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# 第一章：枚举（⭐）
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## 1.1 回顾 C 语言中的变量
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* C 语言中的变量，按照`数据类型`划分，如下所示：
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> [!NOTE]
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> `构造类型`也会被人称为`自定义数据类型`！！！
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* C 语言中的变量，按照`声明位置`划分，如下所示：
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* C 语言中的变量，按照`存储方式`分类，如下所示：
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## 1.2 什么是枚举？
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* 在实际生活中，我们经常会遇到一些数据的值是有限的，如：
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* `星期`：Monday (星期一)、......、Sunday (星期天)。
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- `性别`：Man (男)、Woman (女)。
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- `季节`：Spring (春节)......Winter (冬天)。
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- `支付方式`：Cash（现金）、WeChatPay（微信）、Alipay (支付宝)、BankCard (银 行卡)、CreditCard (信用卡)。
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- `就职状态`：Busy、Free、Vocation、Dimission。
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- `订单状态`：Nonpayment（未付款）、Paid（已付款）、Delivered（已发货）、 Return（退货）、Checked（已确认）Fulfilled（已配货）。
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- ...
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* 类似上述的场景，我们就可以使用 C 语言提供的一种`构造类型` --- `枚举`（Enumeration） ，其用于`定义`一组相关的`整型常量`。它提供了一种更具可读性和可维护性的方式来定义`常量集合`。
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## 1.3 定义枚举
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* 语法：
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```c
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enum 枚举类型 {
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枚举元素1, // 枚举常量1
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枚举元素2, // 枚举常量2
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...
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}
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```
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> [!NOTE]
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>
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> `枚举元素`也称为`枚举成员`或`枚举常量`，具有如下的特点：
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>
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||
> * ① 枚举元素的值必须在同一枚举中是唯一的。
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||
> * ② 枚举元素的值必须是整数类型，通常是 int 。
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||
> * ③ 如果没有为枚举元素指定值，编译器会自动为它们进行分配，从 0 开始，自动递增。
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> * ④ 定义枚举的时候，也可以为枚举元素自定义值，但是需要保证唯一性和整数类型。
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> [!IMPORTANT]
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>
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> CLion 中`选中枚举元素`并使用快捷键 `Ctrl + Q`，或将`鼠标`悬浮在`枚举元素`上，就会自动显示枚举元素对应的值，如下所示：
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>
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> 
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* 示例：每个枚举常量的值默认为从 0 开始递增的整数
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```c
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#include <stdio.h>
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/**
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* 定义枚举
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*/
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enum Color {
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RED, // 0
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GREEN, // 1
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BLUE // 2
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};
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int main() {
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// 禁用 stdout 缓冲区
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setbuf(stdout, nullptr);
