第二十一課、結構體
21.1、C結構體
C 數組允許定義可存儲相同類型數據項的變量，結構是 C 編程中另一種用戶自定義的可用的數據類型，它允許您存儲不同類型的數據項。
結構用於表示一條記錄，假設您想要跟蹤圖書館中書本的動態，您可能需要跟蹤每本書的下列屬性：
Title、Author、Subject、Book ID
21.2、定義結構
爲了定義結構，必須使用 struct 語句。struct 語句定義了一個包含多個成員的新的數據類型，struct 語句的格式如下：
struct [structure tag]
{
member definition;
member definition;
...
member definition;
} [one or more structure variables];
structure tag 是可選的，每個 member definition 是標準的變量定義，比如 int i; 或者 float f; 或者其他有效的變量定義。在結構定義的末尾，最後一個分號之前，您可以指定一個或多個結構變量，這是可選的。下面是聲明 Book 結構的方式：
struct Books
{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
}book;
21.3、訪問結構成員
爲了訪問結構的成員，使用成員訪問運算符（.）。成員訪問運算符是結構變量名稱和我們要訪問的結構成員之間的一個句號。可以使用 struct 關鍵字來定義結構類型的變量。下面的實例演示了結構的用法：
實例
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Books
{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
};
int main( )
{
struct Books Book1; /* 聲明 Book1，類型爲 Books */
struct Books Book2; /* 聲明 Book2，類型爲 Books */
/* Book1 詳述 */
strcpy( Book1.title, "C Programming");
strcpy( Book1.author, "Nuha Ali");
strcpy( Book1.subject, "C Programming Tutorial");
Book1.book_id = 6495407;
/* Book2 詳述 */
strcpy( Book2.title, "Telecom Billing");
strcpy( Book2.author, "Zara Ali");
strcpy( Book2.subject, "Telecom Billing Tutorial");
Book2.book_id = 6495700;
/* 輸出 Book1 信息 */
printf( "Book 1 title : %s\n", Book1.title);
printf( "Book 1 author : %s\n", Book1.author);
printf( "Book 1 subject : %s\n", Book1.subject);
printf( "Book 1 book_id : %d\n", Book1.book_id);
/* 輸出 Book2 信息 */
printf( "Book 2 title : %s\n", Book2.title);
printf( "Book 2 author : %s\n", Book2.author);
printf( "Book 2 subject : %s\n", Book2.subject);
printf( "Book 2 book_id : %d\n", Book2.book_id);
return 0;
}
結果：
Book 1 title : C Programming
Book 1 author : Nuha Ali
Book 1 subject : C Programming Tutorial
Book 1 book_id : 6495407
Book 2 title : Telecom Billing
Book 2 author : Zara Ali
Book 2 subject : Telecom Billing Tutorial
Book 2 book_id : 6495700
21.4、結構作爲函數參數
可以把結構作爲函數參數，傳參方式與其他類型的變量或指針類似。可以使用上面實例中的方式來訪問結構變量：
實例
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Books
{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
};
/* 函數聲明 */
void printBook( struct Books book );
int main( )
{
struct Books Book1; /* 聲明 Book1，類型爲 Books */
struct Books Book2; /* 聲明 Book2，類型爲 Books */
/* Book1 詳述 */
strcpy( Book1.title, "C Programming");
strcpy( Book1.author, "Nuha Ali");
strcpy( Book1.subject, "C Programming Tutorial");
Book1.book_id = 6495407;
/* Book2 詳述 */
strcpy( Book2.title, "Telecom Billing");
strcpy( Book2.author, "Zara Ali");
strcpy( Book2.subject, "Telecom Billing Tutorial");
Book2.book_id = 6495700;
/* 輸出 Book1 信息 */
printBook( Book1 );
/* 輸出 Book2 信息 */
printBook( Book2 );
return 0;
}
void printBook( struct Books book )
{
printf( "Book title : %s\n", book.title);
printf( "Book author : %s\n", book.author);
printf( "Book subject : %s\n", book.subject);
printf( "Book book_id : %d\n", book.book_id);
}
當上面的代碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：
Book title : C Programming
Book author : Nuha Ali
Book subject : C Programming Tutorial
Book book_id : 6495407
Book title : Telecom Billing
Book author : Zara Ali
Book subject : Telecom Billing Tutorial
Book book_id : 6495700
21.5、指向結構的指針
定義指向結構的指針，方式與定義指向其他類型變量的指針相似，如下所示：
struct Books *struct_pointer;
可以在上述定義的指針變量中存儲結構變量的地址。爲了查找結構變量的地址，請把 & 運算符放在結構名稱的前面，如下所示：
