C语言基础（四）——结构体

引子

假设我们想统计学生的成绩，每一个学生的统计中都要包含以下内容：学生姓名、学号、成绩。我们已经知道，可以使用字符数组（char）表示姓名，整型（int）表示年龄，长整型（long int）表示学号，浮点型（float）表示成绩。这里每一位学生的数据都是一个整体。正因如此，我们可以使用结构体来表示它们。

• A：为什么要使用结构体？
• B：使用结构体的好处就是将不同的数据类型整合在一起，方便程序员在后续进行修改和增添。

结构体基础

结构体声明和初始化

在C语言中，结构体通过关键字 struct声明 ，struct的全称为structured data type（结构化数据类型）。

结构体的声明

在程序中，我们声明结构体的位置一般在函数外。如果把结构体的声明放在某一个函数内，比如主函数内，那么结构体就只能在主函数内应用。

struct Student 
{
    char name[50];
    int age;
    long int StudentID;
    float score;    
}student1;

上面的代码中，struct Student是我们声明的数据类型，大括号内的代码块声明数据类型。student1是对应于stuct Studnt的变量名，每个结构化数据类型都可以对应多个不同的变量。

使用typedef为结构命名

在创建结构化数据类型时，我们每一次都不得不使用struct关键字。为了简化这种表述，可以在struct之前使用typedef为结构起一个别名。

typedef struct STUDENT//这里的typedef表示为结构起一个新的别名
{
    char name[50];
    int age;
    long int StudentID;
    float score;    
}student;//stedent将成为struct STUDENT的别名

结构体初始化

在声明结构体之后，我们可以在函数中直接初始化结构体：

"."运算符

在C语言中，我们可以使用“点运算符”（.）来访问结构体中的元素。

访问结构体中的元素

我们可以通过点操作符（.）访问结构体zhangsan中 的某一个元素：

#include 
struct Student {
	char name[50];
	int age;
	long int StudentID;
	float score;

};
int main()
{
	struct Student zhangsan = { "zhangsan",18,20230001,100};
	printf("%f\n",zhangsan.score);
	return 0；
}

更改结构体中的元素

如果我们想单独更改结构体中的某一个信息，我们不必要再次初始化整个结构体，可以直接针对某个元素更改数据。

#include 
struct Student {
	char name[50];
	int age;
	long int StudentID;
	float score;
};
int main()
{
	struct Student zhangsan = { "zhangsan",18,20230001,100};
	printf("%f\n",zhangsan.score);
	zhangsan.score=61;
	printf("%f\n", zhangsan.score);
	struct Student lisi = { "lisi",18,20230002,100 };
	return 0;
}

下面是程序运行结果：

结构体数组

• A：假如一个班级有四十个人，我们难道只能像上面一样，逐一初始化结构体吗？
• B：那也太麻烦了，显然是不行的。
• A：那怎么办？
• B：我们可以使用结构体数组简化步骤。

下面是一个例子：

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    long int StudentID;
    float score;
    
}class1[41];

直接初始化

结构体数组可以使用下面的代码在程序中直接进行初始化：

struct Student class2[2] = {
    {"Alice", 30, 5.5},
    {"Bob", 25, 5.8}
};

从外部导入数据

如果想从键盘或文件中导入数据，我们可以使用循环来声明数组（下面的代码使用的是标准输入）：

#include 
struct Student {
	char name[50];
	int age;
	long int StudentID;
	float score;

}student[41];
int main()
{
	for (int i = 0; i <= 40; i++)
	{
		scanf("%s%d%ld%f", student[i].name, student[i].age, student[i].StudentID, student[i].score);
	}
	return 0;
}

嵌套结构体

结构体可以嵌套使用，即一个结构体成为了另一个结构体的元素。这种嵌套的结构体方便了我们模拟复杂的数据结构。

struct Date {
    int day;
    int month;
    int year;
};

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    long int StudentID;
    float score;
    struct Date birthday;//这里是嵌套的结构体
}

结构体的深入理解

存储器中的结构体

1. 当我们声明新结构化变量时，实际上是告诉计算机一个模板，告诉计算机这个变量长什么样。
2. 当我们初始化新的结构体变量时，计算机会在存储器中按照模板创建一片足够大的空间。当然，同一个结构体的变量在存储器中的地址是相邻的。
3. 当我们把一个结构变量赋值给另一个结构变量时，计算机会在存储器中创建另一片空间，大小和原来完全相同，然后把每一个字段复制过去。
   

从第3点可知，如果我们想要在某一个函数中调用结构体，结构体在实参与形参的传输过程中，还是会出现那个老问题——函数中参数地址和原地址不同。

为了解决这个问题，我们必须调用结构指针。

结构指针

结构体和数组的区别

结构体与数组不一样，它的地址虽然相邻，但是却不能通过编号、加1和减1等方式进行访问。

• A:那如果想用指针访问结构体那应该怎么办？
• B:我们可以使用.操作符访问结构体中的元素，还可以使用->符号访问结构体。

结构指针的应用

struct Student *ptr = &zhangsan;
printf("%s is %d years old.\n", ptr->name, ptr->age);
printf("%s is %d years old.\n", (*ptr).name, (*ptr).age);

• A：为什么要使用（*ptr）->name而不是*ptr->name
• B：这里的*ptr->name与*（ptr->name）相同，如果这里的ptr是指针变量，那么从第一步开始就无法完成。

总结：

这篇文章中主要讲了结构体的有关知识点，可以说是比较详细的，可是在结构体应用方面是比较粗浅的，结构体还有更多的深奥的秘密等待着我们的学习与探寻。