C 语言中的结构体struct、联合体union

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共用体(union) 
1. 联合说明和联合变量定义 
联合也是一种新的数据类型, 它是一种特殊形式的变量。 
联合说明和联合变量定义与结构十分相似。其形式为: 
union 联合名{ 
     数据类型 成员名; 
     数据类型 成员名; 
... 
} 联合变量名; 
联合表示几个变量公用一个内存位置, 在不同的时间保存不同的数据类型 和不同长度的变量。 
下例表示说明一个联合a_bc: 

union a_bc{ 
int i; 
char mm; 
}; 

再用已说明的联合可定义联合变量。 
例如用上面说明的联合定义一个名为lgc的联合变量, 可写成: 

union a_bc lgc; 

在联合变量lgc中, 整型量i和字符mm公用同一内存位置。 

当一个联合被说明时, 编译程序自动地产生一个变量, 其长度为联合中最大的变量长度。

联合访问其成员的方法与结构相同,为了访问共用体的成员，我们使用成员访问运算符（.）。成员访问运算符是共用体变量名称和我们要访问的共用体成员之间的一个句号。同样联合变量也可以定义成数组或指针,但定义为指针时, 也要用"->"符号, 此时联合访问成员可表示成: 
联合名->成员名 

#include <stdio.h>

union Data
{
   char  gsrt[20];
   char  str[20];
};
 
void printd(union Data *data); 
 
int main( )
{
   union Data data;        
   	
   strcpy( data.gsrt, "g Programming");
   strcpy( data.str, "C Programming");
   
   printd(&data);
   
   return 0;
}

void printd(union Data *data)
{
    printf( "data.gstr : %s\n", data->gsrt);
    printf( "data.str : %s\n", data->str);
}

另外, 联合既可以出现在结构内, 它的成员也可以是结构。 

#include <stdio.h>
struct
{
	int age;
	char *addr;
	
	union
	{
		int i;
		char *ch;
	}x;	
	
}y[10];

 
int main( )
{
   //若要访问结构变量y[1]中联合x的成员i, 可以写成: 
   y[1].x.i = 10;
   printf("%d\n", y[1].x.i);
   //若要访问结构变量y[2]中联合x的字符串指针ch的第一个字符可写成: 
   
   *y[2].x.ch ;
   //若写成"y[2].x.*ch;"是错误的。
   return 0;
}

 

2. 结构和联合的区别 
结构和联合有下列区别: 
1. 结构和联合都是由多个不同的数据类型成员组成, 但在任何同一时刻, 联合转只存放了一个被选中的成员, 而结构的所有成员都存在。 
2. 对于联合的不同成员赋值, 将会对其它成员重写, 原来成员的值就不存在了, 而对于结构的不同成员赋值是互不影响的。 
 

结构的定义

定义一个结构的一般形式为: 
struct 结构名 
{ 
成员表列 
};
成员表由若干个成员组成, 每个成员都是该结构的一个组成部分。对每个成员也必须作类型说明,其形式为:
类型说明符 成员名; 
成员名的命名应符合标识符的书写规定。例如: 

struct stu
{
  int num;
  char name[20];
  char sex;
  float score;
}; 

在这个结构定义中,结构名为stu,该结构由4个成员组成。第一个成员为num,整型变量;第二个成员为name,字符数组;第三个成员为 sex,字符变量;第四个成员为score,实型变量。 应注意在括号后的分号是不可少的。结构定义之后,即可进行变量说明。 凡说明为结构stu的变量都由上述4个成员组成。由此可见, 结构是一种复杂的数据类型,是数目固定,类型不同的若干有序变量的集合。

结构类型变量的说明

说明结构变量有以下三种方法。以上面定义的stu为例来加以说明。
1. 先定义结构,再说明结构变量。如: 

struct stu
{
  int num;
  char name[20];
  char sex;
  float score;
};
struct stu boy1,boy2;

