C语言程序设计课件：结构体和共用体

结构体和共用体7.1结构体7.2结构体数组7.3共用体单元小结 7.1结

构

体

7.1.1结构体类型

1.认识结构体类型

与数组相同，结构体也是一种构造类型，同样允许用户将多个数据成员作为一个整体来保存和使用。它们的区别在于数组所有元素的数据类型必须一致，而结构体的各个成员可以定义成不同的数据类型。因此，结构体是一种用户自定义的构造数据类型，是由若干数据成员组成的，这些成员不要求类型必须一致，成员既可以是基本数据类型的数据，也可以是其他构造类型的数据。

例如，表7-1是某校学生信息表，现在希望通过C程序管理这些数据。

我们要把每个学生的学号、姓名、性别、年龄和成绩几个数据项当成一个整体来看待，可以通过构造结构体类型来实现。分析表7-1中的数据，学号和姓名可以定义成字符数组，性别定义成字符型('m'代表男性，'f'代表女性)，年龄定义成整型，成绩定义成实型，如图7-1所示。图7-1“学生”类型设计2.声明结构体类型

声明结构体类型的一般形式如下：

struct结构体名

{ 数据类型1成员名1;

数据类型2成员名2;

…

数据类型n成员名n;

};

这里需要注意的是：

(1)“

struct”是关键字，表示声明的类型是一种结构体类型，不能省略。

(2)“结构体名”是由用户自己定义的，用来标识这个新构造的结构体类型，以便于同其他结构体类型相区分。

(3)大括号内是该结构体类型的所有数据成员，可以直接采用定义变量的方式来定义数据成员。

(4)结构体类型定义必须以分号结束。

例如，根据图7-1的分析可以设计结构体类型如下：

structstudent

{ charid[9];

/*学号*/

charname[10]; /*姓名*/

charsex; /*性别*/

intage;

/*年龄*/

floatscore;

/*成绩*/

};

7.1.2结构体变量

1.结构体变量的定义

前面只是构造了一个结构体类型，其地位等同于系统已经定义好的基本数据类型，但至此还没有定义具体的变量，系统也没有分配具体的内存空间。因此，若想真正存取结构体类型的数据，还需要定义具有该类型结构的变量。定义结构体变量可以使用下面三种方法。

(1)使用已声明的结构体类型定义变量。其一般形式如下：

结构体类型名

变量名列表;

例如，可以使用7.1.1节中声明的“structstudent”类型定义变量如下：

structstudentst1,st2;

变量st1、st2将具有“structstudent”类型声明的数据成员结构，可以存取表7-1中的学生信息，具体的内存空间分配如图7-2所示(图中已预先为各成员进行了赋值，便于帮助理解)。图7-2结构体变量st1的存储结构示意图

(2)声明结构体类型的同时定义变量。

可以将结构体类型的声明和结构体变量的定义合二为一，同时进行。使用这种方法定义变量的一般形式如下：

struct结构体名

{

成员列表;

}变量名列表;

例如，前面“structstudent”类型的声明和st1、st2两个变量的定义可以同时进行：

structstudent

{ charid[9]; /*学号*/

charname[10]; /*姓名*/

charsex; /*性别*/

intage;

/*年龄*/

floatscore; /*成绩*/

}st1,st2;

(3)缺省类型名直接定义结构体变量。

如果某个结构体类型只使用一次，以后不再使用它来定义新的变量，那么可以省略结构体名，直接定义结构体变量。其一般形式如下：

struct

{ 成员列表;

}变量名列表;

例如，可以直接定义结构体变量st1、st2：

struct

{ charid[9]; /*学号*/

charname[10]; /*姓名*/

charsex;

/*性别*/

intage;

/*年龄*/

floatscore; /*成绩*/

}st1,st2;

2.结构体成员的引用

结构体变量是若干数据成员的集合，故一般不直接使用结构体变量，而是通过对其成员的引用来进行输入、输出等操作。引用结构体变量中成员的一般形式如下：

结构体变量名.成员名

例如，若想为st1赋值以获得图7-2中所示的效果，可使用如下程序段来实现：

strcpy(st1.id,“20142154”); /*字符串不能直接用“=”赋值*/

strcpy(,“王宇”);

st1.sex=‘m’;

st1.age=17;

st1.score=89.5;

