第7章 结构体与共用体
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高级章节 重点掌握 结构体是组织复杂数据的重要工具
本章概述
前几章我们学习了基本数据类型（整型、浮点型、字符型等），但这些类型只能表示单一的数据。实际应用中，我们经常需要处理由多个不同类型数据组成的复合数据。
本章主要内容：
- 结构体的定义和使用
- 结构体数组
- 结构体指针
- 共用体
- 枚举类型
- typedef类型定义
结构体
什么是结构体？
结构体（struct）是一种用户自定义的数据类型，它可以将不同类型的数据组合在一起，形成一个整体。
💡 结构体的特点
- 由不同类型的数据成员组成
- 所有成员共享同一块内存，各自占用不同的空间
- 可以嵌套定义
- 大小是所有成员大小之和（可能存在填充）
定义结构体
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| // 方式1：先定义类型，再定义变量
struct Student {
char name[50];
int age;
float score;
};
struct Student stu1, stu2;
// 方式2：定义类型的同时定义变量
struct Student {
char name[50];
int age;
float score;
} stu1, stu2;
// 方式3：使用typedef简化类型名
typedef struct {
char name[50];
int age;
float score;
} Student;
Student stu1, stu2; // 不需要再写struct
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初始化结构体
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| struct Student {
char name[50];
int age;
float score;
};
// 初始化方式1：按顺序初始化
struct Student stu1 = {"张三", 20, 85.5};
// 初始化方式2：指定成员初始化
struct Student stu2 = {.name = "李四", .age = 21, .score = 90.0};
// 初始化方式3：先定义后赋值
struct Student stu3;
strcpy(stu3.name, "王五");
stu3.age = 22;
stu3.score = 88.5;
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访问结构体成员
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| #include
#include
struct Student {
char name[50];
int age;
float score;
};
int main() {
struct Student stu;
// 访问成员
strcpy(stu.name, "张三");
stu.age = 20;
stu.score = 85.5;
// 输出成员
printf("姓名：%s\n", stu.name);
printf("年龄：%d\n", stu.age);
printf("成绩：%.2f\n", stu.score);
return 0;
}
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结构体数组
结构体数组的每个元素都是一个结构体：
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| #include
struct Student {
char name[50];
int age;
float score;
};
int main() {
// 定义结构体数组
struct Student students[3] = {
{"张三", 20, 85.5},
{"李四", 21, 90.0},
{"王五", 22, 88.5}
};
// 遍历结构体数组
for (int i = 0; i < 3; i++) {
printf("学生%d：%s, %d岁, %.2f分\n",
i + 1,
students[i].name,
students[i].age,
students[i].score);
}
return 0;
}
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结构体指针
指向结构体的指针
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| #include
struct Student {
char name[50];
int age;
float score;
};
int main() {
struct Student stu = {"张三", 20, 85.5};
struct Student *p = &stu
// 方式1：使用解引用和点运算符
printf("姓名：%s\n", (*p).name);
// 方式2：使用箭头运算符（推荐）
printf("年龄：%d\n", p->age);
printf("成绩：%.2f\n", p->score);
return 0;
}
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结构体指针作为函数参数
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| #include
struct Student {
char name[50];
int age;
float score;
};
// 使用结构体指针作为参数，避免拷贝整个结构体
void printStudent(struct Student *p) {
printf("姓名：%s\n", p->name);
printf("年龄：%d\n", p->age);
printf("成绩：%.2f\n", p->score);
}
void updateScore(struct Student *p, float newScore) {
p->score = newScore;
}
int main() {
struct Student stu = {"张三", 20, 85.5};
printStudent(&stu);
updateScore(&stu, 90.0);
printf("更新后成绩：%.2f\n", stu.score);
return 0;
}
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结构体嵌套
结构体可以包含另一个结构体作为成员：
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| #include
struct Date {
int year;
int month;
int day;
};
struct Student {
char name[50];
struct Date birthday; // 嵌套结构体
float score;
};
int main() {
struct Student stu = {
"张三",
{2000, 5, 15},
85.5
};
printf("姓名：%s\n", stu.name);
printf("生日：%d年%d月%d日\n",
stu.birthday.year,
stu.birthday.month,
stu.birthday.day);
printf("成绩：%.2f\n", stu.score);
return 0;
}
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共用体
什么是共用体？
共用体（union）是一种特殊的数据类型，它允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。所有成员共享同一块内存，同时只能有一个成员有效。
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| #include
union Data {
int i;
float f;
char str[20];
};
int main() {
union Data data;
data.i = 10;
printf("data.i: %d\n", data.i); // 输出：10
data.f = 220.5;
printf("data.f: %.2f\n", data.f); // 输出：220.50
strcpy(data.str, "C Programming");