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return 0;
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}
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```
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* 示例：定义带有显式值的枚举，如果给定一个常量的值，后续的常量会依次递增
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```c
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#include <stdio.h>
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||
/**
|
||
* 定义枚举
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||
*/
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enum Color {
|
||
RED = 1,
|
||
GREEN, // 2
|
||
BLUE // 3
|
||
};
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int main() {
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||
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||
// 禁用 stdout 缓冲区
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||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
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||
enum Color color = GREEN;
|
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printf("color = %d\n", color);
|
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return 0;
|
||
}
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```
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## 1.4 枚举变量
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### 1.4.1 概述
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* 定义变量时所指定的类型是我们自定义的枚举类型，那么该变量就称为枚举变量。
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### 1.4.2 定义枚举变量
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* 可以使用定义好的枚举类型来声明枚举变量。
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* 语法：
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```c
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enum 枚举名 变量名;
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```
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* 示例：
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```c
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#include <stdio.h>
|
||
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/**
|
||
* 定义枚举
|
||
*/
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enum Color {
|
||
RED = 1,
|
||
GREEN,
|
||
BLUE
|
||
};
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int main() {
|
||
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||
// 禁用 stdout 缓冲区
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||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
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||
// 定义枚举变量
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||
enum Color color ; // [!code highlight]
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return 0;
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||
}
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```
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### 1.4.3 给枚举变量赋值
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* 枚举变量的值应该是枚举类型中的任意一个枚举元素（没有常量），不能是其他的值。
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* 语法：
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```c
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枚举变量 = 枚举常量;
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```
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* 示例：
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```c
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||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 定义枚举
|
||
*/
|
||
enum Color {
|
||
RED = 1,
|
||
GREEN,
|
||
BLUE
|
||
};
|
||
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||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
// 给枚举变量赋值
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||
enum Color color = BLUE; // [!code highlight]
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||
printf("color = %d\n", color);
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||
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||
return 0;
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||