说明了两个变量boy1和boy2为stu结构类型。也可以用宏定义使一个符号常量来表示一个结构类型,例如: 

#define STU struct stu
STU
{
    int num;
    char name[20];
    char sex;
    float score;
};
STU boy1,boy2;

2. 在定义结构类型的同时说明结构变量。例如: 

struct stu
{
    int num;
    char name[20];
    char sex;
    float score;
}boy1,boy2;

3. 直接说明结构变量。例如: 

struct
{
    int num;
    char name[20];
    char sex;
    float score;
}boy1,boy2;

第三种方法与第二种方法的区别在于第三种方法中省去了结构名,而直接给出结构变量。三种方法中说明的boy1,boy2变量都具有图7.1所示的结构。说明了boy1,boy2变量为stu类型后,即可向这两个变量中的各个成员赋值。在上述stu结构定义中,所有的成员都是基本数据类型或数组类型。成员也可以又是一个结构, 即构成了嵌套的结构。

struct date{
    int month;
    int day;
    int year;
}
struct{
    int num;
    char name[20];
    char sex;
    struct date birthday;
    float score;
}boy1,boy2;

首先定义一个结构date,由month(月)、day(日)、year(年)三个成员组成。在定义并说明变量 boy1 和 boy2 时, 其中的成员birthday被说明为data结构类型。成员名可与程序中其它变量同名,互不干扰。结构变量成员的表示方法在程序中使用结构变量时, 往往不把它作为一个整体来使用。

在ANSI C中除了允许具有相同类型的结构变量相互赋值以外, 一般对结构变量的使用,包括赋值、输入、输出、 运算等都是通过结构变量的成员来实现的。

表示结构变量成员的一般形式是: 结构变量名.成员名 例如:boy1.num 即第一个人的学号　boy2.sex 即第二个人的性别 如果成员本身又是一个结构则必须逐级找到最低级的成员才能使用。例如:boy1.birthday.month 即第一个人出生的月份成员可以在程序中单独使用,与普通变量完全相同。

结构变量的赋值

前面已经介绍,结构变量的赋值就是给各成员赋值。可用输入语句或赋值语句来完成。

#include <stdio.h>

int main( )
{
	struct stu
	{
		int num;
		char *name;
		char sex;
		float score;
	} boy1,boy2; 
	
    boy1.num=102;
	boy1.name="Zhang ping";
	printf("input sex and score\n");
	
	scanf("%c %f",&boy1.sex,&boy1.score);
	boy2=boy1;
	printf("Number=%d\nName=%s\n",boy2.num,boy2.name);
	printf("Sex=%c\nScore=%f\n",boy2.sex,boy2.score);
    return 0;
}

 

本程序中用赋值语句给num和name两个成员赋值,name是一个字符串指针变量。用scanf函数动态地输入sex和score成员值, 然后把boy1的所有成员的值整体赋予boy2。最后分别输出boy2 的各个成员值。本例表示了结构变量的赋值、输入和输出的方法。

结构变量的初始化
如果结构变量是全局变量或为静态变量, 则可对它作初始化赋值。对局部或自动结构变量不能作初始化赋值。

#include <stdio.h>
struct stu /*定义结构*/
{
int num;
char *name;
char sex;
float score;
} boy2,boy1={102,"Zhang ping",'M',78.5};

int main( )
{
	boy2=boy1;
	printf("Number=%d\nName=%s\n",boy2.num,boy2.name);
	printf("Sex=%c\nScore=%f\n",boy2.sex,boy2.score);
    return 0;
}

本例中,boy2,boy1均被定义为外部结构变量,并对boy1作了初始化赋值。在main函数中,把boy1的值整体赋予boy2, 然后用两个printf语句输出boy2各成员的值。

