结构和其他数据形式

作者出版于 C

2022-09-12 约 5133 字预计阅读 11 分钟

结构和其他数据形式

C 语言中，提供结构变量可以提高表示数据的能力，创造新的形式。

1 示例问题：创建图书目录

打印图书目录，包括：书名、作者、价格。

# include <stdio.h>
# include <string.h>
char *s_gets(char * st,int n);
# define MAXTITL 41; // 书名最大长度
# define MAX AUTL 31; // 作者名字的最大长度

struct book{
    char title[MAXTITL];
    char author[MAXAUTL];
    float value;
};//结构模版结束

int main(void)
{
    struct book library; // 把library声明为一个book类型的变量
    printf("Please enter the book title.\n");
	s_gets(library.title, MAXTITL);
	printf("Now enter the author.\n");
	s_gets(library.author, MAXAUTL);
	printf("Now enter the value.\n");
	scanf("%f", &library.value);
	printf("%s by %s: $%.2f\n", library.title, library.author, library.value);
	printf("%s: \"%s\"($%.2f)\n", library.author, library.title, library.value);
	printf("Done.\n");

    return 0;
}

char *s_gets(char * st,int n)
{
    char * ret_val;
	char * find;
	ret_val = fgets(st, n, stdin);
	if (ret_val)
	{
		find = strchr(st, '\n');//查找换行符
		if (find)              //如果地址不是NULL
			*find = '\0'; //将换行符换成'\0'
		else
			while (getchar() != '\n')  //处理输入行剩余的字符
				continue;
	}
	return ret_val;
}

结构的 3 个技巧

为结构建立一个格式或样式。

声明一个适合该样式的变量。

访问结构变量的各个部分。

2 建立结构声明

结构声明(structure declaration)描述了一个结构的组织布局。
在结构声明，用一对花括号括起来的是结构成员列表。每个成员都可以是任意一种 C 的数据类型。
右花括号后面的分号是声明必需，表示结构布局定义结束。
结构声明可以放在所有函数的外部，也可以放在一个函数定义的内部，但是如果把声明放在函数内部，它的标记只局限于该函数内部使用。
结构的标记名是可选的，但是在一处定义结构布局，在另一处定义实际的结构变量，必须使用标记。

3 定义结构变量

结构的含义：

结构布局告诉编译器如何表示数据，但不让编译器为数据分配空间。

创建另一个结构变量。

3.1 初始化结构

让每个成员的初始化项独占一行。目的：提高代码的可读性，对编译器而言，只需要用逗号分隔各成员的初始化项。

初始化一个结构变量(ANSI 之前，不能自动变量初始化结构，ANSI 之后可以用任意存储类别)与初始化数组的语法类似。
使用在一对花括号中括起来的初始化列表进行初始化，各初始化项用逗号分隔。

⚠️ 注意：初始化结构和类别存储期

如果初始化一个静态存储期的结构，初始化列表中的值必须是常量表达式。
如果是自动存储期，初始化列表中的值可以不是常量。

3.2 访问结构成员

使用结构成员运算符 ————> 点(.) 访问结构中的成员。

/*访问library中的title部分*/
library.title = "C Primer Plus";

点(.) 比 地址符(&) 优先级高。

3.3 结构的初始化器

C99 和 C11 为结构提供了指定初始化器(也叫标记化结构初始化语法)，结构的指定初始化器使用点运算符和成员名(而不是方括号和下标)标识特定的元素。

struct book gift = {
	.price = 69.00,
	.author = "Stephen Prata",
	.title = "c primer plus"
};

在指定初始化器后面的普通初始化器，为指定成员后面的成员提供初始值。
指定成员的最后一次赋值才是它实际获得的值。

4 结构数组

4.1 声明结构数组

声明结构数组和声明其他类型的数组类似。

/*把library声明为一个内含MAXBKS个元素的数组*/
struct book library[MAXBKS];

数组名 library 不是结构名，是数组名。数组中的每个元素都是 struct book 类型的结构变量。

4.2 标识结构数组的成员

为了表示结构数组中的成员，采用访问单独结构的规则：在结构名后面加一个点运算符，再在点运算符后面加上成员名。如：

library[0].price  /*第1个数组元素与price相关联*/
library[4].title  /*第5个数组元素与title相关联*/

⚠️ 注意：数组下标紧跟在数组名(如 library 后面)，不是成员名后面。

4.3 嵌套结构

嵌套结构：在一个结构中包含另一个结构。如果访问嵌套结构的成员，需要使用两次点运算符。

# define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
# include<stdio.h>
# define LEN 20
const char * msgs[5] =
{
	" Thank you for the wonderful evening, ",
	"You certainly prove that a ",
	"is a special kind of guy. We must get together",
	"over a delicious ",
	" and have a few laughs"
};

