C语言之结构体和共用体详解

结构体

结构体的定义和使用

结构体数组的使用

结构体指针的使用

结构体

结构体的定义和使用

C语言的结构体（Struct）是一种自定义的数据类型，它允许我们将不同类型的数据组合在一起，形成一个新的复合数据类型。结构体可以包含多个成员变量，每个成员变量可以有不同的数据类型，这使得结构体能够表示更复杂的数据结构。

以下是关于C语言结构体的详细说明：

1、结构体的定义

结构体的定义使用关键字 struct，后面跟着结构体的名称和一对大括号 {}。在大括号内部，我们可以定义多个成员变量，每个成员变量由类型和名称组成，用分号 ; 分隔。

定义一般形式如下：

cpp 复制代码

struct 结构类型名 
{ 
    数据类型 成员名 1; 
    数据类型 成员名 2; 
    ...... 
    数据类型 成员名 n; 
};

例如，struct Person { char name[20]; int age; float height; }; 定义了一个名为 Person 的结构体，它包含了一个字符数组 name、一个整型变量 age 和一个浮点型变量 height。

2、结构体的声明和初始化

在定义结构体之后，我们可以通过声明结构体变量来使用它。结构体变量的声明方式与普通变量类似，需要指定结构体的类型和变量名。例如，struct Person person1; 声明了一个名为 person1 的结构体变量。我们也可以在声明结构体变量的同时进行初始化，使用一对大括号 {} 将初始化的值括起来，按照成员变量的顺序进行赋值。

结构初始化的一般形式如下：

cpp 复制代码

struct 结构类型名 结构变量 = { 初始化数据 1, ...... 初始化数据 n };

例如，struct Person person2 = { "Alice", 25, 1.65 }; 将结构体变量 person2 的成员变量分别初始化为 "Alice"、25 和 1.65。

3、结构体成员的访问

结构体的成员变量可以使用点运算符 . 来访问。

例如，person1.age = 30; 将结构体变量 person1 的 age 成员变量赋值为 30。我们也可以通过结构体指针来访问结构体的成员变量，使用箭头运算符 ->。

例如，struct Person *ptr = &person1; ptr->age = 30; 使用结构体指针 ptr 访问 person1 的 age 成员变量并赋值为 30。

4、结构体作为函数参数和返回值

我们可以将结构体作为函数的参数传递，以便在函数内部操作结构体的成员变量。可以通过值传递或指针传递结构体参数。如果结构体较大，建议使用指针传递，以避免复制整个结构体。同样，函数也可以返回结构体类型的值或指针。

下面是一个简单的示例代码，演示了结构体的使用：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Person {
    char name[20];
    int age;
    float height;
};

void printPerson(struct Person p) {
    printf("Name: %s\n", p.name);
    printf("Age: %d\n", p.age);
    printf("Height: %.2f\n", p.height);
}

int main() {
    struct Person person1 = { "Alice", 25, 1.65 };
    printPerson(person1);

    struct Person person2;
    strcpy(person2.name, "Bob");
    person2.age = 30;
    person2.height = 1.75;
    printPerson(person2);

    return 0;
}

在上述示例中，我们定义了一个名为 Person 的结构体，它包含了三个成员变量 name、age 和 height。然后，我们定义了一个名为 printPerson 的函数，它接受一个结构体类型的参数 p，并在函数内部打印结构体的成员变量。

在 main 函数中，我们声明了两个结构体变量 person1 和 person2，并分别对它们的成员变量进行赋值。然后，我们调用 printPerson 函数来打印结构体的内容。

输出结果：

cpp 复制代码

Name: Alice
Age: 25
Height: 1.65
Name: Bob
Age: 30
Height: 1.75

这个示例展示了结构体的基本用法。结构体允许我们将不同类型的数据组合在一起，形成一个新的复合数据类型，从而更好地表示和操作复杂的数据结构。

结构体数组的使用

C语言的结构体数组（Struct Array）是一种将多个结构体对象组合在一起的数据类型。它允许我们定义一个包含多个结构体对象的数组，每个结构体对象都可以包含多个成员变量，这使得结构体数组能够表示更复杂的数据结构。

以下是关于C语言结构体数组的详细说明：

1、结构体数组的定义

结构体数组的定义与普通数组类似，需要指定数组的类型、名称和长度。

例如，struct Person people[3]; 定义了一个名为 people 的结构体数组，它包含了三个元素，每个元素都是一个 Person 结构体对象。

