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C语言结构体struct

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引言

当前文章介绍动态堆空间内存分配与释放，C语言结构体定义、初始化、赋值、结构体数组、结构体指针的相关知识点，最后通过一个学生管理系统综合练习结构体数组的使用。

1. 动态内存管理

C语言代码----->编译----->链接------>可执行的二进制文件(windows下xxx.exe) 二进制文件中的数据是如何摆放的? 文本数据段、静态数据段、全局数据段。

堆栈空间: 代码在运行的时候才有的空间。 栈空间: 系统负责申请，负责释放。比如: 函数形参变量、数组…… 堆空间: 程序员负责申请，负责释放。

 #include <stdlib.h>     //标准库头文件
 void *malloc(int size); //内存申请。 形参表示申请的空间大小,返回值:申请的空间的地址
 void free(void *p);     //内存释放。 形参就是要释放的空间首地址。

动态空间申请示例。

 动态空间申请
 #include "stdio.h"
 #include "string.h"
 #include <stdlib.h>
 int main()
 {
     int *p=malloc(sizeof(int)); //申请空间
     if(p!=NULL)
     {
         printf("申请的空间地址: 0x%X\n",p);
         *p=888;
         printf("%d\n",*p);
     }
     free(p); //释放空间
     return 0;
 }
 示例2：
 #include "stdio.h"
 #include "string.h"
 #include <stdlib.h>
 ​
 char *func(void)
 {
     char*str=malloc(100); //char str[100];
     if(str!=NULL)
     {
         strcpy(str,"1234567890");
         printf("子函数打印:%s\n",str);
         //free(str); //释放空间
         return str;
     }
     else
     {
         return NULL;
     }
 }
 ​
 int main()
 {
     char *p=func();
     printf("主函数打印:%s\n",p);
     return 0;
 }

2. 结构体

2.1 定义语法

结构体的概念: 可存放不同数据类型的集合。 比如: 存放一个班级学生的信息。 可以使用一个结构体存放一个学生的信息。 一个结构体数组存放整个班级的学习信息。 数组的概念: 可存放相同数据类型的集合。

结构体的定义语法:

 //声明一种新类型-----数据类型
 struct <结构体的名称>
 {
     <结构体的成员>1;
 <结构体的成员>2;
 …………
 };  //最后有分号结束
 ​
 struct MyStruct 
 {
     char a;
     int b;
     float c;
     char str[100];
 };

2.2 定义示例

结构体如何赋值? 如何访问结构体内部成员

 #include "stdio.h"
 #include "string.h"
 #include <stdlib.h>
 ​
 //定义结构体数据类型
 struct MyStruct
 {
     char a;
     int b;
     float c;
     char str[100];
 };
 int main()
 {
     struct MyStruct data={'A',123,456.789,"abcd"}; //data就是结构体类型的变量
     //结构体变量访问内部成员的语法:  . 点运算符
     printf("%c\n",data.a);
     printf("%d\n",data.b);
     printf("%f\n",data.c);
     printf("%s\n",data.str);
     return 0;
 }

2.3 初始化

 #include "stdio.h"
 #include "string.h"
 #include <stdlib.h>
 ​
 //定义结构体数据类型
 struct MyStruct
 {
     char a;
     int b;
     float c;
     char str[100];
 }data={'A',123,456.789,"abcd"}; //data就是结构体类型的变量
 ​
 int main()
 {
     //结构体变量访问内部成员的语法:  . 点运算符
     printf("%c\n",data.a);
     printf("%d\n",data.b);
     printf("%f\n",data.c);
     printf("%s\n",data.str);
     return 0;
 }

2.4 结构体赋值

   //结构体变量访问内部成员的语法:  . 点运算符
 #include "stdio.h"
 #include "string.h"
 #include <stdlib.h>
 ​
 //定义结构体数据类型
 struct MyStruct
 {
     char a;
     int b;
     float c;
     char str[100];
 }; 
 ​
 int main()
 {
     struct MyStruct data;//data就是结构体类型的变量
     //成员单独赋值
     data.a='A';
     data.b=123;
     data.c=456.789;
     strcpy(data.str,"abcd"); //数组赋值
 ​
     //结构体变量访问内部成员的语法:  . 点运算符
     printf("%c\n",data.a);
     printf("%d\n",data.b);
     printf("%f\n",data.c);
     printf("%s\n",data.str);
     return 0;
 }

