C语言自定义数据类型详解（一）——结构体类型（上）

什么是自定义数据类型呢？顾名思义，就是我们用户自己定义和设置的类型。

在C语言中，我们的自定义数据类型一共有三种，它们分别是：结构体(struct)，枚举(enum)，联合(union)。接下来，我们将对这三者中的结构体进行系统和深入的学习。

目录

一、结构体的声明与创建：

（1）如何声明和创建结构体类型：

（2）函数内声明和函数外声明：

（3）匿名结构体的声明与创建：

二、结构体的自引用：

问题一：自引用的成员变量不是以指针的形式出现的：

问题二：使用不完整的数据类型去定义自引用成员变量：

三、结构体变量定义，初始化和赋值：

（1）关于结构体变量的定义：

（2）关于结构体变量的初始化：

 i. 按照顺序进行初始化（可以进行不完全的初始化）：

ii. 指定成员进行初始化：

（3）区分赋值和初始化：

四、和结构体有关的计算：

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一、结构体的声明与创建：

（1）如何声明和创建结构体类型：

在使用C语言来解决一些实际问题的过程当中，我们难免会发现，对于生活中的有一些数据实体，我们难以直接使用某一种单一的基本数据类型来阐述它。

比如说我现在想要表示一个学生的实体，那对于一个学生这样的实体而言，我们需要关注的信息可能有他的名字name，他的年龄gae，他考试得了多少分score等等诸如此类的要素。显然，站在我们程序设计者的角度，在这些要素里面既有字符类型name，又有int类型age，还有double类型的score。

没法用一个单一的基本数据类型来阐述它，而我们又不希望把这些诸多要素分散开来，更希望把它们整合起来表达一个具体的实体。这个时候结构体struct应运而生，结构体类型允许用户使用struct关键字将各种不同的数据类型组合在一起，形成新的数据类型用以表示复杂的数据对象。

比如下面就是一个典型的，用以表示学生的结构体类型，它的声明代码：

struct Student
{char name[20];//名字int age;      //年龄char sex[5];  //性别double score; //成绩
};

其中struct是关键字，Student是结构体的名字（显然这个可以由用户自己来设计），{}里面的内容诸如name，age……这些我们称之为结构体的成员变量（这个也是用户根据自己的业务需求来设计）。 

另外，这里唯一值得大家注意和说明的一点就是：Student它不是一个完整的数据类型，struct Student它才是一个完整的数据类型。即：

struct Student
{char name[20];//名字int age;      //年龄char sex[5];  //性别double score; //成绩
};int main()
{Student data1        //error，这种定义结构体的方式是不正确的！struct Student data2 //right，这种定义结构体的方式才正确！return 0;
}

（2）函数内声明和函数外声明：

结构体声明啥的有了，那带来的第一个问题便是声明位置的问题。

我们很多时候声明结构体，都习惯于将其放在函数外声明。但是并不排除有小伙伴会把结构体的声明放在函数内，如图所示：

#include<stdio.h>int main()
{struct Book{char name[20];char author[12];float price;};struct Book data = { "Childhood","Gorky",5 };printf("%s's %s costs $%.2f", data.name, data.author, data.price);return 0;
}

这样写有没有问题呢，OK，没有问题。这里面可能还涉及有一些东西，诸如结构体变量的初始化这些你可能还不太会。但是这些都不是重点，我希望你注意到的是：

结构体类型和本地变量一样，在函数内声明的结构体类型往往只能在函数内部被使用。

所以，大部分的开发者，都习惯于将一个结构体的声明放在函数的外面，这样这个结构体类型就能在多个函数里面被使用啦。

（3）匿名结构体的声明与创建：

关于C语言结构体的声明和创建，在有些地方，你可能会发现有人会把代码写成下面这样的形式：

struct
{int x;int y;
}p1, p2;

这段声明，和我们前面所提到的结构体声明，它最大的特点就是在struct后面，没有那个用户所指定的名字了。然后后面紧接着的p1，p2，它们是这个类型的两个变量（注意它不是这个类型的名字）。这种定义结构体变量的方式在C语言里面是被允许的。

我们把这种没有名字的结构体类型，统一地叫做匿名结构体。这种结构体类型的最大特点是，它没有名字，无法被用户长期地使用。

使用这种结构体的开发者，他们的需求，仅仅只是暂时性地需要一个或多个这种类型的变量罢了。然后这几个变量里面呢，有一些明确的成员比如x和y。至于这个类型，它是什么名字的，我不关心，因为这只是我暂时性的需求，我并不打算在很远的将来继续使用这种类型。这个时候我就可以去使用这种匿名结构体。

关于匿名结构体另外一个好玩的事情是，我们不妨先来一起来看一下下面这段代码：

#include<stdio.h>
//匿名结构体类型
struct
{int a;char b;float c;
}x;
struct
{int a;char b;float c;
}*p;