struct_pointer = &Book1;
爲了使用指向該結構的指針訪問結構的成員，您必須使用 -> 運算符，如下所示：
struct_pointer->title;
使用結構指針來重寫上面的實例，這將有助於您理解結構指針的概念：
實例
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Books
{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
};
/* 函數聲明 */
void printBook( struct Books *book );
int main( )
{
struct Books Book1; /* 聲明 Book1，類型爲 Books */
struct Books Book2; /* 聲明 Book2，類型爲 Books */
/* Book1 詳述 */
strcpy( Book1.title, "C Programming");
strcpy( Book1.author, "Nuha Ali");
strcpy( Book1.subject, "C Programming Tutorial");
Book1.book_id = 6495407;
/* Book2 詳述 */
strcpy( Book2.title, "Telecom Billing");
strcpy( Book2.author, "Zara Ali");
strcpy( Book2.subject, "Telecom Billing Tutorial");
Book2.book_id = 6495700;
/* 通過傳 Book1 的地址來輸出 Book1 信息 */
printBook( &Book1 );
/* 通過傳 Book2 的地址來輸出 Book2 信息 */
printBook( &Book2 );
return 0;
}
void printBook( struct Books *book )
{
printf( "Book title : %s\n", book->title);
printf( "Book author : %s\n", book->author);
printf( "Book subject : %s\n", book->subject);
printf( "Book book_id : %d\n", book->book_id);
}
結果：
Book title : C Programming
Book author : Nuha Ali
Book subject : C Programming Tutorial
Book book_id : 6495407
Book title : Telecom Billing
Book author : Zara Ali
Book subject : Telecom Billing Tutorial
Book book_id : 6495700
21.6、位域
有些信息在存儲時，並不需要佔用一個完整的字節，而只需佔幾個或一個二進制位。例如在存放一個開關量時，只有 0 和 1 兩種狀態，用1 位二進位即可。爲了節省存儲空間，並使處理簡便，C 語言又提供了一種數據結構，稱爲"位域"或"位段"。
所謂"位域"是把一個字節中的二進位劃分爲幾個不同的區域，並說明每個區域的位數。每個域有一個域名，允許在程序中按域名進行操作。這樣就可以把幾個不同的對象用一個字節的二進制位域來表示。
典型的實例：
用 1 位二進位存放一個開關量時，只有 0 和 1 兩種狀態。
讀取外部文件格式——可以讀取非標準的文件格式。例如：9 位的整數。
21.6.1、位域的定義和位域變量的說明
位域定義與結構定義相仿，其形式爲：
struct 位域結構名
{
位域列表
};
其中位域列表的形式爲：
類型說明符 位域名: 位域長度
例如：
struct bs
{
int a:8;
int b:2;
int c:6;
}data;
說明 data 爲 bs 變量，共佔兩個字節。其中位域a 佔 8 位，位域 b 佔2 位，位域 c 佔 6 位。
實例：
struct packed_struct
{
unsigned int f1:1;
unsigned int f2:1;
unsigned int f3:1;
unsigned int f4:1;
unsigned int type:4;
unsigned int my_int:9;
} pack;
在這裏，packed_struct包含了 6 個成員：四個 1 位的標識符 f1..f4、一個 4 位的 type 和一個 9 位的 my_int。
小結：對於位域的定義尚有以下幾點說明：
1、一個位域必須存儲在同一個字節中，不能跨兩個字節。如一個字節所剩空間不夠存放另一位域時，應從下一單元起存放該位域。也可以有意使某位域從下一單元開始。例如：
struct bs
{
unsigned a:4;
unsigned :4; /* 空域 */
unsigned b:4; /* 從下一單元開始存放 */
unsigned c:4
}
在這個位域定義中，a佔第一字節的 4 位，後 4 位填 0 表示不使用，b 從第二字節開始，佔用 4 位，c 佔用 4 位。
2、由於位域不允許跨兩個字節，因此位域的長度不能大於一個字節的長度，也就是說不能超過8位二進位。如果最大長度大於計算機的整數字長，一些編譯器可能會允許域的內存重疊，另外一些編譯器可能會把大於一個域的部分存儲在下一個字中。
3、位域可以是無名位域，這時它只用來作填充或調整位置。無名的位域是不能使用的。例如：
struct k{ int a:1; int :2; /* 該 2 位不能使用 */ int b:3; int c:2; };
從以上分析可以看出，位域在本質上就是一種結構類型，不過其成員是按二進位分配的。
21.6.2、位域的使用
位域的使用和結構成員的使用相同，其一般形式爲：
位域變量名.位域名
位域變量名->位域名
位域允許用各種格式輸出。
實例
main()
{
struct bs
{
unsigned a:1;
unsigned b:3;
unsigned c:4;
} bit,*pbit; bit.a=1;
/*給位域賦值（應注意賦值不能超過該位域的允許範圍） */
bit.b=7; /* 給位域賦值（應注意賦值不能超過該位域的允許範圍） */
bit.c=15; /* 給位域賦值（應注意賦值不能超過該位域的允許範圍） */ printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c); /* 以整型量格式輸出三個域的內容 */ pbit=&bit; /* 把位域變量 bit 的地址送給指針變量 pbit */
pbit->a=0; /* 用指針方式給位域 a 重新賦值，賦爲 0 */
pbit->b&=3; /* 使用了複合的位運算符 "&="，相當於：pbit->b=pbit->b&3，位域 b 中原有值爲 7，與 3 作按位與運算的結果爲 3（111&011=011，十進制值爲 3） */ pbit->c|=1; /* 使用了複合位運算符"|="，相當於：pbit->c=pbit->c|1，其結果爲 15 */
printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c); /* 用指針方式輸出了這三個域的值 */ }
上例程序中定義了位域結構bs，三個位域爲 a、b、c。說明了 bs 類型的變量 bit 和指向 bs 類型的指針變量 pbit。這表示位域也是可以使用指針的。