结构体变量的操作类似于数组，它的各个成员可以和普通变量一样进行各种运算，但是其本身不能作为一个整体输入、输出或赋常量值。例如，不能像下面这样访问结构体

变量：

st1={“20142154”,“王宇”,‘m’,17,89.5};

/*错误用法*/

printf(“%s,%s,%c,%d,%f”,st1);

/*错误用法*/

相同类型的结构体变量之间可以直接赋值，这也是结构体变量唯一可以整体操作的方式。例如，已有“structstudentst1,st2”，可以直接将st1整体赋值给st2：

st2=st1;

/*同类型的结构体变量间可整体赋值*/

【例7-1】

构造用于保存日期(年、月、日)的结构体类型date，输入今天的日期，计算并输出明天的日期。

#include<stdio.h>

structdate /*结构体类型-日期*/

{ intyear; /*成员-年*/

intmonth; /*成员-月*/

intday;

/*成员-日*/

};

main()

{ structdatetoday,tomor;

today.year=2014;

today.month=9;

today.day=1;

tomor=today;

tomor.day++;

printf("今天:%d年%d月%d日\n",today.year,today.month,today.day);

printf("明天:%d年%d月%d日\n",tomor.year,tomor.month,tomor.day);

}

图7-3例7-1程序运行结果

3.结构体变量的初始化

在结构体变量定义的同时可以为其整体赋初值，方法与数组的初始化相似，将各个数据成员的值按声明类型时的顺序依次排列，使用逗号间隔，全部放在大括号中，整体赋值给变量。例如：

structstudentst1={“20142154”,“王宇”,‘m’,17,89.5};

初始化结构体变量时，应注意每一个数据都要与结构体类型中对应成员的数据类型相同。

7.1.3应用举例

【例7-2】

输入一个点的二维坐标，计算并输出这个点距离原点的长度。

定义结构体类型structpoint来表示点，其中分别定义实型变量x和y表示点的x坐标和y坐标。

#include<stdio.h>

#include<math.h>

structpoint /*点*/

{ floatx; /*x坐标*/

floaty; /*y坐标*/

};

main(){ structpointp1;

floatl;

printf("x坐标：");

scanf("%f",&p1.x);

printf("y坐标：");

scanf("%f",&p1.y);

l=sqrt(p1.x*p1.x+p1.y*p1.y);

printf("点(%.1f,%.1f)距离原点长%.1f\n",p1.x,p1.y,l);

}

图7-4例7-2程序运行结果

【例7-3】

某研究小组希望建立气象信息档案，要求记录各地每日的最高、最低温度及空气质量指数。请为它们构造合适的结构体类型，并提供1组样例作为测试数据。

定义结构体类型structwether来表示气象记录，其中的日期继续定义结构体类型structdate来表示，构造出来的结构如图7-5所示。图7-5structwether的结构#include<stdio.h>

structdate

{ intyear;

intmonth;

intday;

};

structweather

{ charcity[20];

structdatemydate;

inttemp_max;

inttemp_min;

intpm;

};

main()

{ structweatherw={"上海",{2014,3,18},24,13,85};

printf("%s\n",w.city);

printf("%d年%d月%d日\n",

w.mydate.year,w.mydate.month,w.mydate.day);

printf("最高温度：%d\t最低温度：%d\n",w.temp_max,w.temp_min);

printf("空气质量指数：%d\n",w.pm);

}

说明：

(1)结构体中的数据成员可以定义为另一种结构体类型，这时将构成结构体的嵌套。

(2)对嵌套结构体成员的引用要引用到最末一级。例如，本例中显示日期需分别显示年、月、日，而且是采用逐级访问的方式完成的。

程序运行结果如图7-6所示。图7-6例7-3程序运行结果 7.2结 构 体 数 组

在7.1.1小节中，我们为了管理表7-1中的学生数据声明了结构体类型“structstudent”，并定义了两个变量st1，st2。定义结构体变量可以满足存放一两个学生数据的要求，若想管理表中的所有数据，就需要将结构体类型定义成数组才行。结构体数组中的每个元素都是一个结构体类型的数据，和定义结构体变量的方法相仿，只需将结构体变量换成数组即可。根据已经声明的类型定义结构体数组的一般格式如下：

struct结构体名

数组名[长度];

