[c语言日寄]结构体的使用及其拓展

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前言

在C语言的世界里，结构体（struct）是一种非常强大且灵活的工具，它允许我们自定义数据类型，将多个不同类型的数据组合在一起。这种特性使得结构体在处理复杂数据时变得非常方便。今天，我们就通过一个简单的程序来深入探讨结构体的使用，以及它在C语言中的重要性。

题目引入

下面程序的输出结果是：（ ）

struct stu
{
    int num;
    char name[10];
    int age;
};

void fun(struct stu *p)
{
	printf("%s\n",(*p).name);
	return;
}

int main()
{
	struct stu students[3] = {{9801,"zhang",20},
							 {9802,"wang",19},
                    {9803,"zhao",18} };
   fun(students + 1);
	return 0;
}

A.zhang
B.zhao
C.wang
D.18

在接下来的文章中，我们会一起把结构体的知识与题目结合起来，学习这一知识点。

一、结构体的定义与初始化

结构体的定义

结构体的定义通常使用struct关键字，后面跟着结构体名称和花括号{}括起来的成员列表：

struct stu
{
    int num;
    char name[10];
    int age;
};

这里，我们定义了一个名为struct stu的结构体，它包含三个成员：

• int num：表示学生的编号。
• char name[10]：表示学生的姓名，是一个长度为10的字符数组。
• int age：表示学生的年龄。

结构体的定义只是定义了一个数据类型，就像定义了一个模板。要使用这个结构体，我们需要创建结构体变量。创建变量的方式与基本数据类型相同：

struct stu a;//创建结构体变量

结构体变量的初始化

1. 直接初始化

在定义结构体变量时，可以直接为每个成员赋值：

struct stu student = {1001, "Alice", 20};

这里，student是一个struct stu类型的变量，它的num成员被初始化为1001，name成员被初始化为"Alice"，age成员被初始化为20。

2. 使用点运算符（.）逐个赋值

我们也可以在定义结构体变量后，使用点运算符逐个为成员赋值：

struct stu student;
student.num = 1002;
strcpy(student.name, "Bob");//使用了strcpy函数来为name成员赋值,name是一个字符数组，不能直接用赋值运算符=来赋值。
student.age = 21;

3. 使用指针访问结构体成员

除了直接使用结构体变量，我们还可以通过指针来访问结构体成员。

struct stu *p = &student;
printf("Name: %s, Age: %d\n", p->name, p->age);

这里，p是一个指向struct stu的指针，我们使用->运算符来访问结构体成员。

二、结构体数组的使用

结构体不仅可以单独使用，还可以作为数组的元素。结构体数组允许我们存储多个结构体变量，这在处理大量相关数据时非常方便。

//例如，我们可以在一个数组中存储多个学生的信息：
struct stu students[3] = {
    {9801, "zhang", 20},
    {9802, "wang", 19},
    {9803, "zhao", 18}
};

在这里，students是一个包含3个struct stu元素的数组。每个元素都是一个结构体变量。

遍历结构体数组

我们可以使用循环来遍历结构体数组，并访问每个元素的成员：

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("Student %d: Num = %d, Name = %s, Age = %d\n", i + 1, students[i].num, students[i].name, students[i].age);
}

这段代码会输出每个学生的编号、姓名和年龄。

使用指针访问结构体数组

与上文中使用指针为结构体变量初始化原理相同，我们也可以使用指针来访问结构体数组的元素：

struct stu *p = students;
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("Student %d: Num = %d, Name = %s, Age = %d\n", i + 1, p->num, p->name, p->age);
    p++;
}

这里，p是一个指向struct stu的指针，初始时指向students数组的第一个元素。通过p++操作，我们可以逐个访问数组中的每个元素。

三、函数与结构体

在C语言中，函数是程序的基本组成单元，它允许我们将代码模块化，提高代码的可读性和可维护性。结构体与函数的结合使用可以实现更复杂的功能。

函数参数传递

函数可以接收结构体变量作为参数。当我们传递结构体变量时，可以选择传递值或传递指针。

• 传递值时，函数会接收结构体的一个副本，对副本的修改不会影响原始变量。
• 传递指针时，函数会接收结构体的地址，可以直接修改原始变量。

我们定义了一个函数fun，它接收一个指向struct stu的指针作为参数：

void fun(struct stu *p)
{
    printf("%s\n", (*p).name);
    return;
}

这个函数的作用是打印传入的结构体变量的name成员。我们可以通过传递结构体数组的某个元素的地址来调用这个函数：

struct stu
{
    int num;
    char name[10];
    int age;
};