静态结构变量初始化。

#include <stdio.h>
 
int main( )
{
	static struct stu /*定义静态结构变量*/
	{
		int num;
		char *name;
		char sex;
		float score;
	}boy2,boy1={102,"Zhang ping",'M',78.5};
	boy2=boy1;
	printf("Number=%d\nName=%s\n",boy2.num,boy2.name);
	printf("Sex=%c\nScore=%f\n",boy2.sex,boy2.score);
    return 0;
}

 

本例是把boy1,boy2都定义为静态局部的结构变量, 同样可以作初始化赋值。

结构数组

数组的元素也可以是结构类型的。 因此可以构成结构型数组。结构数组的每一个元素都是具有相同结构类型的下标结构变量。 在实际应用中,经常用结构数组来表示具有相同数据结构的一个群体。如一个班的学生档案,一个车间职工的工资表等。 
结构数组的定义方法和结构变量相似,只需说明它为数组类型即可。例如: 

struct stu
{
    int num;
    char *name;
    char sex;
    float score;
}boy[5]; 

定义了一个结构数组boy1,共有5个元素,boy[0]～boy[4]。每个数组元素都具有struct stu的结构形式。 对外部结构数组或静态结构数组可以作初始化赋值,例如: 

#include <stdio.h>
 
int main( )
{
	struct stu
	{
	    int num;
	    char *name;
	    char sex;
	    float score;
	}boy[5]={
		{101,"Li ping",'M',45},
		{102,"Zhang ping",'M',62.5},
		{103,"He fang",'F',92.5},
		{104,"Cheng ling",'F',87},
		{105,"Wang ming",'M',58}
	};
	printf("Number=%d\nName=%s\n",boy[1].num,boy[1].name);
	printf("Sex=%c\nScore=%f\n",boy[1].sex,boy[1].score);
    return 0;
}

当对全部元素作初始化赋值时,也可不给出数组长度。

建立同学通讯录

#include <stdio.h>
#define NUM 3
struct mem
{
	char name[20];
	char phone[10];
};

int main( )
{
    struct mem man[NUM];
    
    int i;
	for(i=0;i<NUM;i++)
	{
		printf("input name:\n");
		gets(man[i].name);
		printf("input phone:\n");
		gets(man[i].phone);
	}
	
	printf("name\t\t\tphone\n\n");
	
	for(i=0;i<NUM;i++){
		printf("%s\t\t\t%s\n",man[i].name,man[i].phone);	
	}

    return 0;
}

 

本程序中定义了一个结构mem,它有两个成员name和phone 用来表示姓名和电话号码。在主函数中定义man为具有mem 类型的结构数组。在for语句中,用gets函数分别输入各个元素中两个成员的值。然后又在for语句中用printf语句输出各元素中两个成员值。

结构指针变量

结构指针变量的说明和使用一个指针变量当用来指向一个结构变量时, 称之为结构指针变量。
结构指针变量中的值是所指向的结构变量的首地址。 通过结构指针即可访问该结构变量, 这与数组指针和函数指针的情况是相同的。结构指针变量说明的一般形式为: 
struct 结构名*结构指针变量名 
例如,在前面的例中定义了stu这个结构, 如要说明一个指向stu的指针变量pstu,可写为: 
struct stu *pstu;

当然也可在定义stu结构时同时说明pstu。与前面讨论的各类指针变量相同,结构指针变量也必须要先赋值后才能使用。赋值是把结构变量的首地址赋予该指针变量, 不能把结构名赋予该指针变量。如果boy是被说明为stu类型的结构变量,则: pstu=&boy是正确的,而: pstu=&stu是错误的。

结构名和结构变量是两个不同的概念,不能混淆。 结构名只能表示一个结构形式,编译系统并不对它分配内存空间。 只有当某变量被说明为这种类型的结构时,才对该变量分配存储空间。 因此上面&stu这种写法是错误的,不可能去取一个结构名的首地址。 有了结构指针变量,就能更方便地访问结构变量的各个成员。