}
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```
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## 1.5 枚举的本质到底是什么？
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* 尽管枚举的定义语法看起来像一种新类型，但它的底层实际上是一个整型（通常是 `int` 类型）。C 语言并不强制要求枚举使用特定的整型类型，但编译器通常会选择使用 `int` 来表示枚举。
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||
* 在 C 语言中，枚举类型和整数类型是兼容的。你可以在需要整数的地方使用枚举值，也可以将枚举值赋给整型变量。这是因为枚举成员在编译时就被替换为其对应的整数值。
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||
* 示例：
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```c
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#include <stdio.h>
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||
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||
/**
|
||
* 定义枚举
|
||
*/
|
||
enum Color {
|
||
RED = 1,
|
||
GREEN, // 2
|
||
BLUE // 3
|
||
};
|
||
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||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
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||
enum Color color = 0;
|
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||
printf("sizeof(color) = %zu \n", sizeof(color)); // sizeof(color) = 4
|
||
printf("sizeof(RED) = %zu \n", sizeof(RED)); // sizeof(RED) = 4
|
||
printf("sizeof(GREEN) = %zu \n", sizeof(GREEN)); // sizeof(GREEN) = 4
|
||
printf("sizeof(BLUE) = %zu \n", sizeof(GREEN)); // sizeof(BLUE) = 4
|
||
printf("sizeof(int) = %zu \n", sizeof(int)); // sizeof(int) = 4
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||
|
||
return 0;
|
||
}
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```
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## 1.6 应用示例
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* 如果枚举常量的值是连续的，我们可以使用循环遍历；如果枚举常量的值不是连续的，则无法遍历。
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||
* 示例：
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```c
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#include <stdio.h>
|
||
// 定义枚举类型
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||
enum Weekday {
|
||
MONDAY = 1,
|
||
TUESDAY,
|
||
WEDNESDAY,
|
||
THURSDAY,
|
||
FRIDAY,
|
||
SATURDAY,
|
||
SUNDAY
|
||
};
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 定义枚举变量
|
||
enum Weekday day;
|
||
|
||
// 使用循环遍历出所有的枚举常量
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||
for (day = MONDAY; day <= SUNDAY; day++) {
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||
printf("%d \n", day);
|
||
}
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||
return 0;
|
||
}
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```
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## 1.7 应用示例
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||
* 枚举变量通常用于控制语句中，如：switch 语句。
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|
||
* 示例：
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```c
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||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 定义枚举
|
||
*/
|
||
enum Color {
|
||
RED = 1,
|
||
GREEN, // 2
|
||
BLUE // 3
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
enum Color color;
|
||
|
||
printf("请输入颜色(1-3)：");
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||
scanf("%d", &color);
|
||
switch (color) {
|
||
case RED:
|
||
printf("红色\n");
|
||
break;
|
||
case GREEN:
|
||
printf("绿色\n");
|
||
break;
|
||
case BLUE:
|
||
printf("蓝色\n");
|
||
break;
|
||
default:
|
||
printf("输入错误\n");
|
||
break;
|
||
}
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||
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||
return 0;
|
||
}
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```
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# 第二章：结构体（⭐）
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## 2.1 概述
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* C 语言内置的数据类型，除了几种原始的基本数据类型，只有数组属于复合类型，可以同时包含多个值，但是只能包含`相同类型`的数据，实际使用场景受限。
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## 2.2 为什么需要结构体？
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### 2.2.1 需求分析 1