void fun(struct stu *p)
{
	printf("%s\n",(*p).name);
	return;
}

int main()
{
	struct stu students[3] = {{9801,"zhang",20},
							 {9802,"wang",19},
                    {9803,"zhao",18} };
   fun(students + 1);//函数调用
	return 0;
}

这里，students + 1表示数组中第二个元素的地址（即&students[1]）。因此，fun(students + 1)会打印出students[1]的name成员，即"wang"。

返回结构体变量

函数不仅可以接收结构体变量作为参数，还可以返回结构体变量。例如，我们可以编写一个函数来创建一个新的学生记录：

struct stu create_student(int num, const char *name, int age)
{
    struct stu student;
    student.num = num;
    strcpy(student.name, name);
    student.age = age;
    return student;
}

这个函数接收学生的编号、姓名和年龄作为参数，创建一个新的struct stu变量，并将其返回。

四、程序分析与输出结果

现在，让我们回到最初的问题。我们有一个程序，它的代码如下：

struct stu
{
    int num;
    char name[10];
    int age;
};

void fun(struct stu *p)
{
    printf("%s\n", (*p).name);
    return;
}

int main()
{
    struct stu students[3] = {
        {9801, "zhang", 20},
        {9802, "wang", 19},
        {9803, "zhao", 18}
    };
    fun(students + 1);
    return 0;
}

我们需要确定程序的输出结果。根据前面的分析，我们知道：

• students是一个包含3个元素的struct stu数组。
• students + 1表示数组中第二个元素的地址（即&students[1]）。
• fun(students + 1)会打印出students[1]的name成员。

故，程序的输出结果是"wang"。 所以，正确答案是： C. wang

五、结构体的高级特性

结构体在C语言中不仅仅是一个简单的数据组合工具，它还支持一些高级特性，这些特性使得结构体在复杂的应用场景中更加灵活和强大。

结构体嵌套

结构体可以嵌套，即一个结构体可以包含另一个结构体作为成员。例如，我们可以定义一个学生信息结构体，它包含一个地址信息结构体：

struct address
{
    char street[50];
    char city[30];
    char state[20];
    int zip;
};

struct stu
{
    int num;
    char name[10];
    int age;
    struct address addr;
};

这里，struct stu包含了一个struct address类型的成员addr。

我们可以通过点运算符访问嵌套结构体的成员：

struct stu student = {1001, "Alice", 20, {"123 Main St", "Springfield", "IL", 62704}};

printf("Student Name: %s, Address: %s, %s, %s, %d\n", student.name, student.addr.street, student.addr.city, student.addr.state, student.addr.zip);

结构体与联合体

联合体（union）是一种特殊的数据类型，它允许不同的数据类型共享同一块内存。结构体和联合体可以结合使用，实现一些有趣的功能。例如，我们可以定义一个结构体，它包含一个联合体成员：

struct stu
{
    int num;
    char name[10];
    int age;
    union {
        char gender;
        int id;
    } info;
};

这里，info是一个联合体成员，它既可以存储一个字符（gender），也可以存储一个整数（id）。我们可以通过联合体的成员名来访问它：

struct stu student = {1001, "Alice", 20};
student.info.gender = 'F';
printf("Student Name: %s, Gender: %c\n", student.name, student.info.gender);

结构体与位字段

位字段是结构体的一个特殊特性，它允许我们定义结构体成员的位宽度。这在处理硬件接口或需要节省内存的场景中非常有用:

struct stu
{
    int num : 16;  // num占用16位
    int age : 8;   // age占用8位
};

这里，num成员占用16位，age成员占用8位。
不过，位字段的使用需要谨慎一些，因为它的行为可能会因编译器而异。

总结

结构体是C语言中一个非常重要的概念，它允许我们将多个不同类型的数据组合在一起，形成一个逻辑上的整体。

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