然后提出的问题是：在上面代码的基础上，下面这段代码是否合法：

int main()
{p = &x;return 0;
}

有很多人会简单认为，说，这两个匿名结构体成员变量都是一模一样的，因此他们是两个相同的结构体类型。实际上，在编译器看来，虽然这两个匿名结构体内部的成员都是一模一样的，但仍然是两个不同的结构体类型。 因此用户如果在前面代码的基础上执行p = &x操作，这样的行为将会认为是不合法的。

但是现在绝大多数的编译器，它大概率只会给你一个警告，但是我仍然希望广大读者朋友们，不要这样草率地去使用匿名结构体。

二、结构体的自引用：

结构体的自引用是指：在结构体中包含一个类型为该结构体本身的成员，这个成员变量总是以指针的形式出现。

这种结构体的应用场景常常出现在数据结构中。如图所示：示范如何用结构体声明一个链表结构。

//数据结构————链表的声明
struct ListNode
{int val;struct ListNode* next;
};

这里有两个初学者容易出问题的地方。

问题一：自引用的成员变量不是以指针的形式出现的：

//数据结构————链表的声明
struct ListNode
{int val;struct ListNode next;
};

这样做，在C语言里面是不被允许的。你想，如果这样做的行为被允许了，那带来的其中一个问题就是，结构体大小将变得无法计算。

即最开始的那种定义的链表，它结构体的大小，如果要计算的话，我只要知道当前这台机器它的系统架构是x86（C语言的指针在x86的系统架构下大小是4Byte），还是x64（C语言的指针在x64的系统架构下大小是8Byte）.我就能大概判断出

sizeof(struct ListNode) = sizeof(int) + 4/8（实际的大小计算会更复杂，我们将在后续的篇章给大家介绍）。

但是如果说自引用的成员变量不是以指针的形式出现的。那

sizeof(struct ListNode) = sizeof(int) + sizeof(struct ListNode)

你会发现这将是一个无法被计算的表达式。

问题二：使用不完整的数据类型去定义自引用成员变量：

在正式阐述这个问题之前，我们先来认识一个C语言里面的关键字typrdef，我们说typedef是C语言里面的一个关键字，它的作用就是用来给一个数据类型起别名的。

注意这里起别名的含义，起了别名并不代表你前面那个类型的名字你用不了了。eg：

typedef int DataType;int main()
{//以下都是在定义int类型的变量：int x = 0;DataType y = 0;return 0;
}

有了这个语法做铺垫，小伙伴们以后在定义链表的时候就可以这样声明和创建它了：

//数据结构————链表的声明
typedef struct ListNode
{int val;struct ListNode* next;
}ListNode;int mian()
{//ListNode就是struct ListNode的别名，因此下面两种写法都是正确的：struct ListNode node1;ListNode node2;return 0;
}

而带来便捷的同时也可能带来一些潜在的隐患：

//数据结构————链表的声明
typedef struct ListNode
{int val;ListNode* next;//error！！！不要使用不完整的数据类型
}ListNode;

注意，这样去写就又不对了，这是因为我的typedef这个动作做完之后ListNode才是struct ListNode，换句话说，在这段代码语句中，ListNode仍然还只是一个不完整的，不可被使用的数据类型。

对于结构体的自引用大家平时注意一下这两个问题，那基本的使用就问题不大了。因此这一块的内容我们给大家介绍到这里。

三、结构体变量定义，初始化和赋值：

有了类型，接下来我们还需要学会如何去使用这个我们自定义出来的数据类型。首先第一点当然就是，如何使用这个数据类型去定义一个变量，并对这个变量进行初始化的操作。

（1）关于结构体变量的定义：

我们这里主要和大家介绍两种不同的定义结构体变量的方式方法。

第一种就是一个结构体类型被声明出来时，这个时候我们是可以去定义一些结构体变量的。如图所示：

//s1，s2都是struct Student类型的结构体变量：
struct Student
{char name[20];int age;
}s1,s2;

第二种就是声明时我不定义变量，在函数内部，当我要用到这种类型的变量时，我再去定义它。如图所示：

#include<stdio.h>
struct Student
{char name[20];int age;
};int main()
{//当我需要这种类型变量的时候我再去定义它：struct Student s1;return 0;
}