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* 现有一个需求，编写学生档案管理系统，这里需要描述一个学生的 信息。该学生的信息包括学号、姓名、性别、年龄、家庭住址等， 这些数据共同说明一个学生的总体情况。
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* 显然，这些数据类型各不相同，无法使用数组进行统一管理。
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### 2.2.2 需求分析 2
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* 隔壁老王养了两只猫咪。一只名字叫小黄，今年 2 岁，橘色；另一只叫小黑，今年 3 岁，黑色。请编写一个程序，当用户输入小猫的名字 时，就显示该猫的名字，年龄，颜色。如果用户输入的小猫名错误，则显示老王没有这只猫。
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### 2.2.3 传统的解决方案
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* 尝试 ① ：单独定义多个变量存储，实现需求，但是，多个变量，不便于数据的管理。
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* 尝试 ② ：使用数组，它是一组具有相同类型的数据的集合。但在编程中，往往还需要一组类型不同的数据，例如：猫的名字使用字符串、年龄是 int，颜色是字符串，因为数据类型不同，不能用一个数组来存放。
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* 尝试 ③ ：C 语言提供了结构体。使用结构体，内部可以定义多个不同类型的变量作为其成员。
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## 2.3 什么是结构体
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* C 语言提供了 struct 关键字，允许自定义复合数据类型，将不同类型的值组合在一起，这种类型称为结构体（structure）类型。
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||
> [!NOTE]
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||
>
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||
> C 语言没有其他语言的对象（object）和类（class）的概念，struct 结构很大程度上提供了对象和类的功能。
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## 2.4 结构体的基本使用
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### 2.4.1 声明结构体
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* 语法：
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```c
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struct 结构体名{
|
||
数据类型1 成员名1; // 分号结尾
|
||
数据类型2 成员名2;
|
||
……
|
||
数据类型n 成员名n;
|
||
};
|
||
```
|
||
|
||
> [!NOTE]
|
||
>
|
||
> 结构体中可以包含以下数据类型：
|
||
>
|
||
> * ① 基本数据类型：整型、浮点型、字符型、布尔型。
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||
> * ② 指针类型。
|
||
> * ③ 枚举类型。
|
||
> * ④ 结构体类型：
|
||
> * 可以包含其他结构体作为成员（称为嵌套结构体）。
|
||
> * 结构体指针。
|
||
> * ⑤ 联合体类型。
|
||
> * ⑥ 位域。
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||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {6-12}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明学生的结构体
|
||
*/
|
||
struct Student {
|
||
int id; // 学号
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
char gender; // 性别
|
||
int age; // 年龄
|
||
char address[50]; // 地址
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {6-10}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明猫的结构体
|
||
*/
|
||
struct Cat {
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
int age; // 年龄
|
||
char color[50]; // 颜色
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {6-11}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明人类的结构体
|
||
*/
|
||
struct Person {
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
char gender; // 性别
|
||
int age; // 年龄
|
||
double weight; // 体重
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {6-13}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明通讯录的结构体
|
||
*/
|
||
struct Contact {
|
||
char name[50]; // 姓名
|
||
int year; // 年
|
||
int month; // 月
|
||
int day; // 日
|
||
char email[100]; // 电子邮箱
|
||
char phoneNumber[15]; // 手机号
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {6-12}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明员工的结构体
|
||
*/
|
||
struct Employee {
|
||
int id; // 员工编号
|
||
char name[20]; // 员工姓名
|
||
char gender; // 员工性别
|
||
int age; // 员工年龄
|
||
char address[30]; // 员工住址
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 2.4.2 定义结构体变量
|
||
|
||
#### 2.4.2.1 概述
|
||
|
||
* 定义了新的数据类型（结构体类型）以后，就可以定义该类型的变量，这与定义其他类型变量的写法是一样的。
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|
||
#### 2.4.2.2 方式一
|
||
|
||
* 语法：
|
||
|
||
```c
|
||
struct 结构体类型名称 结构体变量名;
|
||
```
|
||
|
||
> [!NOTE]
|
||
>
|
||
> * ① 需要先定义结构体，然后再定义结构体变量。
|
||
> * ② `struct` 关键字不能省略；否则， C 语言编译器将会报错。
|
||
|
||
> [!CAUTION]
|
||
>
|
||
> 在 C 语言中，结构体（struct）和结构体变量是两个不同的概念，如下所示：
|
||
>
|
||
> * ① 结构体是一种自定义的数据类型，像一种模板，定义了数据的格式，不占用内存空间。
|
||