printf("data.str: %s\n", data.str); // 输出：C Programming
// 注意：现在data.i和data.f的值已经失效
printf("data.i: %d\n", data.i); // 输出不确定的值
return 0;
}
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结构体与共用体的区别
| 特性 |
结构体 |
共用体 |
| 内存占用 |
所有成员大小之和 |
最大成员的大小 |
| 成员同时有效 |
是 |
否，同时只有一个成员有效 |
| 用途 |
组合不同类型的数据 |
节省内存或实现多态 |
💡 共用体的应用
共用体常用于节省内存或实现数据的多种解释方式，如在嵌入式系统中。
枚举类型
定义枚举
枚举（enum）是一组命名的整数常量：
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| // 定义枚举类型
enum Weekday {
SUNDAY,
MONDAY,
TUESDAY,
WEDNESDAY,
THURSDAY,
FRIDAY,
SATURDAY
};
// 使用枚举
enum Weekday today = WEDNESDAY;
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枚举的使用
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| #include
enum Weekday {
SUNDAY = 0, // 可以指定值
MONDAY, // 自动为1
TUESDAY, // 自动为2
WEDNESDAY, // 自动为3
THURSDAY, // 自动为4
FRIDAY, // 自动为5
SATURDAY // 自动为6
};
int main() {
enum Weekday today = WEDNESDAY;
if (today == WEDNESDAY) {
printf("今天是星期%d\n", today); // 输出：今天是星期3
}
// 枚举可以用在switch中
switch (today) {
case MONDAY:
printf("星期一\n");
break;
case WEDNESDAY:
printf("星期三\n");
break;
default:
printf("其他\n");
}
return 0;
}
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typedef类型定义
typedef用于为已有类型定义新的名称：
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| #include
// 为基本类型定义别名
typedef int INTEGER;
typedef float REAL;
// 为结构体定义别名
typedef struct {
char name[50];
int age;
} Person;
// 为指针定义别名
typedef int* IntPtr;
int main() {
INTEGER x = 10;
REAL y = 3.14;
Person p = {"张三", 20};
IntPtr ptr = &x
printf("x = %d\n", *ptr);
return 0;
}
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💡 typedef的优点
- 提高代码可读性
- 简化复杂的类型声明
- 便于跨平台移植
综合示例：学生信息管理系统
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| #include
#include
#define MAX_STUDENTS 100
// 定义日期结构体
typedef struct {
int year;
int month;
int day;
} Date;
// 定义性别枚举
typedef enum {
MALE,
FEMALE
} Gender;
// 定义学生结构体
typedef struct {
int id; // 学号
char name[50]; // 姓名
Gender gender; // 性别
Date birthday; // 生日
float score; // 成绩
} Student;
int studentCount = 0;
Student students[MAX_STUDENTS];
// 添加学生
void addStudent() {
if (studentCount >= MAX_STUDENTS) {
printf("学生人数已满！\n");
return;
}
Student s;
printf("学号：");
scanf("%d", &s.id);
printf("姓名：");
scanf("%s", s.name);
int g;
printf("性别（0-男，1-女）：");
scanf("%d", &g);
s.gender = (Gender)g;
printf("生日（年 月 日）：");
scanf("%d %d %d", &s.birthday.year, &s.birthday.month, &s.birthday.day);
printf("成绩：");
scanf("%f", &s.score);
students[studentCount++] = s;
printf("添加成功！\n");
}
// 显示所有学生
void displayStudents() {
if (studentCount == 0) {
printf("暂无学生信息！\n");
return;
}
printf("\n%-10s %-20s %-10s %-15s %s\n",
"学号", "姓名", "性别", "生日", "成绩");
printf("--------------------------------------------------------\n");
for (int i = 0; i < studentCount; i++) {
printf("%-10d %-20s %-10s %04d-%02d-%02d %.2f\n",
students[i].id,
students[i].name,
students[i].gender == MALE ? "男" : "女",
students[i].birthday.year,
students[i].birthday.month,
students[i].birthday.day,
students[i].score);
}
}
// 按学号查找学生
void searchStudent() {
int id;
printf("请输入学号：");
scanf("%d", &id);
for (int i = 0; i < studentCount; i++) {
if (students[i].id == id) {
printf("\n找到学生：\n");
printf("学号：%d\n", students[i].id);
printf("姓名：%s\n", students[i].name);
printf("性别：%s\n", students[i].gender == MALE ? "男" : "女");
printf("生日：%04d-%02d-%02d\n",
students[i].birthday.year,
students[i].birthday.month,
students[i].birthday.day);
printf("成绩：%.2f\n", students[i].score);
return;
}
}
printf("未找到该学生！\n");
}
int main() {
int choice;
while (1) {
printf("\n===== 学生信息管理系统 =====\n");
printf("1. 添加学生\n");
printf("2. 显示所有学生\n");
printf("3. 查找学生\n");
printf("4. 退出\n");
printf("请选择：");
scanf("%d", &choice);
switch (choice) {
case 1: addStudent(); break;
case 2: displayStudents(); break;
case 3: searchStudent(); break;
case 4: return 0;
default: printf("无效选择！\n");
}
}
return 0;
}
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本章小结
- ✓ 掌握了结构体的定义和使用
- ✓ 学会了结构体数组和指针
- ✓ 理解了共用体与结构体的区别
- ✓ 掌握了枚举类型的使用
- ✓ 学会了typedef定义类型别名
下一步学习