2、结构体数组的初始化

结构体数组的初始化方式与普通数组类似，可以使用一对大括号 {} 将初始化的值括起来，按照数组元素的顺序进行赋值。每个元素的初始化值也可以使用一对大括号 {}，按照结构体成员变量的顺序进行赋值。

例如，struct Person people[3] = { {"Alice", 25, 1.65}, {"Bob", 30, 1.75}, {"Charlie", 35, 1.80} }; 初始化了一个包含三个 Person 结构体对象的结构体数组 people。

3、结构体数组的访问

结构体数组的元素可以使用下标运算符 [] 来访问。例如，people[0].age = 26; 将结构体数组 people 的第一个元素的 age 成员变量赋值为 26。我们也可以通过结构体指针来访问结构体数组的元素，使用箭头运算符 ->。

例如，struct Person *ptr = &people[1]; ptr->age = 31; 使用结构体指针 ptr 访问 people 的第二个元素的 age 成员变量并赋值为 31。

4、结构体数组作为函数参数和返回值

我们可以将结构体数组作为函数的参数传递，以便在函数内部操作结构体数组的元素。可以通过值传递或指针传递结构体数组参数。如果结构体数组较大，建议使用指针传递，以避免复制整个结构体数组。同样，函数也可以返回结构体数组类型的值或指针。

下面是一个简单的示例代码，演示了结构体数组的使用：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>

struct Person {
    char name[20];
    int age;
    float height;
};

void printPeople(struct Person people[], int n) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("Name: %s\n", people[i].name);
        printf("Age: %d\n", people[i].age);
        printf("Height: %.2f\n", people[i].height);
    }
}

int main() {
    struct Person people[3] = { {"Alice", 25, 1.65}, {"Bob", 30, 1.75}, {"Charlie", 35, 1.80} };
    printPeople(people, 3);

    return 0;
}

在上述示例中，我们定义了一个名为 Person 的结构体，它包含了三个成员变量 name、age 和 height。然后，我们定义了一个名为 printPeople 的函数，它接受一个结构体数组类型的参数 people 和一个整型变量 n，并在函数内部打印结构体数组的内容。

在 main 函数中，我们声明了一个包含三个 Person 结构体对象的结构体数组 people，并对它们的成员变量进行赋值。然后，我们调用 printPeople 函数来打印结构体数组的内容。

输出结果：

cpp 复制代码

Name: Alice
Age: 25
Height: 1.65
Name: Bob
Age: 30
Height: 1.75
Name: Charlie
Age: 35
Height: 1.80

这个示例展示了结构体数组的基本用法。结构体数组允许我们将多个结构体对象组合在一起，形成一个新的复合数据类型，从而更好地表示和操作复杂的数据结构。

结构体指针的使用

C语言的结构体指针（Struct Pointer）是一种指向结构体对象的指针变量。使用结构体指针可以方便地操作和访问结构体的成员变量，同时也可以减少内存开销和提高程序的效率。以下是关于C语言结构体指针的详细说明：

1、结构体指针的定义

结构体指针的定义与普通指针类似，需要指定指针的类型和名称。

例如，struct Person *ptr; 定义了一个名为 ptr 的结构体指针，它可以指向 Person 结构体类型的对象。

2、结构体指针的赋值

结构体指针可以通过赋值操作指向一个具体的结构体对象。

例如，ptr = &person1; 将结构体指针 ptr 指向 person1 结构体对象的地址。

3、结构体指针的成员访问

通过结构体指针可以方便地访问结构体的成员变量。使用箭头运算符 -> 可以从结构体指针中访问结构体的成员变量。

例如，ptr->age = 25; 将结构体指针 ptr 所指向的结构体对象的 age 成员变量赋值为 25。

4、动态分配结构体指针的内存空间

可以使用 malloc 函数动态分配结构体指针的内存空间。

例如，struct Person *ptr = (struct Person *)malloc(sizeof(struct Person)); 动态分配了一个 Person 结构体对象的内存空间，并将其地址赋值给结构体指针 ptr。

5、结构体指针作为函数参数和返回值

结构体指针可以作为函数的参数传递，以便在函数内部操作结构体对象。通过指针传递结构体参数可以避免复制整个结构体对象，提高程序的效率。同样，函数也可以返回结构体指针类型的值或指针。