> * ② 结构体变量是根据结构体类型创建的变量，代表了一个具体的对象，用于存储数据，需要内存空间来存储。
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明学生的结构体
|
||
*/
|
||
struct Student {
|
||
int id; // 学号
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
char gender; // 性别
|
||
int age; // 年龄
|
||
char address[50]; // 地址
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
// 定义学生结构体的变量
|
||
struct Student student; // [!code highlight]
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明猫的结构体
|
||
*/
|
||
struct Cat {
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
int age; // 年龄
|
||
char color[50]; // 颜色
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
// 定义猫结构体的变量
|
||
struct Cat cat; // [!code highlight]
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
#### 2.4.2.3 方式二
|
||
|
||
* 语法：
|
||
|
||
```c
|
||
struct 结构体名{
|
||
数据类型1 成员名1; // 分号结尾
|
||
数据类型2 成员名2;
|
||
……
|
||
数据类型n 成员名n;
|
||
} 结构体变量1，结构体变量2,...;
|
||
```
|
||
|
||
> [!NOTE]
|
||
>
|
||
> 在声明结构体的同时定义结构体变量。
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {6,12}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明学生的结构体的同时定义结构体变量
|
||
*/
|
||
struct Student {
|
||
int id; // 学号
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
char gender; // 性别
|
||
int age; // 年龄
|
||
char address[50]; // 地址
|
||
} stu1,stu2; // stu1 和 stu2 是结构体变量
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {6,10}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明猫的结构体的同时定义结构体变量
|
||
*/
|
||
struct Cat {
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
int age; // 年龄
|
||
char color[50]; // 颜色
|
||
} cat; // cat 是结构体变量
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
#### 2.4.2.4 方式三
|
||
|
||
* 语法：
|
||
|
||
```c
|
||
struct {
|
||
数据类型1 成员名1; // 分号结尾
|
||
数据类型2 成员名2;
|
||
……
|
||
数据类型n 成员名n;
|
||
} 结构体变量1，结构体变量2,...;
|
||
```
|
||
|
||
> [!NOTE]
|
||
>
|
||
> * ① 在声明结构体的同时定义结构体变量，但是不给结构体名，这种方式的结构体也称为`匿名结构体`。
|
||
> * ② 和`方式二`相比，后面的代码将无法通过该结构体来定义变量，因为没有结构体名称，除非使用 `typedef` 关键字。
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {6,12}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明学生的结构体的同时定义结构体变量
|
||
*/
|
||
struct {
|
||
int id; // 学号
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
char gender; // 性别
|
||
int age; // 年龄
|
||
char address[50]; // 地址
|
||
} stu1,stu2; // stu1 和 stu2 是结构体变量
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {6,10}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明猫的结构体的同时定义结构体变量
|
||
*/
|
||
struct {
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
int age; // 年龄
|
||
char color[50]; // 颜色
|
||
} cat; // cat 是结构体变量
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 2.4.3 结构体变量中成员的获取和赋值
|
||
|
||
#### 2.4.3.1 概述
|
||
|
||
* 成员是结构体的一个组成部分，一般是基本数据类型、也可以是数组、指针、结构体等。结构体的成员也可以称为属性。
|
||
* 结构体和数组类似，也是一组数据的集合，结构体使用点号 `.` 获取单个成员，可以进行赋值和取值。
|
||
|
||
#### 2.4.3.2 结构体成员逐个赋值
|
||
|
||
* 语法：
|
||
|
||
```c
|
||
结构体变量名.成员名 = 值; // 值可以是常量或变量
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {23-26,29-32}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
#include <string.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明人类的结构体
|
||
*/
|
||
struct Person {
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
char gender; // 性别
|
||
int age; // 年龄
|
||
double weight; // 体重
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
// 定义猫结构体的变量
|
||
struct Person person;
|
||
|
||
// 结构体变量中成员赋值
|
||
strcpy(person.name, "张三");
|
||
person.gender = 'M';
|
||
person.age = 20;
|
||
person.weight = 60.5;
|
||
|
||
// 结构体变量中成员的访问
|
||
printf("姓名：%s\n", person.name); // 姓名：张三
|
||
printf("性别：%c\n", person.gender); // 性别：M
|
||
printf("年龄：%d\n", person.age); // 年龄：20
|
||
printf("体重：%.2f\n", person.weight); // 体重：60.50
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {24-28,31-35}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
#include <string.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明学生的结构体
|
||
*/
|
||
struct Student {
|
||
int id; // 学号
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
char gender; // 性别
|
||
int age; // 年龄