其访问的一般形式为: (*结构指针变量).成员名 或为:
结构指针变量->成员名 
例如: (*pstu).num或者: pstu->num
应该注意(*pstu)两侧的括号不可少, 因为成员符“.”的优先级高于“*”。如去掉括号写作*pstu.num则等效于*(pstu.num),这样,意义就完全不对了。 下面通过例子来说明结构指针变量的具体说明和使用方法。

struct stu
{
    int num;
    char *name;
    char sex;
    float score;
} boy1={102,"Zhang ping",'M',78.5},*pstu;
main()
{
    pstu=&boy1;
    printf("Number=%d\nName=%s\n",boy1.num,boy1.name);
    printf("Sex=%c\nScore=%f\n\n",boy1.sex,boy1.score);
    printf("Number=%d\nName=%s\n",(*pstu).num,(*pstu).name);
    printf("Sex=%c\nScore=%f\n\n",(*pstu).sex,(*pstu).score);
    printf("Number=%d\nName=%s\n",pstu->num,pstu->name);
    printf("Sex=%c\nScore=%f\n\n",pstu->sex,pstu->score);
}

本例程序定义了一个结构stu,定义了stu类型结构变量boy1 并作了初始化赋值,还定义了一个指向stu类型结构的指针变量pstu。在main函数中,pstu被赋予boy1的地址,因此pstu指向boy1 。然后在printf语句内用三种形式输出boy1的各个成员值。 从运行结果可以看出: 
结构变量.成员名
(*结构指针变量).成员名
结构指针变量->成员名

这三种用于表示结构成员的形式是完全等效的。结构数组指针变量结构指针变量可以指向一个结构数组, 这时结构指针变量的值是整个结构数组的首地址。 结构指针变量也可指向结构数组的一个元素,这时结构指针变量的值是该结构数组元素的首地址。设ps为指向结构数组的指针变量,则ps也指向该结构数组的0号元素,ps+1指向1号元素,ps+i则指向i号元素。 这与普通数组的情况是一致的。

结构体struct、公用体union空间占用

机构体（struct)

计算公式： space(struct)=最后一个成员的偏移量+最后一个成员数据类型的大小+末尾填充字节数（公式1）

原则：
每个成员的偏移量要整除本身的大小，若不能整除，在其前的成员的后面字节填充。
最后的结构的大小要整除最大成员的大小，若不能整除，在最后的成员的后面字节填充。　

公用体（union),是个结构，他的所有的成员相对于基地址的偏移量都为0，他的结构空间要大到足够容纳最“宽”的成员，并且对齐方式要适合于所有公用体中所有类型的成员。也就是说

上面的公式（公式1）也是适用的。

计算公式：　　space(union)=max(成员的偏移量)+某位填充字节

简单的原则：max(成员的偏移量)要整除各个成员，若不能整除，在最后的成员的后面字节填充。

注：此处偏移量：机构中某个成员的实际地址离其结构的首地址的距离。

#include <stdio.h>
union union_data0{
        int a ;//本身占用4个字节
        char b ;//本身占用1个字节
        int c ;
};
union union_data1{
        short a;//本身占用2个字节
        char b[13];//本身占用13个字节
        int c ;//本身占用4个字节
};
struct struct_data{
        int a ;//int本身占用4个字节，偏移量为0
        char b ;//char本身占用1个字节，偏移量为4
        int  c ;//1.暂时偏移量为5，编译器会判断出5不是4的整数倍，会在b的后面填充3个字节，最后c的偏移量为8，使得c的偏移量为c本身大小的整数倍；2.现在整个结构体大小暂时为12，编译器会判断12是不是其最大成员的整数倍，会在c末尾填充为整数倍，最后得出结果为12
};

int main( )
{
	printf("%lu\n",sizeof(union union_data0)) ;
	printf("%lu\n",sizeof(union union_data1));
	printf("%lu\n",sizeof(struct struct_data)) ;
    return 0;
}

 

引出问题：

为什么要字节对齐？
答：是为了能让计算机快速读写，是一种以时间换取空间的方式。