第21课 结构体
文章目录
- 前言
- 一、结构体类型概述
- 二、定义结构体类型及其变量
- 三、结构体成员调用
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- 1. 使用成员运算符直接引用
- 2. 使用结构体指针，用指向运算符引用
- 四、结构体作为函数参数
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- 示例1
- 示例2
- 五、从函数返回一个结构体
- 六、自定义数据类型——typedef
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- 1．为基本数据类型定义新类型名
- 2．为数组定义新类型名
- 3．为结构体类型定义新类型名
- 课后练习
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- 1. 阅读下面的代码，写出程序运行的结果。
- 2. 阅读下面的代码，写出程序运行的结果。
- 3. 阅读下面的代码，写出程序运行的结果。
- 4. 求每一个学生的总成绩和平均成绩
- 总结
前言
结构体是一个由程序员定义的数据类型，可以容纳许多不同的数据值。在过去，面向对象编程的应用尚未普及之前，程序员通常使用这些从逻辑上连接在一起的数据组合到一个单元中。一旦结构体类型被声明并且其数据成员被标识，即可创建该类型的多个变量，就像可以为同一个类创建多个对象一样。
本课主要介绍以下内容
- 结构体类型介绍
- 结构体类型的构造以及结构体变量定义
- 结构体成员的使用
- 关键字struct和typedef
一、结构体类型概述
在实际问题中，一组数据往往具有不同的数据类型。如学生成绩是整型，学生姓名是字符串类型。再举个例子，全国人口大普查时，我们需要记录每一位公民的姓名、年龄、性别、住址和身份证号码，这些信息的类型分别定义为整型、字符型和字符串型。为了解决问题， C +＋语言给出了一种构造数据类型——“结构体”。需要强调的是，结构体是一种新的数据类型而不是变量，它可以像其他基本数据类型（如 int 、 char 等）那样使用（主要是定义变量），只不过这种类型是我们自己定义的。
声明结构体的方式和声明类的方式大致相同，其区别如下：
- 使用关键字 struct 而不是关键字 class。
- 尽管结构体可以包含成员函数，但它们很少这样做。所以，通常情况下结构体声明只会声明成员变量。
- 结构体声明通常不包括 public 或 private 的访问修饰符。
- 类成员默认情况是私有的，而结构体的成员则默认为 public。程序员通常希望它们保持公开，只需使用默认值即可。
二、定义结构体类型及其变量
结构体类型和变量的定义有以下两种方式。
（1）定义结构体的同时定义结构体变量
例如
struct Student {
string stno;
string name;
int score;
} st[100];
（2）先定义结构体，再定义结构体变量
例如
struct Student {
string stno;
string name;
int score;
};
Student st1, st2, st[100];
Student *pStu;
正如在类的对象被创建之前，类定义不会被实例化一样，结构体定义不会创建任何结构体的实例。上面定义的结构体Student，其本质上是创建一个名为 Student的新数据类型。即
上面的示例中，Student是一个自己定义的数据类型， st[100]是一个具有100元素的Student类型数组。在定义结构体变量时需要注意，结构体变量名和结构体名不能相同。
当定义结构体变量时，可以通过两种方式初始化它：使用初始化列表或构造函数。
初始化结构体变量成员的最简单的方法是使用初始化列表。例如
#include 三、结构体成员调用
在定义结构体变量之后，我们需要访问结构体变量中的每个成员。访问结构体成员，可以使用成员运算符（.），也可以使用指向运算符（-＞）。
1. 使用成员运算符直接引用
格式：结构体变量名.成员名
如：
cout << "Name: " << p1.name << ",\t Age: " << p1.age << endl;
这条语句的功能是打印结构体变量p1中成员变量name的值和age值。
2. 使用结构体指针，用指向运算符引用
结构体指针运算符由负号和大于号“-＞”构成，中间不能加空格，其形状和箭头类似，因此也称为箭头运算符。
如：
#include 运行程序，输出如下
张三 5000 10 7
张三 5000 10 7
张三 5000 10 7
代码中将指针p声明为struct Employee类型，然后将结构体数组emp的第一个元素的地址赋予指针p。然后就可以使用箭头运算符来访问结构体的成员。
cout << p->name << "\t" << p->salary << "\t" << p->vacationDays << "\t" << p->daysUsed << endl;
如果要使用结构体指针的方式来遍历结构体数组emp[4]，可以如下
#include 运行程序，输出如下
张三 5000 10 7
李四 5400 10 3
王五 6700 15 5
赵六 5800 25 10
使用指针直接访问内存地址是一种比较危险的操作，为稳妥起见，推荐采用emp[0].name的方式来访问结构体成员。参见下面的示例。
#include 运行程序，输出如下
姓名 语文 英语 数学 计算机
张三 81 80 75 90
李四 91 60 68 80
王五 85 70 97 93
赵六 95 90 98 85
四、结构体作为函数参数
与类对象一样，结构体变量也可以通过值、引用和常量引用传递给函数。默认情况下，它们通过值传递，这意味着需要生成整个原始结构的副本并传递给函数，见后面课后练习的第2题。因为不希望浪费时间来复制整个结构体，所以，除非结构很小，否则一般会通过引用将结构体传递给函数。但是，这样意味着函数可以访问原始结构的成员变量，从而可能更改它们。如果不想让函数更改任何成员变量值，那么可以考虑将结构体变量作为一个常量引用传递给函数。
下面直接给出几个通过引用将结构体传递给函数的示例。
示例1
#include下面是程序运行的一次输入输出测试：
Enter the employee1s number:2023001
Enter the employee's name: Tom
Hours worked this week: 40
Employee's hourly pay rate: 100
Here is the employees payroll data:
Name: Tom
Employee number: 2023001
Hours worked: 40
Hourly pay rate: 100
Gross pay: $4000.00
Enter the employee number: 2023002
