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C语言-结构、联合、枚举

2023-03-06 103
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简介： C语言-结构、联合、枚举

结构

使用struct关键词，可以创造新的类型。
关键词struct取自structure，中文翻译为结构。
这种由多个不同的数据类型组成的类型，被称为结构。

struct {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
}

上面这一串结构类型虽然很长，但是，就相当于 int 类型一样。
如同在 int 后填变量名可以声明一个整型变量。
在结构类型后面填写变量名可以声明一个结构变量。

结构别名

现在，我们想定义多个人员信息结构变量。

struct {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
}timmy;
struct {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
}david;
struct {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
}jane;
在第一次声明结构变量时，在 struct与 {之间可以填写一个结构别名。若以后再次需要使用这种结构，仅需要使用 struct加 别名即可声明这种结构的变量。 
struct person {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
}timmy;
struct person david;
struct person jane;
可以将结构类型声明提取到最开头。让所有的结构变量均由别名来声明。相当于我们先造了一个模板，然后，用这个模板生成各个变量。 
struct person {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
};
struct person timmy;
struct person david;
struct person jane;
如果结构类型声明在一个函数中，那么别名只能在函数内部使用。 
void func1()
{
    struct person {
        char name[20];
        int gender;
        double height;
        double weight;
    };
    struct person timmy;
}
void func2()
{
    // 别名person无法在func2中使用
    struct person david;
}
如果需要在多个函数中使用结构别名，那么可以把它放到函数外面。 
// 结构声明放到函数外
struct person {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
};
void func1()
{
    struct person timmy;
}
void func2()
{
    struct person david;
}

初始化结构

类似于数组可以在声明时被初始化。
int arr[10] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
结构也能在声明时初始化。

struct person {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
};
struct person timmy = { "timmy", 1, 170.00, 60.00 };
printf("%s\n", timmy.name);
printf("%d\n", timmy.gender);
printf("%.2f\n", timmy.height);
printf("%.2f\n", timmy.weight);

结构变量初始化的形式和数组初始化的形式类似。
在声明时，其后跟等号与初始化列表。
结构的初始化列表的写法需要注意如下4点：

  1. 初始化列表由花括号包括。
  2. 花括号内为结构成员需要被初始化的值。
  3. 初始化值按照结构成员声明时的顺序依次排列
  4. 每个初始化值之间由逗号分隔。

结构数组

struct person {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
};
struct person people[3] = {
{"timmy", 1, 170.00, 60.00},
{"david", 1, 175.00, 65.00},
{"jane", 2, 165.00, 55.00}
};
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    struct person per = people[i];
    printf("%s ", per.name);
    printf("%d ", per.gender);
    printf("%.2f ", per.height);
    printf("%.2f\n", per.weight);
}

结构数组与基本变量数组类似，使用方括号内填数组元素个数进行声明。
struct person people[3];
初始化列表也可用于初始化结构数组，初始化列表中依次填每个结构的初始化列表，每个结构的初始化列表之间由逗号分隔。

{
{"timmy", 1, 170.00, 60.00},
{"david", 1, 175.00, 65.00},
{"jane", 2, 165.00, 55.00}
};

使用方括号内填下标可以访问结构数组中的元素。同样地，下标也是从0开始的。
people[i]
不同于数组，可以对结构使用赋值，或使用一个结构初始化一个结构。

struct person per = people[i];
//
struct person per;
per = people[i];

嵌套结构

一个结构可以作为另一个结构的成员。
例如，我们声明一个结构，用于存储通讯方式。通讯方式由电话号码，邮箱组成。
现在，我们需要记录每个人员的通讯方式。可以把这个结构作为人员结构的成员

#include<stdio.h>
int main()
{
    struct contact {
        char phone[20];
        char email[20];
    };
    struct person {
        char name[20];
        int gender;
        double height;
        double weight;
        struct contact c;
    };
    struct person timmy = {
    "timmy", 1, 170.00, 60.00, {"130123456678", "timmy@xxx.com"}
    };
    printf("%s ", timmy.name);
    printf("%d ", timmy.gender);
    printf("%.2f ", timmy.height);
    printf("%.2f\n", timmy.weight);
    printf("%s\n", timmy.c.phone);
    printf("%s\n", timmy.c.email);
    return 0;
}

使用.加字段名可以访问到通讯方式结构。再次使用.加字段名即可访问其内部的成员

输出结果 
timmy 1 170.00 60.00
130123456678
timmy@xxx.com

指向结构的指针

指针可以指向基本数据类型或者是数组。当然，指针也可以指向结构。

struct person {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
};
struct person timmy = { "timmy", 1, 170.00, 60.00 };
struct person* pTimmy = &timmy;