（2）关于结构体变量的初始化：

关于结构体变量的初始化，一般而言有两种方式：

1. 按照顺序对它的各个成员进行初始化；
2. 指定其成员变量进行变量。

接下来，我们将就一个表示学生的struct Student来进行逐个说明：

//一个表示学生的结构体：
struct Student
{char name[20];int age;double score;
};

 i. 按照顺序进行初始化（可以进行不完全的初始化）：

如图所示，即为按照顺序对结构体的各个成员进行初始化示例：

#include<stdio.h>struct Student
{char name[20];int age;double score;
};int main()
{//一、在结构体变量定义时，按顺序进行初始化(可以只初始化一部分,只要按顺序即可)：struct Student s1 = { "Lisi",20,100 };struct Student s2 = { "Wangwu",19};printf("name：%s\tage：%d \tscore：%.2f\n", s1.name, s1.age, s1.score);printf("name：%s\tage：%d \tscore：%.2f\n", s2.name, s2.age, s2.score);return 0;
}

ii. 指定成员进行初始化：

如图所示，即为在定义结构体变量时指定成员进行初始化示例：

#include<stdio.h>struct Student
{char name[20];int age;double score;
};int main()
{//一、在结构体变量定义时，按顺序进行初始化(可以只初始化一部分,只要按顺序即可)：struct Student s1 = { "Lisi",20,100 };struct Student s2 = { "Wangwu",19};printf("name：%s\tage：%d \tscore：%.2f\n", s1.name, s1.age, s1.score);printf("name：%s\tage：%d \tscore：%.2f\n", s2.name, s2.age, s2.score);//二、在结构体变量定义时，指定成员进行初始化：struct Student s3 = { .name = "Zhangsan", .score = 80 };printf("name：%s\tage：%d  \tscore：%.2f\n", s3.name, s3.age, s3.score);return 0;
}

（3）区分赋值和初始化：

大家在对变量进行操作时，一定要区分好赋值和初始化。在C语言里面，它们是两个截然不同的概念。如图所示：

#include<stdio.h>int main()
{//变量的初始化：int x = 10;//变量的赋值：x = 20;return 0;
}

简单来说：

• 初始化是指在变量声明时就为其赋予的初值，变量一开始是没有值的或者说只有未知值，初始化的目的在于使变量一开始就处于一个已知的状态，这一点对于避免未定义的行为非常重要。
• 赋值是指在变量已经有一个确定的值的前提（即初始化）下，改变其当前值的行为。 

如果有了上面的基础，你大概就能很好地掌握，我接下来要阐述的关于结构体赋值的几个要点。关于结构体的赋值，在C语言里面我们要注意，不能使用列表（列表也就是形如{......}的这种形式）。即下面这些关于结构体赋值的操作在C语言里面都是错误的行为（如果你的这些行为被允许了，请考虑将你文件改为.c，因为这种行为在C++里面是被允许的，但是纯C当然就不行）：

#include<stdio.h>struct Book {char name[20];double price;
}book1;int main()
{//错误的结构体赋值操作：book1 = { "平凡的世界", 8 };book1 = { .name = "查理九世", .price = 5 };return 0;
}

那正确的赋值操作，应该怎么做？正确的赋值操作应该是下面这种的：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>struct Book {char name[20];double price;
}book1;int main()
{//正确的结构体赋值操作：strcpy(book1.name, "查理九世");book1.price = 5;return 0;
}

既然用不了列表，我们就不要去用列表嘛，OK，就是这么简单。另外，小伙伴可能会有下面这种行为：

book.name = "查理九世";

注意，name是个数组名，数组名是数组首元素的地址，那是一个常量的地址。即name的地址是改不了了的，但是你上面的代码语句的操作：是将一个常量字符串的地址交给name，这种行为已经对name的值进行改变了，因此是不被允许的。

你只能改的是name数组里面存储的内容。这里用我们前面学过的字符串内容拷贝函数——strcpy，是个不错的选择。

四、和结构体有关的计算：

以下面这个结构体为例子，我们来快速过一下和结构体有关的一些运算：

//p1，p2是两个struct Point的结构体变量：
struct Point
{int x;int y;
}point1 = {1, 2}, point2 = {3, 4};

首先和一般的变量一样，你可以用" & "操作符，拿到结构体变量的地址，并把它交给一个同类型的结构体指针变量进行保存：

struct Point* p1 = &point1;

再者，两个不同的结构体变量之间可以进行诸如point1 = point2，也就是赋值的操作：

point1 = point2;                    //相当于point1.x = point2.x，point1.y = point2.y。
point1 = (struct Point){ 5,6 };     //相当于point1.x = 5，point1.y = 6。

当然啦，结构体也可以作为我们函数的参数：比方说我现在想要设计一个函数PrintStruct，这个函数可以打印出给定结构体的各个成员，我大致可以这样来设计它的参数类型（一般情况下，我们更加推介大家使用第二种写法(即：传址优于传值)，具体原因我们会在之后的篇章给大家进行说明）：

//写法一：形参写的是结构体变量：
void PrintStruct(struct Point point);
//写法二：形参写的是结构体指针：
void PrintStruct(struct Point* p);

其次对于结构体变量来说，我们可以使用" . "结构体变量访问成员操作符。来访问它的内部成员。

printf("point1.x = %d, point1.y = %d", point1.x, point1.y);

 最后对于结构体指针变量，可以使用" -> "结构体指针访问成员操作符。来访问它的内部成员。

printf("point1.x = %d, point1.y = %d", p1 -> x, p1 -> y);