数据结构之结构体复习

淡淡的烟草味﹌ 2023-05-21 13:51 9阅读 0赞

### 为什么出现结构体？ ###

为了表示一些复杂的数据，一些基本数据类型无法满足要求，

当要用一个变量描述一个对象的多个属性时，普通的内置数据类型是表示不了的，这个时候就可以用结构体回。结构体和类很相似，唯一不同的是：结构体默认是公有成员，而类默认是私有成员。

### 什么叫结构体？C语言中的结构体 ###

在[C语言][C]中，结构体(struct)指的是一种数据结构，是C语言中聚合数据类型(aggregate data type)的一类。结构体可以被声明为[变量][Link 1]、[指针][Link 2]或[数组][Link 3]等，用以实现较复杂的[数据结构][Link 4]。结构体同时也是一些元素的[集合][Link 5]，这些元素称为结构体的成员(member)，且这些成员可以为不同的类型，成员一般用名字访问。

### 结构体定义与声明 ###

结构体的定义如下所示，struct为结构体关键字，tag为结构体的标志，member-list为结构体成员列表，其必须列出其所有成员；variable-list为此结构体声明的变量。 \[1\]

struct tag {
       member-list
     } variable-list ;

**在一般情况下，tag、member-list、variable-list这3部分至少要出现2个。以下为示例：**

//此声明声明了拥有3个成员的结构体，分别为整型的a，字符型的b和双精度的c
    //同时又声明了结构体变量s1
    //这个结构体并没有标明其标签 
    struct { 
        int a; 
        char b; 
        double c; 
    } s1;
      
    //同上声明了拥有3个成员的结构体，分别为整型的a，字符型的b和双精度的c
    //结构体的标签被命名为SIMPLE,没有声明变量
    struct SIMPLE{ 
        int a; 
        char b;
        double c; 
    };
     
    //用SIMPLE标签的结构体，另外声明了变量t1、t2、t3
    struct SIMPLE t1, t2[20], *t3; 
    //也可以用typedef创建新类型
    typedef struct{
        int a;
        char b;
        double c; 
    } Simple2;
    //可以用Simple2作为类型声明新的结构体变量
    Simple2 u1, u2[20], *u3;

###    注意事项： ###

在上面的声明中，第一个和第二声明被编译器当作两个完全不同的类型，即使他们的成员列表是一样的，如果令t3=&s1，则是非法的。 \[1\]

结构体变量不能加减乘除，可以相互赋值

普通结构体变量和指针结构体变量作为函数传参数问题

#include <stdio.h>
    #include <string.h>
    
    void f(struct Student *pst);
    void g(struct Student std);
    struct Student {
    	int sid;
    	char name[20];
    	int age;
    	char like[60];
    
    };  //此处分号不可省略
    
    int  main() {
    	struct Student st;
    	f(&st);   //传地址给结构体的属性赋值
    	printf("%d  %s  %d  %s\n", st.sid, st.name, st.age, st.like);
    	g(st);   //赋值之后，结构体变量的属性值验证
    	while (true){}
    	return 0;
    }
    
    
    void f(struct Student *pst) {
    	(*pst).sid = 99;
    	strcpy_s(pst->name, "老王");
    	pst->age = 18;
    	strcpy_s(pst->like, "老王喜欢隔壁住富婆");
    }
    
    void g(struct Student std) {
    	printf("%d  %s  %d  %s\n", std.sid, std.name, std.age, std.like);
    }

都能输出结果

![20200419125445249.png][]

结构体的成员可以包含其他结构体，也可以包含指向自己结构体类型的[指针][Link 2]，而通常这种[指针][Link 2]的应用是为了实现一些更高级的数据结构如链表和树等。

//此结构体的声明包含了其他的结构体
    struct COMPLEX{
        char string[100];
        struct SIMPLE a;
    }; 
    //此结构体的声明包含了指向自己类型的指针
    struct NODE{
        char string[100];
        struct NODE *next_node;
    };

如果两个结构体互相包含，则需要对其中一个结构体进行不完整声明，如下所示：

struct B;    
    //对结构体B进行不完整声明 
    //结构体A中包含指向结构体B的指针
    struct A{
        struct B *partner;
        //other members;
    }; 
    //结构体B中包含指向结构体A的指针，在A声明完后，B也随之进行声明
    struct B{
        struct A *partner;
        //other members;
    };

### 结构体作用: ###

结构体和其他类型基础[数据类型][Link 6]一样，例如int类型、char类型，只不过结构体可以做成你想要的数据类型。以方便日后的使用。 \[1\]

在实际项目中，结构体是大量存在的。研发人员常使用结构体来[封装][Link 7]一些属性来组成新的类型。由于C语言内部程序比较简单，研发人员通常使用结构体创造新的“属性”，其目的是简化运算。 \[1\]

结构体在[函数][Link 8]中的作用不是简便，其最主要的作用就是封装。封装的好处就是可以再次利用。让使用者不必关心这个是什么，只要根据定义使用就可以了。 \[1\]

### 结构体的大小与内存对齐 ###

结构体的大小不是结构体元素单纯相加就行的，因为我们主流的计算机使用的都是32bit[字长][Link 9]的CPU，对这类型的CPU取4个[字节][Link 10]的数要比取一个字节要高效，也更方便。所以在结构体中每个成员的首地址都是4的整数倍的话，取数据元素时就会相对更高效，这就是内存对齐的由来。每个特定平台上的[编译器][Link 11]都有自己的默认“对齐系数”(也叫对齐模数)。程序员可以通过[预编译][Link 12]命令\#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是你要指定的“对齐系数”。 \[1\]