|
||
char address[50]; // 地址
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
// 定义学生结构体的变量
|
||
struct Student student;
|
||
|
||
// 结构体变量中成员赋值
|
||
student.id = 10001;
|
||
strcpy(student.name, "张三");
|
||
student.gender = 'M';
|
||
student.age = 20;
|
||
strcpy(student.address, "北京市海淀区");
|
||
|
||
// 输出结构体变量中成员的值
|
||
printf("学号: %d\n", student.id); // 学号: 10001
|
||
printf("姓名: %s\n", student.name); // 姓名: 张三
|
||
printf("性别: %c\n", student.gender); // 性别: M
|
||
printf("年龄: %d\n", student.age); // 年龄: 20
|
||
printf("地址: %s\n", student.address); // 地址: 北京市海淀区
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
#### 2.4.3.3 使用大括号一次性对结构体所有成员赋值
|
||
|
||
* 语法：
|
||
|
||
```c
|
||
struct 结构体类型 结构体变量 = {...};
|
||
```
|
||
|
||
```c
|
||
struct 结构体类型 结构体变量 = {.成员 = xxx,...};
|
||
```
|
||
|
||
> [!NOTE]
|
||
>
|
||
> * ① `struct 结构体类型 结构体变量 = {...};`，需要和声明结构体中成员的顺序保持一致。
|
||
> * ② `struct 结构体类型 结构体变量 = {.成员 = xxx,...};` ，不需要和声明结构体中成员的顺序保持一致。
|
||
> * ③ 如果初始化的属性少于声明时的属性，剩下的那些属性都会初始化为 0 。
|
||
|
||
> [!IMPORTANT]
|
||
>
|
||
> CLion 中其实是有这类语法提示的，如下所示：
|
||
>
|
||
> 
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c
|
||
#include <stdio.h>
|
||
#include <string.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明学生的结构体
|
||
*/
|
||
struct Student {
|
||
int id; // 学号
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
char gender; // 性别
|
||
int age; // 年龄
|
||
char address[50]; // 地址
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
// 定义学生结构体的变量并进行初始化
|
||
struct Student student = {10001, "张三", 'M', 20, "北京市海淀区"}; // [!code highlight]
|
||
|
||
// 输出结构体变量中成员的值
|
||
printf("学号: %d\n", student.id); // 学号: 10001
|
||
printf("姓名: %s\n", student.name); // 姓名: 张三
|
||
printf("性别: %c\n", student.gender); // 性别: M
|
||
printf("年龄: %d\n", student.age); // 年龄: 20
|
||
printf("地址: %s\n", student.address); // 地址: 北京市海淀区
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {19-22}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明人类的结构体
|
||
*/
|
||
struct Person {
|
||
char name[20]; // 姓名
|
||
char gender; // 性别
|
||
int age; // 年龄
|
||
double weight; // 体重
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
// 定义人类结构体的变量并进行初始化
|
||
struct Person person = {.gender = 'M',
|
||
.name = "张三",
|
||
.age = 15,
|
||
.weight = 60.5};
|
||
|
||
// 结构体变量中成员的访问
|
||
printf("姓名：%s\n", person.name); // 姓名：张三
|
||
printf("性别：%c\n", person.gender); // 性别：M
|
||
printf("年龄：%d\n", person.age); // 年龄：20
|
||
printf("体重：%.2f\n", person.weight); // 体重：60.50
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 2.4.4 应用示例
|
||
|
||
* 需求：创建一个 Box 的结构体，在其中定义三个成员分别表示一个立方体的长、宽和高（长、宽、高可以由控制台输入），并且定义一个函数获取立方体的体积。
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明 Box 的结构体
|
||
*/
|
||
struct Box {
|
||
double length; // 长
|
||
double width; // 年龄
|
||
double height; // 高度
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* 获取 Box 的体积
|
||
* @param box
|
||
* @return
|
||
*/
|
||
double getVolume(struct Box box) {
|
||
return box.length * box.width * box.height;
|
||
}
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
// 创建结构体变量
|
||
struct Box box;
|
||
|
||
// 输入
|
||
printf("请输入长：");
|
||
scanf("%lf", &box.length);
|
||
printf("请输入宽：");
|
||
scanf("%lf", &box.width);
|
||
printf("请输入高：");
|
||
scanf("%lf", &box.height);
|
||
|
||
// 调用函数获取体积
|
||
printf("体积为：%.2lf\n", getVolume(box));
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 2.4.5 总结
|
||
|
||
* `结构体`是一个`自定义数据类型`（构造类型），表示的是一种数据类型。
|
||
* `结构体变量`就是一个`具体`的`变量`，例如：
|
||
|
||
```c
|
||
int num = 10; // int 是数据类型，而 num 是一个具体的 int 类型的变量
|
||
```
|
||
|
||
```c
|
||
struct Car car ; // Car 是结构体数据类型，而 car 是一个具体的 Car 类型的变量
|
||
```
|
||
|
||
> [!NOTE]
|
||
>
|
||
> * 结构体就相当于是一个汽车图纸，是一个模板。而生产出来的具体的一辆辆的汽车，就类似于一个个的结构体变量。这些结构体变量都含有相同的成员， 将结构体变量的成员比作“零件”，同一张图纸生产出来的零件的作用都是一样的。
|
||
>
|
||
> 
|
||
>
|
||
> * 如果学过 Java 等面向对象的语言，就可以将`结构体`当做是`类`，而`结构体变量`当做是`对象`。但是，两者不是完全等价，因为其底层的内存结构是不一样的。
|
||
|
||
## 2.5 进一步认识结构体
|
||
|
||
### 2.5.1 结构体嵌套
|
||
|
||
* 之前说过，结构体中的成员可以包含以下数据类型：