下面是一个简单的示例代码，演示了结构体指针的使用：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct Person {
    char name[20];
    int age;
    float height;
};

void printPerson(struct Person *ptr) {
    printf("Name: %s\n", ptr->name);
    printf("Age: %d\n", ptr->age);
    printf("Height: %.2f\n", ptr->height);
}

int main() {
    struct Person person1 = {"Alice", 25, 1.65};
    struct Person *ptr = &person1;

    printPerson(ptr);

    struct Person *dynamicPtr = (struct Person *)malloc(sizeof(struct Person));
    dynamicPtr->age = 30;
    printf("Dynamic Person's Age: %d\n", dynamicPtr->age);

    free(dynamicPtr);

    return 0;
}

在上述示例中，我们定义了一个名为 Person 的结构体，它包含了三个成员变量 name、age 和 height。然后，我们定义了一个名为 printPerson 的函数，它接受一个结构体指针类型的参数 ptr，并在函数内部打印结构体指针所指向的结构体对象的内容。

在 main 函数中，我们声明了一个 Person 结构体对象 person1，并使用 & 运算符获取其地址，并将其赋值给结构体指针 ptr。然后，我们调用 printPerson 函数来打印结构体指针所指向的结构体对象的内容。

接下来，我们使用 malloc 函数动态分配了一个 Person 结构体对象的内存空间，并将其地址赋值给结构体指针 dynamicPtr。我们可以通过结构体指针 dynamicPtr 访问和修改动态分配的结构体对象的成员变量。最后，我们使用 free 函数释放了动态分配的内存空间，以防止内存泄漏。

输出结果：

cpp 复制代码

Name: Alice
Age: 25
Height: 1.65
Dynamic Person's Age: 30

这个示例展示了结构体指针的基本用法。结构体指针可以方便地操作和访问结构体的成员变量，并且可以通过动态分配内存空间来创建和释放结构体对象，从而灵活地管理内存。

结构体大小的计算

在C语言中，结构体的大小是由其成员变量的大小和对齐方式决定的。计算结构体大小的过程如下（详细可见这篇文章）：

1、计算成员变量的大小：
首先，需要计算每个成员变量的大小。对于基本数据类型，可以使用 sizeof 运算符获取其大小。例如，sizeof(int) 返回整型的大小。对于数组类型的成员变量，需要将数组元素的大小乘以数组的长度。

2、对齐成员变量：
结构体的成员变量通常需要按照某种对齐方式排列，以提高内存访问的效率。对齐方式是根据编译器和平台的不同而有所差异的，一般遵循下列规则：

成员变量的对齐值为其自身大小和编译器默认对齐值中较小的一个。
结构体的对齐值为结构体中最大的成员变量的对齐值。

3、计算结构体的大小：
结构体的大小是成员变量大小之和，再根据对齐方式进行调整。通常，结构体的大小是成员变量大小之和的倍数，且不小于结构体中最大的成员变量的大小。

以下是一个示例来说明结构体大小的计算过程：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>

struct Example {
    char c;
    int i;
    double d;
};

int main() {
    struct Example ex;

    printf("Size of char: %zu\n", sizeof(char));
    printf("Size of int: %zu\n", sizeof(int));
    printf("Size of double: %zu\n", sizeof(double));
    printf("Size of struct Example: %zu\n", sizeof(struct Example));

    return 0;
}

在上述示例中，我们定义了一个名为 Example 的结构体，它包含了一个字符型变量 c、一个整型变量 i 和一个双精度浮点型变量 d。在 main 函数中，我们使用 sizeof 运算符分别打印了各个数据类型的大小以及结构体 Example 的大小。

输出结果：

cpp 复制代码

Size of char: 1
Size of int: 4
Size of double: 8
Size of struct Example: 16

需要注意的是，编译器和平台可能会有不同的对齐方式和默认对齐值，因此不同的环境下计算出的结构体大小可能会有所差异。可以使用 #pragma pack 指令或编译器的特定选项来改变对齐方式和对齐值。

共用体

共用体的定义和使用

共用体（Union）是C语言中的一种特殊数据类型，它允许在相同的内存空间中存储不同类型的数据。共用体的定义和使用如下所示：

1、定义共用体：

共用体的定义与结构体类似，使用 union 关键字，后跟共用体的名称和成员变量列表。共用体的成员变量可以是不同的数据类型，但它们共享同一块内存空间。

cpp 复制代码

union MyUnion {
    int i;
    float f;
    char c;
};

在上述示例中，我们定义了一个名为 MyUnion 的共用体，它包含了一个整型变量 i、一个浮点型变量 f 和一个字符型变量 c。

2、使用共用体：

可以通过共用体的名称和成员变量名来访问共用体的成员变量。由于共用体的成员变量共享同一块内存空间，只能同时存储其中一个成员变量的值。

cpp 复制代码

union MyUnion u;
u.i = 10;
printf("Value of i: %d\n", u.i);
u.f = 3.14;
printf("Value of f: %.2f\n", u.f);