为结构体数组进行初始化的方法与二维数组的相似，每个数组元素作为结构体类型的数据要使用大括号括起来，所有元素的外层采用数组初始化的规则继续使用大括号括起来。例如：

structstudentstu[3]={{“20142145”,“王宇”,‘m’,17,89.5},

{“20143018”,“柳青”,‘m’,18,76.0},

{"20148429","李萱萱",'f',17,92.5}};图7-7结构体数组stu图7-8结构体数组stu的存储方式访问结构体数组中元素的各数据成员的方法如下：

数组名[下标].成员名;

例如：

printf("%s",stu[1].name); /*输出“柳青”*/

【例7-4】

某学生干事希望编写程序帮助其管理学生成绩，他希望录入学生的学号、姓名及各门课程的成绩后，程序可以计算每个学生的总成绩和平均成绩，并将结果显示

出来。

本例以录入3名学生4门课程的成绩为例编程，使用符号常量保存学生人数和课程门数，使用时可根据实际情况方便地修改参数。

#include<stdio.h>

#defineM3 /*M为学生人数*/

#defineN4 /*N为课程门数*/

structstudent

{ intid; /*学号*/

charname[20]; /*姓名*/

floatscore[N]; /*各门课程的成绩*/

floatsum; /*总分*/

floatavg; /*平均分*/

};

main()

{ structstudents[M];

inti,j;

for(i=0;i<M;i++) /*输入姓名、学号、各科成绩*/

{ printf("学号：");

scanf("%d",&s[i].id);

printf("姓名：");

scanf("%s",s[i].name);

for(j=0;j<N;j++)

{ printf("\t科目%d：",j+1);

scanf("%f",&s[i].score[j]);

}

}

for(i=0;i<M;i++)

{ s[i].sum=0;

for(j=0;j<N;j++) /*计算总分*/

s[i].sum+=s[i].score[j];

s[i].avg=s[i].sum/N; /*计算平均分*/

}

for(i=0;i<M;i++) /*输出结果*/

{ printf("学号：%d\t姓名：%s\t",s[i].id,s[i].name);

printf("总分：%.1f\t平均分：%.1f\n",s[i].sum,s[i].avg);

}

}

说明：

(1)程序定义了一个结构体数组s表示学生，数组具有M个元素，M为3时可以统计3个学生的成绩。程序中的“s[i]”表示第(i+1)名学生。

(2)每个数组元素包含id(学号)、name(姓名)、score(各单科成绩)、sum(总分)和avg(平均分)5个数据成员。

(3)结构体成员score也是一个数组，用来存放学生的各门课程的成绩。本数组具有N个元素，N为4时可以为每名学生录入4门课程的成绩。程序中的“s[i].score[j]”表示第(i+1)名学生的第(j+1)门课程的成绩。

(4)注意数据成员间的对应关系，计算时一个学生的各项数据成员应通过相同的数组元素来引用。例如，学生的总分由该名学生的各门课程成绩累加得出，即“for(j=0;j<N;j++)s[i].sum+=s[i].score[j];”；平均分由该名学生的总分除以科目数得出，即“s[i].avg =s[i].sum/N;”。

图7-9例7-4程序运行结果

7.3共

用

体

共用体是C语言中另一种允许用户自定义数据结构的构造类型。它和结构体类似，也是由若干不同类型的数据成员组合而成的，类型声明、变量定义等使用方式也与结构体类型大同小异。不同的是，共用体变量的所有成员均从同一地址开始存放，即在同样的内存空间中可以根据需要存放不同类型的数据。也就是说，共用体为所有成员定义了一块共享的内存空间。灵活运用共用体可以有效地节省内存空间。声明共用体类型的一般形式如下：

union共用体名

{ 数据类型1成员名1;

数据类型2成员名2;

…

数据类型n成员名n;

};