struct names {
	char first[LEN];
	char last[LEN];
};

struct guy {
	struct names handle;  //嵌套结构，结构里包含另一个结构
	char favfood[LEN];
	char job[LEN];
	float income;
};

int main(void)
{
	struct guy fellow = {
		{"Ewen", "Villard"},
		"grilled salmon",
		"personality coach",
		68112.00
	};
	printf("Dear %s,\n\n", fellow.handle.first); //使用嵌套结构，先使用.得到name，再.得到first
	printf("%s%s.\n", msgs[0], fellow.handle.first);
	printf("%s%s\n", msgs[1], fellow.job);
	printf("%s\n", msgs[2]);
	printf("%s%s%s", msgs[3], fellow.favfood, msgs[4]);
	if (fellow.income > 150000.0)
		puts("!!");
	else if (fellow.income > 75000.0)
		puts("!");
	else
		puts(".");
	printf("\n%40s%s\n", " ", "See you soon,");
	printf("%40s%s\n", " ", "Shalala");

	return 0;
}

5 指向结构的指针

使用指向结构的指针的理由：

指向结构的指针通常是结构本身更容易操控(指向数组的指针比数组本身更容易操控)。
早期 C 实现，结构不能作为参数传递给函数，可以传递指向结构的指针。
能传递一个结构，传递指针通常更有效率。
一些用于表示数据的结构中包含指向其它结构的指针。

5.1 声明和初始化结构指针

例子：

struct guy *him;

与数组不同的是，~~结构名并不是结构的地址~~，因此在结构名前加上&运算符。

5.2 用指针访问成员

两种方式：

使用 -> 运算符
- 如果 him==&barney ,那么 him->income 即是 barney.income
- 如果 him==&fellow[0] , 那么 him->income 即是 fellow [0].income
用运算符(必须使用圆括号，因为(.)运算符比(*)运算符的优先级高)。

barney.income == (*him) . income == him->income //假设him== &barney
fellow [0].income == (*him) .income

有些系统，一个结构的大小可能大于它各成员大小之和。

6 向函数传递结构的信息

函数的参数把值(都是数字—> int 类型，float 类型、ASCII 字符码、地址)传递给函数。

6.1 传递结构成员

只要结构成员是一个具有单个值的数据类型(即 int 及其相关类型、char、float、double 或指针)，可作为参数传递给接受该特定类型的函数。

/*把结构成员作为参数传递*/
# include <stdio.h>
# define FUNDLEN 50

struct funds {
	char   bank[FUNDLEN];
	double bankfund;
	char   save[FUNDLEN];
	double savefund;
};

double sum(double, double);

int main(void)
{
	struct funds stan = {
		"Garlic-Melon Bank",
		4032.27,
		"Lucky's Savings and Loan",
		8543.94
	};

	printf("Stan has a total of $%.2f.\n",
		sum(stan.bankfund, stan.savefund));
	return 0;
}

/* adds two double numbers */
double sum(double x, double y)
{
	return(x + y);
}

7 传递结构的地址

必须使用&运算符来获取结构的地址，结构名只是其地址的别名。

# include<stdio.h>
# define FUNDLEN 50

struct funds {
	char bank[FUNDLEN];
	double bankfund;
	char save[FUNDLEN];
	double savefund;
};

double sum(const struct funds *); //

int main(void)
{
	struct funds stan = {
		"Garlic--Melon Bank",
		4032.27,
		"Lucky's Savings and Loan",
		8543.94
	};

	printf("Stan has a total of $%.2f.\n", sum(&stan)); //
	return 0;
}
double sum(const struct funds * money) //
{
	return (money->bankfund + money->savefund);
}

8 传递结构

把结构作为参数的编译器。

# include<stdio.h>
# define FUNDLEN 50

struct funds {
	char bank[FUNDLEN];
	double bankfund;
	char save[FUNDLEN];
	double savefund;
};

double sum( struct funds moolah);

int main(void)
{
	struct funds stan = {
		"Garlic--Melon Bank",
		4032.27,
		"Lucky's Savings and Loan",
		8543.94
	};

	printf("Stan has a total of $%.2f.\n", sum(stan));
	return 0;
}
/*编译器会为funds结构创建一个名为moolah的自动结构变量副本，然后对副本进行操作(不会改变实际参数stan)*/
double sum( struct funds moolah)
{
	/*类似给结构起个别名，然后通过别名来对其进行访问*/
	return( moolah.bankfund + moolah.savefund);
}

9 其他结构特性

新标准的 C 允许把一个结构赋值给另一个结构，但数组不行。即使成员是数组，也能完成赋值。
现在的 C(包括 ANSI C)，函数不仅能把结构本身作为参数传递，还能把结构作为返回值返回。