和往常一样，加上星号* 用于声明一个指针。使用取地址运算符& ，可以获取指针。
那么怎样使用指向结构的指针呢？
由于取地址& 与取值* 它们具有可逆关系，我们可以把指针先转为结构再使用。

printf("%s\n", (*pTimmy).name);
printf("%d\n", (*pTimmy).gender);
printf("%.2f\n", (*pTimmy).height);
printf("%.2f\n", (*pTimmy).weight);

由于成员运算符**.**的优先级高于取值运算符*****。为了让取值*先运算符，必须使用括号包括* pTimmy 。
另外，C语言中提供了更加方便的写法，成员间接运算符**->**
(*pTimmy).name等价于pTimmy->name

printf("%s\n", pTimmy->name);
printf("%d\n", pTimmy->gender);
printf("%.2f\n", pTimmy->height);
printf("%.2f\n", pTimmy->weight);

结构在函数中传递

现在，我们将结构当作参数传入函数。在函数内部修改传入的参数。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
struct person {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
};
void change(struct person per)
{
    strcpy(per.name, "david");
    per.gender = 1;
    per.height = 175.00;
    per.weight = 65.00;
}
int main()
{
    struct person timmy = { "timmy", 1, 170.00, 60.00 };
    change(timmy);
    printf("%s\n", timmy.name);
    printf("%d\n", timmy.gender);
    printf("%.2f\n", timmy.height);
    printf("%.2f\n", timmy.weight);
    return 0;
}

由于实参timmy与实参per是相互独立的。修改函数change内的 per 无法改动实参timmy

timmy
1
170.00
60.00

利用指针修改结构

在函数change内部可以通过指针，找到结构变量timmy。并且，对其进行修改。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
struct person {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
};
void change(struct person* per)
{
    strcpy(per->name, "david");
    per->gender = 1;
    per->height = 175.00;
    per->weight = 65.00;
}
int main()
{
    struct person timmy = { "timmy", 1, 170.00, 60.00 };
    change(&timmy);
    printf("%s\n", timmy.name);
    printf("%d\n", timmy.gender);
    printf("%.2f\n", timmy.height);
    printf("%.2f\n", timmy.weight);
    return 0;
}
输出结果 
david
1
175.00
65.00

将一个结构从函数返回

从函数返回了david的数据，并且在将其赋值给了timmy。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
struct person {
    char name[20];
    int gender;
    double height;
    double weight;
};
struct person change()
{
    struct person per;
    strcpy(per.name, "david");
    per.gender = 1;
    per.height = 175.00;
    per.weight = 65.00;
    return per;
}
int main()
{
    struct person timmy = { "timmy", 1, 170.00, 60.00 };
    timmy = change();
    printf("%s\n", timmy.name);
    printf("%d\n", timmy.gender);
    printf("%.2f\n", timmy.height);
    printf("%.2f\n", timmy.weight);
    return 0;
}

联合

联合与结构

联合的语法非常类似于结构的语法，几乎仅仅换了一个关键词而已。
想组合char、short、long long，可以像如下代码写法:

struct {
    char c;
    short s;
    long long ll;
}s;

联合char、short、long long，可以像如下代码写法:

union {
    char c;
    short s;
    long long ll;
}u;

联合，关键词为**union**

测量一下联合与结构的大小 
#include<stdio.h>
int main()
{
    struct {
        char c;
        short s;
        long long ll;
    }s;
    union {
        char c;
        short s;
        long long ll;
    }u;
    printf("sizeof s %d\n", sizeof(s));
    printf("sizeof u %d\n", sizeof(u));
}
结构 s 测得大小为16，而联合 u 测得大小为8 
sizeof s 16
sizeof u 8

对于结构来说，char占用1字节，short占用2个字节。long long占用8字节。如果它们相邻紧密排列，按理说会占用11个字节。

#include<stdio.h>
int main()
{
    struct {
        char c;
        short s;
        long long ll;
    }s;
    union {
        char c;
        short s;
        long long ll;
    }u;
    printf("&s.c %d \n", &s.c);
    printf("&s.s %d \n", &s.s);
    printf("&s.ll %d \n\n", &s.ll);
    printf("&u.c %d \n", &u.c);
    printf("&u.s %d \n", &u.s);
    printf("&u.ll %d \n", &u.ll);
}
输出地址 
&s.c 3537784
&s.s 3537786
&s.ll 3537792