|
||
|
||
* ① 基本数据类型：整型、浮点型、字符型、布尔型。
|
||
|
||
* ② 指针类型。
|
||
|
||
* ③ 枚举类型。
|
||
|
||
* ④ 结构体类型：
|
||
* 可以包含其他结构体作为成员（称为嵌套结构体）。
|
||
* 结构体指针。
|
||
|
||
* ⑤ 联合体类型。
|
||
|
||
* ⑥ 位域。
|
||
|
||
* 如果一个结构体的成员中是另外一个结构体，那么就构成了结构体嵌套。
|
||
|
||
> [!IMPORTANT]
|
||
>
|
||
> * 也许，你会有疑问，为什么结构体中的成员不能包含自己，如下所示：
|
||
>
|
||
> ```c
|
||
> struct A {
|
||
> int data;
|
||
> struct A self; // 错误，结构体不能包含自己
|
||
> };
|
||
> ```
|
||
>
|
||
> * 原因之一是`内存分配`问题，即：编译器会试图计算结构体`A`的大小，但是因为`A`中包含另一个`A`，这个`A`中又包含另一个`A`，这种嵌套会无限递归下去。编译器无法确定最终的大小，因为这个定义永远不会结束。
|
||
> * 原因之二是`逻辑上的循环`问题，即：如果结构体包含自己，这意味着每个结构体实例会包含另一个结构体实例，后者又包含另一个结构体实例，导致逻辑上的循环引用。这是不可能实现的，因为系统的内存和逻辑不能支持这种无穷递归。
|
||
> * 解决方案：虽然不能直接包含自己，但是可以通过`指针`来引用自身。指针有固定的大小（通常是4字节或8字节，取决于系统架构），因此不会造成上述的无限递归问题。
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {7,15,17}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
#include <string.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明姓名结构体
|
||
*/
|
||
struct Name {
|
||
char firstName[50];
|
||
char lastName[50];
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明学生的结构体
|
||
*/
|
||
struct Student {
|
||
int id; // 学号
|
||
struct Name name; // 姓名
|
||
char gender; // 性别
|
||
int age; // 年龄
|
||
char address[50]; // 地址
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
// 定义结构体变量并赋值
|
||
struct Student stu1 = {1001, {"张", "三"}, 'M', 20, "北京市海淀区"};
|
||
|
||
printf("学号: %d\n", stu1.id);
|
||
printf("姓名: %s\n", strcat(stu1.name.firstName, stu1.name.lastName));
|
||
printf("性别: %c\n", stu1.gender);
|
||
printf("年龄: %d\n", stu1.age);
|
||
printf("地址: %s\n", stu1.address);
|
||
|
||
printf("\n");
|
||
|
||
// 定义结构体变量并赋值
|
||
struct Name name = {.firstName = "李", .lastName = "四"};
|
||
struct Student stu2 = {1002, name, 'F', 21, "上海市浦东新区"};
|
||
printf("学号: %d\n", stu2.id);
|
||
printf("姓名: %s\n", strcat(stu2.name.firstName, stu2.name.lastName));
|
||
printf("性别: %c\n", stu2.gender);
|
||
printf("年龄: %d\n", stu2.age);
|
||
printf("地址: %s\n", stu2.address);
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
* 示例：
|
||
|
||
```c {6,15,21}
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明日期的结构体
|
||
*/
|
||
struct Date {
|
||
int year;
|
||
int month;
|
||
int day;
|
||
};
|
||
|
||
/**
|
||
* 声明员工的结构体
|
||
*/
|
||
struct Employee {
|
||
int id; // 员工编号
|
||
char name[20]; // 员工姓名
|
||
char gender; // 员工性别
|
||
int age; // 员工年龄
|
||
char address[30]; // 员工住址
|
||
struct Date hireDate; // 员工的入职时间
|
||
};
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
// 定义员工结构体的变量
|
||
struct Employee employee = {1001, "张三", 'M', 20, "北京市海淀区",
|
||
{2018, 10, 1}};
|
||
|
||
printf("员工编号: %d\n", employee.id);
|
||
printf("员工姓名: %s\n", employee.name);
|
||
printf("员工性别: %c\n", employee.gender);
|
||
printf("员工年龄: %d\n", employee.age);
|
||
printf("员工住址: %s\n", employee.address);
|
||
printf("入职时间: %d-%d-%d\n", employee.hireDate.year
|
||
, employee.hireDate.month, employee.hireDate.day);
|
||
|
||
printf("\n");
|
||
|
||
// 定义员工结构体的变量
|
||
struct Date hireDate = {2019, 10, 1};
|
||
struct Employee employee2 = {.id = 1002,
|
||
.name = "李四",
|
||
.gender = 'F',
|
||
.age = 21,
|
||
.address = "上海市浦东新区"};
|
||
employee2.hireDate = hireDate;
|
||
printf("员工编号: %d\n", employee2.id);
|
||
printf("员工姓名: %s\n", employee2.name);
|
||
printf("员工性别: %c\n", employee2.gender);
|
||
printf("员工年龄: %d\n", employee2.age);
|
||
printf("员工住址: %s\n", employee2.address);
|
||
printf("入职时间: %d-%d-%d\n", employee2.hireDate.year,
|
||
employee2.hireDate.month, employee2.hireDate.day);
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 2.5.2 结构体占用的内存空间
|
||
|
||
#### 2.5.2.1 概述
|
||
|
||
* 假设结构体变量是这样定义的，如下所示：
|
||
|
||
```c
|
||
struct Student{
|
||
char *name; //姓名
|
||
int num; //学号
|
||
int age; //年龄
|
||
char group; //所在学习小组
|
||
float score; //成绩
|
||
} stu1,stu2 ;
|
||
```
|
||
|
||
* 理论上讲结构体变量的各个成员在内存中是连续存储的，和数组类似，如：上面的结构体变量 `stu1` 和 `stu2` 的内存分布，如下所示：
|
||
|
||
|
||
|
||
* 我们也可以通过代码，来验证：
|
||
|
||
```c
|
||
#include <stdio.h>
|
||
|
||
struct Student {
|
||