表中“成绩”一栏因为采用的考核方式不同而产生了两种成绩记录方式。其中考试课的成绩可以直接使用整型数保存；考查课的成绩包含“优”、“良”、“中”、“及格”和“不及格”5个等级，即使映射成“A”、“B”、“C”、“D”、“E”也需使用字符型保存。这时，我们可以将成绩一栏设计成共用体类型，以使其既可以存储字符型数据，又可以存储整型数据。当然，每门课程只能选择一种考核方式，产生一个成绩，要么是整型，要么是字符型。

为“成绩”一栏声明共用体类型如下：

unionscore

{ intnum; /*用来记录百分制成绩*/

chargrade; /*用来记录等级制成绩*/

};

这里声明了共用体类型“unionscore”，数据成员包含一个整型和一个字符型，它们共用同一段内存单元，如图7-10所示。

图7-10共用体类型的存储方式

因为数据成员共享内存空间，所以共用体的大小以各数据成员中所占内存空间最大的成员为准。例如，上面声明的共用体类型“unionscore”占有的内存空间大小等于其成员num的大小，为4字节。

共用体的变量定义和成员引用方式与结构体的相同。例如：

unionscoresc1; /*定义共用体变量sc1*/

sc1.num=92; /*使用百分制方式记录考核成绩*/

【例7-5】

某高校准备编写成绩管理系统，现提供某名学生的成绩单如表7-2所示，要求编写程序管理学生成绩并输出成绩单。

为表7-2中的各行记录设计结构体类型“structsubject”，包含成员课程名、考核方式、成绩。其中课程名使用字符数组表示，考核方式使用字符型表示(t为考试，f为考核)，成绩使用前面分析的共用体类型“unionscore”表示。#include<stdio.h>

#defineN3 /*课程数*/

unionscore /*成绩*/

{ intnum;

chargrade;

};

structsubject

{ charname[20]; /*课程名*/

chartype; /*考核方式*/

unionscoresc; /*成绩*/

};

main()

{ structsubjectsub[N]={{"C语言程序设计",'t',{92}},

{“艺术欣赏”,‘f’,{‘B’}},{“大学英语”,‘t’,{87}}};

inti;

for(i=0;i<N;i++)

{ printf(“%s\t”,sub[i].name);/*输出课程名*/

if(sub[i].type==‘t’) /*若课程为考试课*/

{ printf(“考试\t”);

printf(“%d”,sub[i].sc.num);

/*考试课成绩采用百分制记录*/

}

else

/*若课程为考查课*/

{ printf("考核\t");

switch(sub[i].sc.grade) /*考查课成绩采用等级制记录*/

{ case'A':printf("优");break; case'B':printf("良");break;

case'C':printf("中");break;

case'D':printf("及格");break;

case'E':printf("不及格");break;

default:printf("缺考");

}

}

printf("\n");

}

}

说明：

(1)结构体类型可以包含共用体变量，反之，共用体类型也可以包含结构体变量。本例中结构体类型“structsubject”中表示成绩的成员就是共用体变量“unionscoresc;”。

(2)共用体变量初始化的值放在一对大括号中。

因为在共用体中同一时刻只有一个成员起作用，所以初始化时只需要赋一个值就可以了。本例中针对共用体部分的初始化实际上相当于如下赋值语句：

sub[0].score.num=92;

sub[1].score.grade=’B’;

sub[2].score.num=’87’;

(3)通常会定义一个状态变量与共用体配合使用，根据状态变量取值的不同来确定共用体变量当前生效的成员。本例将结构体成员考核方式“chartype”与成绩“unionscoresc”搭配使用。当课程为考试课(sub[i].type==‘t’)时，成绩中生效的成员是num；当课程为考查课(sub[i].type==‘f’)时，成绩中生效的成员是grade。

程序运行结果如图7-11所示。图7-11例7-5程序运行结果

【例7-6】

某学生管理系统录入学生的个人信息时，每个学生首先需输入姓名、学号和性别。如果是男生，则继续登记视力是否正常(正常记Y，异常记N)；如果是女生，则继续登记身高和体重。#include<stdio.h>#defineN2structstudent{ charname[10];

/*姓名*/