Enter the employee's name: Jim
Hours worked this week: 50
Employee's hourly pay rate: 100
Here is the employees payroll data:
Name: Jim
Employee number: 2023002
Hours worked: 50.00
Hourly pay rate: 100.00
Gross pay: $5000.00
示例2
#include下面是程序运行的输出：
Maker: Maker1
Length: 50
Width: 40
Height: 30
Volume: 60000
The bigger box information:
Maker: Maker2
Length: 40
Width: 40
Height: 40
Volume: 64000
===========================================
Maker Length Width Height Volume
box0 50 40 30 60000
box1 40 40 40 64000
box2 45 40 45 81000
box3 90 20 20 36000
box4 30 30 60 54000
===========================================
Maker Length Width Height Volume
box3 90 20 20 36000
box4 30 30 60 54000
box0 50 40 30 60000
box1 40 40 40 64000
box2 45 40 45 81000
五、从函数返回一个结构体
也可以从函数返回结构体变量。在这种情况下，函数的返回类型是结构体的名称。
可以改写示例 1 的 void getItemData(PayRoll &item) 函数以允许getItemData()函数创建 Invltem 结构体的局部实例，在函数中将数据值放入其成员变量中，然后将其传递回 main，而不是将其作为引用变量被 main 使用。
以下是修改void getItemData(PayRoll &item)函数为PayRoll getItemData2() 后的示例代码：
#include下面是程序运行的一次输入输出测试：
Enter the employee number: 2024001
Enter the employee's name: Bob
Hours worked this week: 40
Employee's hourly pay rate: 50
Here is the employees payroll data:
Name: Bob
Employee number: 2024001
Hours worked: 40
Hourly pay rate: 50
Gross pay: $2000.00
注意，C++ 只允许从函数返回单个值。然而，结构体提供了解决这一限制的方法。即使一个结构体可能有几个成员，它在技术上还是一个单一的对象。通过在结构体中打包多个值，可以从函数返回任意数量的值。
六、自定义数据类型——typedef
目前学过的数据类型包括基本类型、数组类型、结构体类型等， C +＋为它们提供了默认的数据类型名称。我们也可以使用 typedef 自定义数据类型名称来代替这些默认类型名称。 typedef 通常有3种用法，如下所示。
1．为基本数据类型定义新类型名
C +＋的所有基本类型都可以利用 typedef 关键字来重新定义类型名。其格式为
typedef 已知类型名 新类型名；
功能：用新类型名代替已知类型名。
示例如下：
typedef float REAL;
REAL a, b, c; //等价于float a,b,c;
2．为数组定义新类型名
其格式为
typedef 基本类型名 新类型名[元素个数];
功能：定义一个新数组名。
示例如下：
typedef int ARRAY[10];
ARRAY a, b, c; //等价于int a[10], b[10], c[10]
3．为结构体类型定义新类型名
其格式为
typedef struct 结构体类型名 {
各成员变量;
} 新结构体类型名;
功能：定义一个新结构体名。
示例如下：
typedef struct stPoint {
int x;
int y;
} Point;
Point a, b, c; //等价于stPoint a,b,c
课后练习
1. 阅读下面的代码，写出程序运行的结果。
#include 输出为
Zhangsan 13
Lisi 12
Wangwu 11
Zhaoliu 14
Chenqi 10
2. 阅读下面的代码，写出程序运行的结果。
#include 输出为
20 c
10 x
与类对象一样，结构体变量也可以通过值、引用和常量引用传递给函数。默认情况下，它们通过值传递，这意味着需要生成整个原始结构的副本并传递给函数。
3. 阅读下面的代码，写出程序运行的结果。
#include 运行程序，输出为
Zhangsan 13
Lisi 12
Wangwu 11
Zhaoliu 14
Chenqi 10
====================================
Chenqi 10
Wangwu 11
Lisi 12
Zhangsan 13
Zhaoliu 14
我们也可以自定义本题代码中的按年龄排序的函数，例如下面的自定义函数采用了冒泡排序算法按年龄升序排序。
//冒泡排序
void bubbleSort(Person arr[], int len) {
Person temp;
for (int i=0; i < len-1; i++) {
for (int j=0; j < len-1-i; j++) {
if (arr[j].age > arr[j+1].age) {
temp = arr[j];
arr[j] = arr[j+1];
arr[j+1] = temp;
}
}
}
}
4. 求每一个学生的总成绩和平均成绩
已知3位同学的姓名、语文、数学和英语成绩如下表所示。
| 姓名 | 语文 | 数学 | 英语 |
|---|---|---|---|
| Yoga | 100 | 95 | 100 |
| Beibei | 98 | 96 | 97 |
| Tian | 99 | 100 | 98 |
编写程序使用结构体存储3位同学的姓名和各科成绩，并添加成员变量总成绩和平均成绩，最后列表输出所有数据。
#include 运行程序，输出为
姓名 语文 英语 数学 总分 平均分
张三 81 80 75 236 78.7
李四 91 60 68 219 73.0
王五 85 70 97 252 84.0
赵六 95 90 98 283 94.3
总结
虽然今天结构体较少使用，但知道它们是什么，以及如何使用它们仍然很重要，这并不仅仅是因为可以在较老的程序中遇到它们，还因为在某些情况下，类的实例无法使用，这时必须使用结构体。