&u.c 3537768
&u.s 3537768
&u.ll 3537768

根据地址，画出结构s各个成员的内存排布情况。char与short只留空了一个字节，而short与long long之间留空了4个字节。

这种现象被称为内存对齐，虽然会浪费一些内存空间，对齐后的数据能够被更快的访问。

画出联合

联合中的成员首地址是重叠的，这意味着联合的大小为联合中最大成员的大小。

联合的性质

既然各成员之间有重叠的部分，那么存储一个成员后，将覆盖掉其他成员的数据。

#include<stdio.h>
int main()
{
    struct {
        char c;
        short s;
        long long ll;
    }s;
    union {
        char c;
        short s;
        long long ll;
    }u;
    u.c = 123;
    printf("u.c = %d\n", u.c);
    u.s = 0;
    printf("u.c = %d\n", u.c);
}
输出结果 
u.c = 123
u.c = 0


由于共用了一段内存，存储一个成员后，将覆盖其他成员的数据。所以，联合也被翻译为共用。

联合应用举例

有一种信息，它只有3种形态：

  1. 整数
  2. 浮点数
  3. 字符串

并且，一次只能出现一种形态。
如果用结构struct来存储这种信息。而这个信息可能是整型，可能是浮点数，也可能是字符串。那么，需要准备三个不同类型的成员。由于一次只会出现一种形态，所以，每次仅用一个成员，另外两个
留空。
另外，需要一个整型的type成员来标记这一次是什么类型。例如：1代表整型，2代表浮点，3代表字符串。

#include <stdio.h>
struct message
{
    int type;
    int n;
    float f;
    char* str;
};
void printMsg(struct message msg)
{
    switch (msg.type)
    {
    case 1:
        printf("%d\n", msg.n);
        break;
    case 2:
        printf("%f\n", msg.f);
        break;
    case 3:
        printf("%s\n", msg.str);
        break;
    }
}
int main()
{
    struct message msg[3];
    // 第一个信息为整型，type为1
    msg[0].type = 1;
    msg[0].n = 123;
    // 第二个信息为浮点型，type为2
    msg[1].type = 2;
    msg[1].f = 3.1415926;
    // 第三个信息为字符串，type为3
    msg[2].type = 3;
    msg[2].str = "HelloWorld";
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        printMsg(msg[i]);
    }
    return 0;
}
输出结果 
123
3.141593
HelloWorld

很显然，每一个信息中，都有两个成员变量是空置的。但是，如果使用联合 union 就能将这三个不同类型的成员所占空间合而为一。

type成员是一定需要有的，否则无法判断是什么类型的信息。所以，它不能合并进入union。
拿到消息后，同样也需要根据消息的type用不同的方式处理。确定type后，再从msg中找到union成员u，再根据类型，选择对应的成员进行处理。

#include <stdio.h>
struct message
{
    int type;
    union {
        int n;
        float f;
        char* str;
    }u;
};
void printMsg(struct message msg)
{
    switch (msg.type)
    {
    case 1:
        printf("%d\n", msg.u.n);
        break;
    case 2:
        printf("%f\n", msg.u.f);
        break;
    case 3:
        printf("%s\n", msg.u.str);
        break;
    }
}
int main()
{
    struct message msg[3];
    // 第一个信息为整型，type为1
    msg[0].type = 1;
    msg[0].u.n = 123;
    // 第二个信息为浮点型，type为2
    msg[1].type = 2;
    msg[1].u.f = 3.14159;
    // 第三个信息为字符串，type为3
    msg[2].type = 3;
    msg[2].u.str = "HelloWorld";
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        printMsg(msg[i]);
    }
    return 0;
}
输出结果 
123
3.141590
HelloWorld

还有一种匿名嵌套的写法。嵌套的union中没必要写明成员名u。在其后的使用中，union中的成员当做message的成员一样处理。

#include <stdio.h>
struct message
{
    int type;
    union {
        int n;
        float f;
        char* str;
    }; // 这里省去成员名u，作为匿名嵌套成员。
};
void printMsg(struct message msg)
{
    switch (msg.type)
    {
    case 1:
        printf("%d\n", msg.n); // msg.u.n省略为msg.n
        break;
    case 2:
        printf("%f\n", msg.f); // msg.u.f省略为msg.f
        break;
    case 3:
        printf("%s\n", msg.str); // msg.u.str省略为msg.str
        break;
    }
}
int main()
{
    struct message msg[3];
    // 第一个信息为整型，type为1
    msg[0].type = 1;
    msg[0].n = 123;
    // 第二个信息为浮点型，type为2
    msg[1].type = 2;
    msg[1].f = 3.14159;
    // 第三个信息为字符串，type为3
    msg[2].type = 3;
    msg[2].str = "HelloWorld";
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        printMsg(msg[i]);
    }
    return 0;
}
输出结果 
123
3.141590
HelloWorld