把结构作为函数参数可以把结构的信息传送给函数，把结构作为返回值的函数能把结构的信息从被调函数传回给主调函数。

👉小 Tips：结构指针允许双向通信。

方法 1:使用指针方式 ————> 传递地址

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

# define NLEN 30
struct namect{
	char fname[NLEN];
	char lname[NLEN];
	int letters;
};
void getinfo(struct namect *);
void makeinfo(struct namect *);
void showinfo(const struct namect *);
char s_gets(char *st,int n);

int main(void)
{
	struct namect person;

	getinfo(&persion);
	makeinfo(&person);
	showinfo(&person);
	return 0;
}
void getinfo(struct namect *pst)
{
	printf("please enter your first name.\n");
	s_gets(pst->fname,NLEN);
	printf("please enter your last name.\n");
	s_gets(pst->lname,NLEN);
}

void makeinfo(struct namect *pst)
{
	pst->letters = strlen(pst->fname) + strlen(pst->lname);
}

void showinfo(const struct namect *pst)
{
	printf("%s %s , your name contains %d letters.\n",
			pst->fname,pst->lname,pst->letters);
}

char s_gets(char *st,int n)
{
	char *ret_val;
	char *find;

	ret_val = fgets(st,n,stdin);
	if(ret_val)
	{
		find = strchr(st,'\n');//查找换行符
		if(find) // 如果地址不是NULL
			*find = '\0'; // 放置一个空字符
		else
			while(getchar() !='\n')
			 continue; // 处理输入行的剩余字符
	}
	return ret_val;
}

方法 2：使用结构 ————> 传递结构

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

# define NLEN 30
struct namect{
	char fname[NLEN];
	char lname[NLEN];
	int letters;
};

struct namect getinfo(void);
struct namect makeinfo(struct namect);
void showinfo(const struct namect *);
char s_gets(char *st,int n);

int main(void)
{
	struct namect person;

	person = getinfo();
	person = makeinfo(person);
	showinfo(person);
	return 0;
}
void getinfo(void)
{
	struct namect temp;
	printf("please enter your first name.\n");
	s_gets(temp.fname,NLEN);
	printf("please enter your last name.\n");
	s_gets(temp.lname,NLEN);

	return temp;
}

void makeinfo(struct namect *pst)
{
	pst->letters = strlen(pst->fname) + strlen(pst->lname);
}

void showinfo(struct namect info)
{
	printf("%s %s , your name contains %d letters.\n",
			info.fname,info.lname,info.letters);
}

char s_gets(char *st,int n)
{
	char *ret_val;
	char *find;

	ret_val = fgets(st,n,stdin);
	if(ret_val)
	{
		find = strchr(st,'\n');//查找换行符
		if(find) // 如果地址不是NULL
			*find = '\0'; // 放置一个空字符
		else
			while(getchar() !='\n')
			 continue; // 处理输入行的剩余字符
	}
	return ret_val;
}

该方式中 makeinfo()函数返回的是一个结构。

对于指针方式传递还是结构方式传递，两者输出结果相同，使用方式不同而已。

10 结构和结构指针的选择

指针作为参数传递
- 优点：无论是以前还是现在的 C 实现都能使用该方法，而且执行快，只需要传递一个地址。
- 缺点：无法保护数据，故 ANSI C 新增const限定符可以解决这个问题。
结构作为参数传递
- 优点：函数处理的是原始数据的副本，这可以保护原始数据。代码风格也很清楚。
- 缺点：较老版本的实现可能无法处理，且传递结构浪费时间和存储空间。

👉小 Tips：

程序员为了追求效率会使用结构指针作为函数参数，如需防止原始数据被意外修改，使用 const限定符。
按值传递结构是处理小型结构最常用的方法。

10.1 结构中的字符数组和字符指针

如果要用结构储存字符串，用字符数组作为成员比较简单。用指向 char 的指针也行，但是误用会导致严重的问题。(指针最好只用来在程序中管理那些已分配和在别处分配的字符串)

10.2 结构、指针和`malloc()`

如果使用 malloc() 分配内存并使用指针存储该地址，那么在结构中使用指针处理字符串会比较合理。

优点：可以请求malloc()为字符串分配合适的存储空间。

⚠️ 注意：成对使用malloc()和free()(两个函数原型都在 stdlib.h 头文件中)。

10.3 复合字面量和结构(C99)

C99 中的复合字面量特性可用于结构和数组。如果只需要一个临时结构值，推荐使用复合字面量。

可以使用复合字面量创建一个数组作为函数的参数或赋给另一个结构。

语法：把类型名放在圆括号中，后紧跟一个花括号括起来的初始化列表。如：

(struct book){"The Idiot","Fyodor Destroyevsky",6.99}

关于复合字面量总结：

在所有函数的外部，具有静态存储器。
在块中，则具有自动存储期。
复合字面量和普通初始化列表的语法规则相同。

10.4 伸缩型数组成员(C99)

