2.title);
printf( "Book 2 author : %s\n", Book2.author);
printf( "Book 2 subject : %s\n", Book2.subject);
printf( "Book 2 book_id : %d\n", Book2.book_id);
return 0;
}
當上面的程式碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：
Book 1 title : C Programming Book 1 author : Nuha Ali Book 1 subject : C Programming Tutorial Book 1 book_id : 6495407 Book 2 title : Telecom Billing Book 2 author : Zara Ali Book 2 subject : Telecom Billing Tutorial Book 2 book_id : 6495700
結構作為函式引數
您可以把結構作為函式引數，傳參方式與其他型別的變數或指標類似。您可以使用上面例項中的方式來訪問結構變數：
例項
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Books {
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
};
/* 函式宣告 */
void printBook( struct Books book );
int main( ) {
struct Books Book1; /* 宣告 Book1，型別為 Books */
struct Books Book2; /* 宣告 Book2，型別為 Books */
/* Book1 詳述 */
strcpy( Book1.title, "C Programming");
strcpy( Book1.author, "Nuha Ali");
strcpy( Book1.subject, "C Programming Tutorial");
Book1.book_id = 6495407;
/* Book2 詳述 */
strcpy( Book2.title, "Telecom Billing");
strcpy( Book2.author, "Zara Ali");
strcpy( Book2.subject, "Telecom Billing Tutorial");
Book2.book_id = 6495700; /* 輸出 Book1 資訊 */
printBook( Book1 );
/* 輸出 Book2 資訊 */
printBook( Book2 ); return 0; }
void printBook( struct Books book )
{
printf( "Book title : %s\n", book.title);
printf( "Book author : %s\n", book.author);
printf( "Book subject : %s\n", book.subject);
printf( "Book book_id : %d\n", book.book_id);
}
當上面的程式碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：
Book title : C Programming Book author : Nuha Ali Book subject : C Programming Tutorial Book book_id : 6495407 Book title : Telecom Billing Book author : Zara Ali Book subject : Telecom Billing Tutorial Book book_id : 6495700
指向結構的指標
您可以定義指向結構的指標，方式與定義指向其他型別變數的指標相似，如下所示：
struct Books *struct_pointer;
現在，您可以在上述定義的指標變數中儲存結構變數的地址。為了查詢結構變數的地址，請把 & 運算子放在結構名稱的前面，如下所示：
struct_pointer = &Book1;
為了使用指向該結構的指標訪問結構的成員，您必須使用 -> 運算子，如下所示：
struct_pointer->title;
讓我們使用結構指標來重寫上面的例項，這將有助於您理解結構指標的概念：
例項
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Books {
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id; };
/* 函式宣告 */
void printBook( struct Books *book );
int main( ) {
struct Books Book1; /* 宣告 Book1，型別為 Books */
struct Books Book2; /* 宣告 Book2，型別為 Books */
/* Book1 詳述 */
strcpy( Book1.title, "C Programming");
strcpy( Book1.author, "Nuha Ali");
strcpy( Book1.subject, "C Programming Tutorial");
Book1.book_id = 6495407;
/* Book2 詳述 */
strcpy( Book2.title, "Telecom Billing");
strcpy( Book2.author, "Zara Ali");
strcpy( Book2.subject, "Telecom Billing Tutorial");
Book2.book_id = 6495700;