在上述示例中，我们声明了一个 MyUnion 类型的变量 u，并分别给 u.i 和 u.f 赋值。由于它们共享同一块内存空间，改变其中一个成员变量的值会影响到其他成员变量。

3、共用体的大小：

共用体的大小是其最大成员变量的大小。因为共用体的成员变量共享同一块内存空间，所以共用体的大小足够容纳最大的成员变量即可。

使用 sizeof 运算符可以获取共用体的大小。

需要注意的是，共用体虽然灵活，但也存在潜在的问题。由于共用体的成员变量共享同一块内存空间，因此在使用共用体时需要小心，确保对成员变量的访问和修改是合法的。此外，共用体的使用也可能导致类型转换和内存对齐等问题，因此在使用共用体时需要谨慎考虑。

下面是一个完整的示例代码，演示了共用体的定义和使用：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>

union MyUnion {
    int i;
    float f;
    char c;
};

int main() {
    union MyUnion u;

    u.i = 10;
    printf("Value of i: %d\n", u.i);

    u.f = 3.14;
    printf("Value of f: %.2f\n", u.f);

    printf("Size of union MyUnion: %zu\n", sizeof(union MyUnion));

    return 0;
}

输出结果：

cpp 复制代码

Value of i: 10
Value of f: 3.14
Size of union MyUnion: 4

根据输出结果可知，共用体 MyUnion 的大小是4字节，因为 int 类型的大小为4字节，是共用体中最大的成员变量。

总结一下，共用体是C语言中一种特殊的数据类型，允许在相同的内存空间中存储不同类型的数据。它的定义和使用方式与结构体类似，但共用体的成员变量共享同一块内存空间。需要注意共用体的大小、成员变量的访问和修改，以及潜在的类型转换和内存对齐问题。

typedef用法详解

在C语言中，typedef 是一个关键字，用于为已有的数据类型创建一个新的名称。它可以简化代码，提高可读性，并使代码更具可维护性。typedef 的用法如下：

1、为基本数据类型创建别名：
typedef 可以为基本数据类型（如 int、float、char 等）创建别名，使其在代码中使用起来更加直观。

cpp 复制代码

typedef int myInt;
typedef float myFloat;
typedef char myChar;

在上述示例中，我们为 int 类型创建了别名 myInt，为 float 类型创建了别名 myFloat，为 char 类型创建了别名 myChar。

2、为结构体创建别名：

typedef 还可以为结构体创建别名，使结构体类型更易于使用。

cpp 复制代码

typedef struct {
    int x;
    int y;
} Point;

在上述示例中，我们为一个匿名的结构体创建了别名 Point，该结构体包含了两个整型成员变量 x 和 y。

3、为指针类型创建别名：

typedef 还可以为指针类型创建别名，使指针类型的声明更加简洁明了。

cpp 复制代码

typedef int* IntPtr;
typedef float* FloatPtr;

在上述示例中，我们为 int* 类型创建了别名 IntPtr，为 float* 类型创建了别名 FloatPtr。

4、为函数指针创建别名：

typedef 还可以为函数指针类型创建别名，使函数指针类型的声明更加简洁明了。

cpp 复制代码

typedef int (*MathFunc)(int, int);

在上述示例中，我们为接受两个 int 类型参数并返回 int 类型结果的函数指针创建了别名 MathFunc。

使用 typedef 创建别名后，我们可以直接使用别名来声明变量，而无需再写出完整的数据类型。

下面是一个完整的示例代码，演示了 typedef 的用法：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>

// 为基本数据类型创建别名
typedef int myInt;
typedef float myFloat;
typedef char myChar;

// 为结构体创建别名
typedef struct {
    int x;
    int y;
} Point;

// 为指针类型创建别名
typedef int* IntPtr;
typedef float* FloatPtr;

// 为函数指针创建别名
typedef int (*MathFunc)(int, int);

// 定义一个函数，接受两个 int 类型参数并返回它们的和
int sum(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    // 使用别名声明变量
    myInt num = 10;
    myFloat pi = 3.14;
    myChar letter = 'A';

    Point p;
    p.x = 5;
    p.y = 3;

    IntPtr pInt;
    FloatPtr pFloat;

    MathFunc add = sum;
    int result = add(2, 3);

