C 语言中的结构体

C 语言中的结构体是一种派生数据类型或用户自定义数据类型。我们使用关键字 struct 来定义一种自定义数据类型，将不同类型的元素组合在一起。数组和结构体的区别在于，数组是相似类型的同质集合，而结构体可以相邻存储不同类型的元素，并通过名称进行标识。

我们经常需要处理不同数据类型的值，这些值之间存在一定的关系。例如，一本 book 由其 title(字符串)、author(字符串)、price(双精度型)、number of pages(整数型)等描述。这些值可以存储在一个 struct 变量中，而无需使用四个不同的变量。

声明(创建)结构体

您可以使用 "struct" 关键字加上structure_tag(结构体名称)来创建(声明)结构体，并在花括号内声明结构体的所有成员及其数据类型。

要定义结构体，必须使用 struct 语句。 struct 语句定义了一个新的数据类型，该类型包含多个成员。

结构体声明的语法

声明结构的格式(语法)如下:-

struct [structure tag]{
   member definition;
   member definition;
   ...
   member definition;
} [one or more structure variables];

结构体标签是可选的，每个成员定义都是一个普通的变量定义，例如"int i;"或"float f;"。或任何其他有效的变量定义。

在结构体定义的末尾，在最后一个分号之前，您可以指定一个或多个结构体变量，但这是可选的。

示例

在下面的示例中，我们为 Book 声明了一个结构体来存储书籍的详细信息 -

struct book{
   char  title[50];
   char  author[50];
   double price;
   int   pages;
} book1;

此处，我们在结构体定义的末尾声明了结构体变量 book1。不过，您也可以在不同的语句中单独声明。

结构体变量声明

要访问和操作结构体成员，需要先声明其变量。声明结构体变量时，请将结构体名称与 "struct" 关键字一起写入，后跟结构体变量的名称。此结构体变量将用于访问和操作结构体成员。

示例

以下语句演示了如何声明(创建)结构体变量

struct book book1;

通常，结构体在程序中定义第一个函数之前声明，位于 include 语句之后。这样，派生类型便可用于在任何函数内声明其变量。

结构体初始化

结构体变量的初始化是通过将每个元素的值放在大括号内来完成的。

示例

以下语句演示了结构体的初始化

struct book book1 = {"Learn C", "Dennis Ritchie", 675.50, 325};

访问结构体成员

要访问结构体成员，首先需要声明一个结构体变量，然后使用点 (.) 运算符以及该结构体变量。

示例 1

使用点 (.) 运算符访问结构体变量 book1 的四个元素。因此，"book1.title"指的是书名元素，"book1.author"是作者姓名，"book1.price"是价格，"book1.pages"是第四个元素(页数)。

请看以下示例 -

#include <stdio.h>

struct book{
   char title[10];
   char author[20];
   double price;
   int pages;
};

int main(){
   struct book book1 = {"Learn C", "Dennis Ritchie", 675.50, 325};
   
   printf("Title:  %s 
", book1.title);
   printf("Author: %s 
", book1.author);
   printf("Price:  %lf
", book1.price);
   printf("Pages:  %d 
", book1.pages);
   printf("Size of book struct: %d", sizeof(struct book));
   return 0;
}

输出

运行代码并检查其输出 −

Title:  Learn C 
Author: Dennis Ritchie 
Price:  675.500000
Pages:  325 
Size of book struct: 48

示例 2

对上面的程序进行一些小修改。在这里，我们将类型定义和变量声明放在一起，如下所示 -

struct book{
    char title[10];
    char author[20];
    double price;
    int pages;
} book1;

请注意，如果您以这种方式声明结构体变量，则不能使用花括号初始化它。相反，需要对元素单独赋值。

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

struct book{
   char title[10];
   char author[20];
   double price;
   int pages;
} book1;

int main(){
   strcpy(book1.title, "Learn C");
   strcpy(book1.author, "Dennis Ritchie");
   book1.price = 675.50;
   book1.pages = 325;
   
   printf("Title: %s 
", book1.title);
   printf("Author: %s 
", book1.author);
   printf("Price: %lf 
", book1.price);
   printf("Pages: %d 
", book1.pages);
   return 0;
}

输出

当您执行此代码时，它将产生以下输出 -

Title: Learn C 
Author: Dennis Ritchie 
Price: 675.500000 
Pages: 325

复制结构体

赋值运算符 (=) 可用于直接复制结构体。您也可以使用赋值运算符 (=) 将一个结构体成员的值赋给另一个结构体。

假设有两个结构体 book 变量，book1 和 book2。变量 book1 已通过声明初始化，我们希望将其元素的值赋给 book2。

我们可以按如下方式对各个元素进行赋值 -

struct book book1 = {"Learn C", "Dennis Ritchie", 675.50, 325}, book2;
   strcpy(book2.title, book1.title);
   strcpy(book2.author, book1.author);
   book2.price = book1.price;
   book2.pages = book1.pages;