char *name; // 姓名
|
||
int num; // 学号
|
||
int age; // 年龄
|
||
char group; // 所在学习小组
|
||
float score; // 成绩
|
||
} stu1, stu2;
|
||
|
||
int main() {
|
||
|
||
// 禁用 stdout 缓冲区
|
||
setbuf(stdout, nullptr);
|
||
|
||
// sizeof(stu1.name) = 8
|
||
printf("sizeof(stu1.name) = %zu\n", sizeof(stu1.name));
|
||
// sizeof(stu1.num) = 4
|
||
printf("sizeof(stu1.num) = %zu\n", sizeof(stu1.num));
|
||
// sizeof(stu1.age) = 4
|
||
printf("sizeof(stu1.age) = %zu\n", sizeof(stu1.age));
|
||
// sizeof(stu1.group) = 1
|
||
printf("sizeof(stu1.group) = %zu\n", sizeof(stu1.group));
|
||
// sizeof(stu1.score) = 4
|
||
printf("sizeof(stu1.score) = %zu\n", sizeof(stu1.score));
|
||
|
||
// total = 21
|
||
printf("total = %zu\n", sizeof(stu1.name)
|
||
+ sizeof(stu1.num)
|
||
+ sizeof(stu1.age)
|
||
+ sizeof(stu1.group)
|
||
+ sizeof(stu1.score));
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
```
|
||
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* 但是，在编译器的具体实现中，各个成员之间可能会存在缝隙，对于 `stu1` 和 `stu2` 来说，成员变量 `group` 和 `score` 之间存在 `3` 个字节的空白填充，如下所示：
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* 我们也可以通过代码，来验证：
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```c
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#include <stdio.h>
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struct Student { // 没有写 stu
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char *name; // 姓名
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int num; // 学号
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int age; // 年龄
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char group; // 所在学习小组
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float score; // 成绩
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} stu1, stu2;
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int main() {
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// 禁用 stdout 缓冲区
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setbuf(stdout, nullptr);
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// sizeof(stu1.name) = 8
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printf("sizeof(stu1.name) = %zu\n", sizeof(stu1.name));
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// sizeof(stu1.num) = 4
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printf("sizeof(stu1.num) = %zu\n", sizeof(stu1.num));
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// sizeof(stu1.age) = 4
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printf("sizeof(stu1.age) = %zu\n", sizeof(stu1.age));
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// sizeof(stu1.group) = 1
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printf("sizeof(stu1.group) = %zu\n", sizeof(stu1.group));
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// sizeof(stu1.score) = 4
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printf("sizeof(stu1.score) = %zu\n", sizeof(stu1.score));
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// total = 21
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printf("total = %zu\n", sizeof(stu1.name)
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+ sizeof(stu1.num)
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+ sizeof(stu1.age)
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+ sizeof(stu1.group)
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+ sizeof(stu1.score));
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// sizeof(stu1) = 24
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printf("sizeof(stu1) = %zu\n", sizeof(stu1));
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return 0;
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}
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```
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* 至于结构体变量中的各个成员变量，为什么会存在“裂缝”，就是因为`内存对齐`。
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#### 2.5.2.2 内存对齐
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# 第三章：共用体
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