枚举

枚举只是为整形取了一个别名，让代码中不要出现数值。
在之前的例子中，我们使用数字来代表消息的类别。1代表整型，2代表浮点，3代表字符串。
使用数字虽然功能上完全可以达到需要的效果。但是，如果类型越来越多的情况下，人很难记住哪一个数字对应哪一种类型。
所以，C语言中提供了一种特殊的整型，枚举类型。其关键词为enum。
我们把数字1，2，3用有意义的英文替代，这些英文都是可以随意命名的，只要你能看到并认识它对应着什么类型就行。
例如：

  • 1对应eInteger
  • 2对应eFloat
  • 3对应eString

接着，把它们像结构struct类似的形式，声明在一个花括号里面。不过，关键词改为枚举enum。

#include <stdio.h>
enum msgType {
    eInteger,
    eFloat,
    eString
};
int main()
{
    printf("%d\n", eInteger);
    printf("%d\n", eFloat);
    printf("%d\n", eString);
    return 0;
}
输出结果 
0
1
2

eInteger 的值为0， eFloat 的值为1， eString 的值为2

让枚举从1开始

#include <stdio.h>
enum msgType {
    eInteger = 1, // 让枚举符从1开始
    eFloat,
    eString
};
int main()
{
    printf("%d\n", eInteger);
    printf("%d\n", eFloat);
    printf("%d\n", eString);
    return 0;
}

输出结果

1
2
3

指定每一个枚举中每一个成员对应的数值。

#include <stdio.h>
enum msgType {
    eInteger = 1,
    eFloat = 3,
    eString = 5
};
int main()
{
    printf("%d\n", eInteger);
    printf("%d\n", eFloat);
    printf("%d\n", eString);
    return 0;
}
输出结果 
1
3
5

枚举应用

#include <stdio.h>
enum msgType {
    eInteger,
    eFloat,
    eString
};
struct message
{
    enum msgType type;
    union {
        int n;
        float f;
        char* str;
    };
};
void printMsg(struct message msg)
{
    switch (msg.type)
    {
    case eInteger:  //等价于case 0
        printf("%d\n", msg.n);
        break;
    case eFloat:    //等价于case 1
        printf("%f\n", msg.f);
        break;
    case eString:   //等价于case 2
        printf("%s\n", msg.str);
        break;
    }
}
int main()
{
    struct message msg[3];
    // 第一个信息为整型，type为eInteger
    msg[0].type = eInteger;
    msg[0].n = 123;
    // 第二个信息为浮点型，type为eFloat
    msg[1].type = eFloat;
    msg[1].f = 3.14159;
    // 第三个信息为字符串，type为eString
    msg[2].type = eString;
    msg[2].str = "HelloWorld";
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        printMsg(msg[i]);
    }
    return 0;
}
  1. 使用枚举替代数字
  2. 拿到信息后，判断是哪一个枚举值
  3. 使用枚举值进行赋值
输出结果 
123
3.141590
HelloWorld
文章标签：
C语言
存储
关键词：
C语言结构
C语言枚举
C语言结构枚举
WuShF
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本章节介绍了C语言中的选择结构，包括关系表达式、逻辑表达式及其运算符的优先级，并通过示例详细解释了 `if` 语句的不同形式和 `switch` 语句的使用方法。此外，还概述了循环结构，包括 `while`、`do-while` 和 `for` 循环，并解释了 `break` 和 `continue` 控制语句的功能。最后，提供了两道例题以加深理解。
小徐在进步
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平凡程序猿~
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2月前
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深入理解C语言中的枚举
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平凡程序猿~
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小徐在进步
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3月前
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数据结构基础详解(C语言): 二叉树的遍历_线索二叉树_树的存储结构_树与森林详解
本文从二叉树遍历入手，详细介绍了先序、中序和后序遍历方法，并探讨了如何构建二叉树及线索二叉树的概念。接着，文章讲解了树和森林的存储结构，特别是如何将树与森林转换为二叉树形式，以便利用二叉树的遍历方法。最后，讨论了树和森林的遍历算法，包括先根、后根和层次遍历。通过这些内容，读者可以全面了解二叉树及其相关概念。
小徐在进步
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是店小二呀
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2月前
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【C语言】自定义类型：联合与枚举的简明概述
【C语言】自定义类型：联合与枚举的简明概述
是店小二呀
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