    // 输出变量的值
    printf("num = %d\n", num);
    printf("pi = %.2f\n", pi);
    printf("letter = %c\n", letter);
    printf("p.x = %d, p.y = %d\n", p.x, p.y);
    printf("result = %d\n", result);

    return 0;
}

输出结果：

cpp 复制代码

num = 10
pi = 3.14
letter = A
p.x = 5, p.y = 3
result = 5

根据输出结果可知，我们使用 typedef 创建的别名来声明变量，使代码更加简洁易读。

enum枚举类型

在 C 语言中，enum 是一种枚举类型，用于定义一个新的数据类型，该类型的取值只能是预先定义好的一些枚举常量。枚举类型可以使代码更加易读易懂，同时也可以提高代码的可维护性。

枚举类型的定义格式如下：

cpp 复制代码

enum 枚举名 {
    枚举常量1,
    枚举常量2,
    ...
};

其中，枚举名是新定义的枚举类型的名称，枚举常量是该枚举类型中定义的可取值的常量。枚举常量默认从 0 开始递增，也可以手动指定初始值。例如：

cpp 复制代码

enum Color {
    RED,    // 枚举常量 RED 的值为 0
    GREEN,  // 枚举常量 GREEN 的值为 1
    BLUE    // 枚举常量 BLUE 的值为 2
};

enum Status {
    OK = 200,       // 枚举常量 OK 的值为 200
    BAD_REQUEST,    // 枚举常量 BAD_REQUEST 的值为 201
    NOT_FOUND       // 枚举常量 NOT_FOUND 的值为 202
};

在上述示例中，我们分别定义了两个枚举类型 Color 和 Status，并为它们定义了一些枚举常量。在第一个枚举类型中，我们未手动指定枚举常量的值，因此它们默认从 0 开始递增。在第二个枚举类型中，我们手动指定了枚举常量的初始值。

定义完枚举类型后，我们可以使用该枚举类型来声明变量。例如：

cpp 复制代码

enum Color c = RED;
enum Status s = OK;

在上述示例中，我们使用 enum 定义的枚举类型 Color 和 Status 来声明了变量 c 和 s，并分别将它们的值初始化为 RED 和 OK。

枚举类型还可以与 switch 语句一起使用，使代码更加清晰易懂。例如：

cpp 复制代码

enum Color c = GREEN;

switch (c) {
    case RED:
        printf("The color is red.\n");
        break;
    case GREEN:
        printf("The color is green.\n");
        break;
    case BLUE:
        printf("The color is blue.\n");
        break;
    default:
        printf("Unknown color.\n");
        break;
}

在上述示例中，我们使用 enum 定义的枚举类型 Color 来声明了变量 c，并将其值初始化为 GREEN。然后，我们使用 switch 语句根据变量 c 的值输出不同的结果。

总结一下，enum 是 C 语言中的一种枚举类型，用于定义一个新的数据类型，该类型的取值只能是预先定义好的一些枚举常量。枚举类型可以使代码更加易读易懂，同时也可以提高代码的可维护性。我们可以使用 enum 定义枚举类型，并为枚举常量手动指定初始值。定义完枚举类型后，我们可以使用该枚举类型来声明变量，并与 switch 语句一起使用。

下面是一个使用 enum 的代码示例，该示例定义了一个枚举类型 Weekday，并在 main 函数中使用该枚举类型输出当前是星期几：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>

// 定义枚举类型 Weekday
enum Weekday {
    MON,
    TUE,
    WED,
    THU,
    FRI,
    SAT,
    SUN
};

int main() {
    // 获取当前是星期几
    int weekday = 1; // 假设今天是星期二

    // 使用 switch 语句根据 weekday 输出不同的结果
    switch (weekday) {
        case MON:
            printf("Today is Monday.\n");
            break;
        case TUE:
            printf("Today is Tuesday.\n");
            break;
        case WED:
            printf("Today is Wednesday.\n");
            break;
        case THU:
            printf("Today is Thursday.\n");
            break;
        case FRI:
            printf("Today is Friday.\n");
            break;
        case SAT:
            printf("Today is Saturday.\n");
            break;
        case SUN:
            printf("Today is Sunday.\n");
            break;
        default:
            printf("Invalid weekday.\n");
            break;
    }

    return 0;
}

在上述示例中，我们首先定义了一个枚举类型 Weekday，并为其定义了七个枚举常量，分别代表星期一到星期日。然后，在 main 函数中，我们假设今天是星期二，将其赋值给变量 weekday。最后，我们使用 switch 语句根据变量 weekday 输出不同的结果。由于 weekday 的值为 1，因此输出的结果是 "Today is Tuesday."。