规则：

1、[数据成员][Link 13]对齐规则：结构(struct)(或联合(union))的数据成员，第一个数据成员放在offset为0的地方，以后每个数据成员的对齐按照\#pragma pack指定的数值和这个数据成员自身长度中，比较小的那个进行。 \[1\]

2、结构(或联合)的整体对齐规则：在[数据成员][Link 13]完成各自对齐之后，结构(或联合)本身也要进行对齐，对齐将按照\#pragma pack指定的数值和结构(或联合)最大数据成员长度中，比较小的那个进行。 \[1\]

3、结合1、2可推断：当\#pragma pack的n值等于或超过所有数据成员长度的时候，这个n值的大小将不产生任何效果。

## C++中的结构体 ##

在C语言中，可以定义[结构体类型][Link 14]，将多个相关的[变量][Link 15]包装成为一个整体使用。在结构体中的[变量][Link 15]，可以是相同、部分相同，或完全不同的[数据类型][Link 6]。在C语言中，结构体不能包含[函数][Link 8]。在[面向对象的程序设计][Link 16]中，对象具有状态（属性）和行为，状态保存在[成员变量][Link 17]中，行为通过成员方法（[函数][Link 8]）来实现。C语言中的结构体只能描述一个对象的状态，不能描述一个对象的行为。在C++中，考虑到C语言到C++语言过渡的连续性，对结构体进行了扩展，C++的结构体可以包含[函数][Link 8]，这样，C++的结构体也具有[类][Link 18]的功能，与class不同的是，结构体包含的函数默认为public，而不是private。

C++控制台输出例子：

#include<cstdlib>
    #include<iostream>
    //定义结构体
    struct point{
      //包含两个变量成员
      int x;
      int y;
    };
    using namespace std;
    int main(int argc,char * argv[]){
      point pt;//加上struct的结构体变量定义是C语言的特征，而C++语言不需要这样
      pt.x=1;
      pt.y=2;
      cout<<pt.x<<endl<<pt.y<<endl;
      return EXIT_SUCCESS;
    }

### C++中的结构体与类的区别 ###

类与结构体在C++中有三点区别。 \[1\]

（1）class中默认的成员访问权限是private的，而struct中则是public的。

（2）从class继承默认是private继承，而从struct继承默认是public继承。

（3）C++的结构体声明不必有struct关键字，而C语言的结构体声明必须带有关键字（使用typedef别名定义除外）。

## ##

### 如何使用结构体？两种方式 ###

struct Student st = {1000,"zhangsan",20};
    struct Student *std = &st;
         1，st.sid = 500;
         2，std->sid=222;

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l3bDQ3MDgxMjA4Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

结构体使用代码：

#include <stdio.h>
    #include <string.h>
    
    struct Student {
    	int sid;
    	char name[20];
    	int age;
    
    } st;  //此处分号不可省略
    
    int main(void) {
    
    	//第一种方式
    	struct Student st = {1000,"zhangsan",20};
    	printf("%d  %s  %d\n", st.sid, st.name, st.age);
    	st.sid = 500;
    	// st.name="lisi"  //error
    	strcpy_s(st.name,"lisi");
    	st.age=20;
    	printf("%d  %s  %d\n", st.sid, st.name, st.age);
    
    
    	//第二种方式
    	struct Student *std;
    	std = &st;
    	std->sid=222;  //std->sid   等价于  (*std).sid   所以等价 st.sid
    	printf("%d  %s  %d\n", st.sid, st.name, st.age);
    	while(true){}
    
    }

结构体简单使用案例效果：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l3bDQ3MDgxMjA4Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

[C]: https://baike.baidu.com/item/C%E8%AF%AD%E8%A8%80
[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%98%E9%87%8F/5271
[Link 2]: https://baike.baidu.com/item/%E6%8C%87%E9%92%88
[Link 3]: https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E7%BB%84
[Link 4]: https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E7%BB%93%E6%9E%84/1450
[Link 5]: https://baike.baidu.com/item/%E9%9B%86%E5%90%88/2908132
[20200419125445249.png]: /images/20230521/c3c167019c0741aea3b2a8f707ebecae.png
[Link 6]: https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E7%B1%BB%E5%9E%8B
[Link 7]: https://baike.baidu.com/item/%E5%B0%81%E8%A3%85
[Link 8]: https://baike.baidu.com/item/%E5%87%BD%E6%95%B0
[Link 9]: https://baike.baidu.com/item/%E5%AD%97%E9%95%BF
[Link 10]: https://baike.baidu.com/item/%E5%AD%97%E8%8A%82
[Link 11]: https://baike.baidu.com/item/%E7%BC%96%E8%AF%91%E5%99%A8
[Link 12]: https://baike.baidu.com/item/%E9%A2%84%E7%BC%96%E8%AF%91
[Link 13]: https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E6%88%90%E5%91%98
[Link 14]: https://baike.baidu.com/item/%E7%BB%93%E6%9E%84%E4%BD%93%E7%B1%BB%E5%9E%8B
[Link 15]: https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%98%E9%87%8F
[Link 16]: https://baike.baidu.com/item/%E9%9D%A2%E5%90%91%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%9A%84%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E8%AE%BE%E8%AE%A1
[Link 17]: https://baike.baidu.com/item/%E6%88%90%E5%91%98%E5%8F%98%E9%87%8F
[Link 18]: https://baike.baidu.com/item/%E7%B1%BB
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