声明伸缩型数组成员会具有的特性：

数组不会立即存在。
可以编写合适的代码。

声明的规则：

必须是结构的最后一个成员。
结构中必须至少有一个成员。
类似普通数组，只是方括号中是空的。

例如：

struct flex
{
	int count;
	double average;
	double scores[]; // 伸缩型数组成员
};

特殊要求

不能用结构进行赋值或拷贝。
不要以按值方式把结构传递给结构。原因：按值传递参数与赋值类似，把结构的地址传递给函数。
不要使用带伸缩型数组成员的结构作为数组成员或另一个结构的成员。

10.5 匿名结构(C11)

匿名结构 没有名称 的结构成员。

匿名特性在嵌套联合中更加有用。

11 联合简介

联合(union)是一种数据类型。能在同一个内存空间中存储不同的数据类型(不是同时存储)。

典型用法：设计一种表以储存既无规律、事先不知道顺序的混合类型。

使用混合类型的数组，其中的联合都大小相等，每个联合可以存储各种数据类型。

带标记的联合模版

union hold{
	int digit;
	double bigfl;
	char letter;
};

与 hold 类型相关的变量：

union hold fit;			// hold类型的联合变量
union hold save[10];	// 内含10个联合变量的数组
union hold *pu; 		//指向hold类型联合变量的指针

⚠️ 注意：联合只能存储一个值。

初始化联合的方法

把一个联合初始化为另一个同类型联合。
初始化联合的第一个元素。
C99 标注，使用指定初始化器。

union hold valA;
valA.letter = 'R';
union hold valB = valA;//另一个同类型联合
union hold valC = {88};//初始化联合的第一个元素digit
union hold valD = {.bigfl = 118.2};//指定初始化器

11.1 使用联合

fit.digit = 23;   // 把23存储在fit，占2字节
fit.digfl = 2.0;  // 清除23，存储2.0.占8字节
fit.letter = 'h'; // 清除2.0，存储h，占1个字节

点运算符：表示正在使用哪种数据类型。

用指针访问联合时要使用->运算符。

pu = &fit;
x = pu->digit;//相当于 x = fit.digit

在结构中储存与其成员有从属关系的信息(用一个成员把值储存在一个联合中，然后用另一个成员查看内容)。

匿名联合：一个机构或者联合的无名联合成员。

12 枚举类型

可以用枚举类型(enumerated type)声明符号名称来表示整型变量。使用enum关键字，可以创建一个新“类型”并指定它可具有的值(语法与结构的语法相同)。

目的:提高程序的可读性。

默认情况下，枚举常量是 int 类型的值，枚举列表中的常量都被赋予 0，1，2 等以此类推。

⚠️ 注意：C 允许枚举变量使用 ++ 运算符，在 C++标准中是不允许使用。

在枚举声明中，可以为枚举常量指定整数值。

如果只给一个枚举常量赋值，没有对后面的枚举常量赋值，那么后面的常量会被后续赋值。
enum feline {cat, lynx = 10, puma, tiger};

12.1 枚举 enum 的用法

目的：提高程序的可读性和可维护性。

枚举和宏其实非常类似：宏在预处理阶段将名字替换成对应的值，枚举在编译阶段将名字替换成对应的值

枚举语法定义格式为：

enum　枚举名　{枚举元素1,枚举元素2,……};

enum DAY
{
      MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
};

在 C 语言中，枚举类型是被当做 int 或者 unsigned int 类型来处理的，所以按照 C 语言规范是没有办法遍历枚举类型的。

⚠️ 注意：枚举只能在内部使用。

13 typedef 简介

typedef 是高级数据特性。利用 typedef 可以为某一类型自定义名称。

typedef 的作用域取决于 typedef 定义所在的位置。

如果定义在函数内部，属局部作用域。如果在函数外部，则具有文件作用域。

13.1 `typedef` 和 `define` 的区别

typedef创建的符号名只受限与类型，不能用于值。
typedef 由编译器解释，而不是预处理器。
在其受限范围里，typedef比#define更灵活

一般情况下，typeded 定义中使用大写字母表示被定义的名称。也可以使用小写。

typedef 中使用的名称遵循变量命名的规则。

将typedef用于来命名一个结构类型时，可以省略结构的标签。

13.2 使用 typedef 的原因

为经常出现的类型创建一个方便、易识别的类型名。
typedef 常用来给复杂的类型命名。

⚠️ 注意：使用typedef时，typedef 并没有创建任何新类型，只是为某个已存在的类型增加方便使用的标签。

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