请注意，使用 strcpy() 函数将值赋给 string 变量，而不是使用"="运算符。

示例

您还可以将 book1 赋值给 book2，这样 book1 的所有元素都会分别赋值给 book2 的元素。请看以下程序代码 -

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

struct book{
   char title[10];
   char author[20];
   double price;
   int pages;
};

int main(){
   struct book book1 = {"Learn C", "Dennis Ritchie", 675.50, 325}, book2;
   book2 = book1;
   
   printf("Title: %s 
", book2.title);
   printf("Author: %s 
", book2.author);
   printf("Price: %lf 
", book1.price);
   printf("Pages: %d 
", book1.pages);
   printf("Size of book struct: %d", sizeof(struct book));
   return 0;
}

输出

运行代码并检查其输出 −

Title: Learn C 
Author: Dennis Ritchie 
Price: 675.500000 
Pages: 325 
Size of book struct: 48

结构体作为函数参数

您可以像传递其他变量或指针一样，将结构体作为函数参数传递。

示例

查看以下程序代码。它演示了如何将结构体作为函数参数传递 -

#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
struct Books{
   char title[50];
   char author[50];
   char subject[100];
   int  book_id;
};

/* 函数声明 */
void printBook(struct Books book);

int main(){
    struct Books Book1; /* 将 Book1 声明为 Book 类型 */
    struct Books Book2; /* 将 Book2 声明为 Book 类型 */
    
    /* 书 1 的说明 */
   strcpy(Book1.title, "C Programming");
   strcpy(Book1.author, "Nuha Ali"); 
   strcpy(Book1.subject, "C Programming Tutorial");
   Book1.book_id = 6495407;
    
    /* 书 2 的说明 */
   strcpy(Book2.title, "Telecom Billing");
   strcpy(Book2.author, "Zara Ali");
   strcpy(Book2.subject, "Telecom Billing Tutorial");
   Book2.book_id = 6495700;
    
    /* 打印 Book1 的信息 */
    printBook(Book1);
    
    /* 打印 Book2 的信息 */
    printBook(Book2);
    return 0;
}

void printBook(struct Books book){

   printf("Book title : %s
", book.title);
   printf("Book author : %s
", book.author);
   printf("Book subject : %s
", book.subject);
   printf("Book book_id : %d
", book.book_id);
}

输出

当编译并执行上述代码时，它会产生以下结果 -

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

指向结构的指针

您可以像定义指向任何其他变量的指针一样定义指向结构的指针。

指向结构的指针的声明

您可以按如下方式声明指向结构的指针(或结构指针):

struct Books *struct_pointer;

指向结构的指针的初始化

您可以将结构变量的地址存储在上述指针变量struct_pointer中。要查找结构变量的地址，请在"&"结构体名称前的运算符如下:-

struct_pointer = & book1;

让我们将结构体变量的地址存储在结构体指针变量中。

struct book{
   char title[10];
   char author[20];
   double price;
   int pages;
};
struct book book1 = {"Learn C", "Dennis Ritchie", 675.50, 325},
struct book *strptr;

使用指向结构体的指针访问成员

要使用指向结构体的指针访问结构体的成员，必须使用 运算符，如下所示 -

struct_pointer->title;

C 语言将符号定义为与结构体指针一起使用的 间接运算符(也称为 结构体解引用运算符)。它有助于访问指针引用的结构体变量的元素。

示例

在此示例中，strptr 是指向 struct book book1 变量的指针。因此，strrptrtitle 返回标题，就像 book1.title 一样。

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

struct book{
   char title[10];
   char author[20];
   double price;
   int pages;
};

int main (){
   struct book book1 = {"Learn C", "Dennis Ritchie", 675.50, 325};
   struct book *strptr;
   strptr = &book1;
   
   printf("Title: %s 
", strptr -> title);
   printf("Author: %s 
", strptr -> author);
   printf("Price: %lf 
", strptr -> price);
   printf("Pages: %d 
", strptr -> pages); 
   return 0;
}

输出

运行此代码时，将产生以下输出 -

Title: Learn C 
Author: Dennis Ritchie 
Price: 675.500000 
Pages: 325

注意:点运算符 (.) 用于通过 struct 变量访问结构体元素。要通过其指针访问元素，必须使用 间接寻址 (->) 运算符

。

结构体变量类似于普通的主类型变量，您可以拥有一个结构体数组，可以将结构体变量传递给函数，也可以从函数返回一个结构体。

您可能已经注意到，在声明变量或指针时，需要在名称前加上"结构体类型"前缀。可以通过使用 typedef 关键字创建简写符号来避免这种情况，我们将在后续章节中对此进行解释。

结构体用于不同的应用程序，例如数据库、文件管理应用程序，以及处理复杂的数据结构，例如树形结构和链表。

位域

位域允许将数据打包到结构体中。当内存或数据存储紧张时，这尤其有用。典型示例包括:-

将多个对象打包成一个机器字，例如，可以压缩 1 位标志。
读取外部文件格式 - 可以读取非标准文件格式，例如 9 位整数。

声明

C 语言允许我们在结构体定义中通过在变量后添加 :bit length 来实现此目的。例如:-

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;

此处，packed_struct 包含 6 个成员:四个 1 位标志 f1..f3、一个 4 位类型和一个 9 位 my_int。

C 语言会自动尽可能紧凑地打包上述位字段，前提是这些字段的最大长度小于或等于计算机的整数字长。如果不是这种情况，某些编译器可能会允许这些字段的内存重叠，而其他编译器则会将下一个字段存储在下一个字中。

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