/* 通過傳 Book1 的地址來輸出 Book1 資訊 */
printBook( &Book1 );
/* 通過傳 Book2 的地址來輸出 Book2 資訊 */
printBook( &Book2 ); return 0; }
void printBook( struct Books *book ) {
printf( "Book title : %s\n", book->title);
printf( "Book author : %s\n", book->author);
printf( "Book subject : %s\n", book->subject);
printf( "Book book_id : %d\n", book->book_id);
}
當上面的程式碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：
Book title : C Programming Book author : Nuha Ali Book subject : C Programming Tutorial Book book_id : 6495407 Book title : Telecom Billing Book author : Zara Ali Book subject : Telecom Billing Tutorial Book book_id : 6495700
位域
有些資訊在儲存時，並不需要佔用一個完整的位元組，而只需佔幾個或一個二進位制位。例如在存放一個開關量時，只有 0 和 1 兩種狀態，用 1 位二進位即可。為了節省儲存空間，並使處理簡便，C 語言又提供了一種資料結構，稱為"位域"或"位段"。
所謂"位域"是把一個位元組中的二進位劃分為幾個不同的區域，並說明每個區域的位數。每個域有一個域名，允許在程式中按域名進行操作。這樣就可以把幾個不同的物件用一個位元組的二進位制位域來表示。
典型的例項：
- 用 1 位二進位存放一個開關量時，只有 0 和 1 兩種狀態。
- 讀取外部檔案格式——可以讀取非標準的檔案格式。例如：9 位的整數。
位域的定義和位域變數的說明
位域定義與結構定義相仿，其形式為：
struct 位域結構名
{
位域列表
};
其中位域列表的形式為：
型別說明符 位域名: 位域長度
例如：
struct bs{ int a:8; int b:2; int c:6; }data;
說明 data 為 bs 變數，共佔兩個位元組。其中位域 a 佔 8 位，位域 b 佔 2 位，位域 c 佔 6 位。
讓我們再來看一個例項：
struct packed_struct { unsigned int f1:1; unsigned int f2:1; unsigned int f3:1; unsigned int f4:1; unsigned int type:4; unsigned int my_int:9; } pack;
在這裡，packed_struct 包含了 6 個成員：四個 1 位的識別符號 f1..f4、一個 4 位的 type 和一個 9 位的 my_int。
對於位域的定義尚有以下幾點說明：
-
一個位域儲存在同一個位元組中，如一個位元組所剩空間不夠存放另一位域時，則會從下一單元起存放該位域。也可以有意使某位域從下一單元開始。例如：
struct bs{ unsigned a:4; unsigned :4; /* 空域 */ unsigned b:4; /* 從下一單元開始存放 */ unsigned c:4 }
在這個位域定義中，a 佔第一位元組的 4 位，後 4 位填 0 表示不使用，b 從第二位元組開始，佔用 4 位，c 佔用 4 位。
- 由於位域不允許跨兩個位元組，因此位域的長度不能大於一個位元組的長度，也就是說不能超過8位二進位。如果最大長度大於計算機的整數字長，一些編譯器可能會允許域的記憶體重疊，另外一些編譯器可能會把大於一個域的部分儲存在下一個字中。
-
位域可以是無名位域，這時它只用來作填充或調整位置。無名的位域是不能使用的。例如：
struct k{ int a:1; int :2; /* 該 2 位不能使用 */ int b:3; int c:2; };
從以上分析可以看出，位域在本質上就是一種結構型別，不過其成員是按二進位分配的。
位域的使用
位域的使用和結構成員的使用相同，其一般形式為：
位域變數名.位域名 位域變數名->位域名
位域允許用各種格式輸出。
請看下面的例項：
例項
main(){
struct bs{
unsigned a:1;
unsigned b:3;
unsigned c:4;
} bit,*pbit;
bit.a=1; /* 給位域賦值（應注意賦值不能超過該位域的允許範圍） */
bit.b=7; /* 給位域賦值（應注意賦值不能超過該位域的允許範圍） */
bit.c=15; /* 給位域賦值（應注意賦值不能超過該位域的允許範圍） */
printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c); /* 以整型量格式輸出三個域的內容 */
pbit=&bit; /* 把位域變數 bit 的地址送給指標變數 pbit */
pbit->a=0; /* 用指標方式給位域 a 重新賦值，賦為 0 */
pbit->b&=3; /* 使用了複合的位運算子 "&="，相當於：pbit->b=pbit->b&3，位域 b 中原有值為 7，與 3 作按位與運算的結果為 3（111&011=011，十進位制值為 3） */
pbit->c|=1; /* 使用了複合位運算子"|="，相當於：pbit->c=pbit->c|1，其結果為 15 */
printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c); /* 用指標方式輸出了這三個域的值 */
}
上例程式中定義了位域結構 bs，三個位域為 a、b、c。說明了 bs 型別的變數 bit 和指向 bs 型別的指標變數 pbit。這表示位域也是可以使用指標的。