2.5 结构体数组

 结构体赋值分为两种标准:  C89 、C99
 结构体数组
 #include "stdio.h"
 #include "string.h"
 #include <stdlib.h>
 ​
 //定义结构体数据类型
 struct MyStruct
 {
     char a;
     int b;
     float c;
     char str[100];
 }; 
 ​
 int main()
 {
     struct MyStruct data[100];//data就是结构体数组类型变量
     struct MyStruct data2[50];
 ​
     //成员单独赋值
     data[0].a='A';
     data[0].b=123;
     data[0].c=456.789;
     strcpy(data[0].str,"abcd"); //数组赋值
 ​
     //结构体变量访问内部成员的语法:  . 点运算符
     printf("%c\n",data[0].a);
     printf("%d\n",data[0].b);
     printf("%f\n",data[0].c);
     printf("%s\n",data[0].str);
     return 0;
 }

2.6 结构体指针赋值

 #include "stdio.h"
 #include "string.h"
 #include <stdlib.h>
 //定义结构体数据类型
 struct MyStruct
 {
     char a;
     int b;
     float c;
     char str[100];
 }; 
 ​
 int main()
 {
     //struct MyStruct buff[100];
     //struct MyStruct *data=buff; //结构体指针类型变量
 ​
     struct MyStruct *data=malloc(sizeof(struct MyStruct));
     data->a='A';
     data->b=123;
     data->c=456.789;
     strcpy(data->str,"abcd");
 ​
     //结构体指针访问内部成员的变量 通过  ->  运算符。 
     printf("%c\n",data->a);
     printf("%d\n",data->b);
     printf("%f\n",data->c);
     printf("%s\n",data->str);
     return 0;
 }

3. 学生管理系统

作业: 学生管理系统

需求: (每一个功能都是使用函数进行封装) 1.实现从键盘上录入学生信息。 (姓名、性别、学号、成绩、电话号码) 2.将结构体里的学生信息全部打印出来。 3.实现根据学生的姓名或者学号查找学生，查找到之后打印出学生的具体信息。 4.根据学生的成绩对学生信息进行排序。 5.根据学号删除学生信息。

示例:

#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include <stdlib.h>

//定义存放学生信息的结构体类型
struct StuDentInfo
{
	char Name[20]; //姓名
	int number;    //学号
	char phone[20];//电话号码
}; 

//全局变量区域
unsigned int  StuDentCnt=0; //记录已经录入的全部学生数量

//函数声明区域
void PrintStuDentInfoList(void);
void InputStuDentInfo(struct StuDentInfo*info);
void FindStuDentInfo(struct StuDentInfo*info);
void SortStuDentInfo(struct StuDentInfo*info);
void PrintStuDentInfo(struct StuDentInfo*info);

int main()
{
	struct StuDentInfo data[100]; //可以100位学生的信息
	int number;
	while(1)
	{
		PrintStuDentInfoList(); //打印功能列表
		scanf("%d",&number);
		printf("\n");
		switch(number)
		{
		case 1:
			InputStuDentInfo(data);
			break;
		case 2:
			FindStuDentInfo(data);
			break;
		case 3:
			SortStuDentInfo(data);
			break;
		case 4:
			PrintStuDentInfo(data);
			break;
		case 5:
			break;
		default:
			printf("选择错误!\n\n");
			break;
		}
	}
 	return 0;
}

/*
函数功能: 打印学生管理系统的功能列表
*/
void PrintStuDentInfoList(void)
{
	printf("\n--------------学生管理系统功能列表----------------\n");
	printf("1. 录入学生信息\n");
	printf("2. 根据学号查找学生信息\n");
	printf("3. 根据学号排序\n");
	printf("4. 打印所有学生信息\n");
	printf("5. 删除指定的学生信息\n");
	printf("请选择功能序号:");
}

/*
函数功能: 录入学生信息
*/
void InputStuDentInfo(struct StuDentInfo*info)
{
	printf("输入学生姓名:");
	scanf("%s",info[StuDentCnt].Name);
	printf("输入学号:");
	scanf("%d",&info[StuDentCnt].number);
	printf("输入电话号码:");
	scanf("%s",info[StuDentCnt].phone);
	StuDentCnt++; //数量自增
}

/*
函数功能: 查找学生信息
*/
void FindStuDentInfo(struct StuDentInfo*info)
{
	int num,i;
	printf("输入查找的学号:");
	scanf("%d",&num);
	for(i=0; i<StuDentCnt; i++)
	{
		if(info[i].number==num)
		{
			printf("信息查找成功，该学生的信息如下:\n");
			printf("姓名:%s\n",info[i].Name);
			printf("学号:%d\n",info[i].number);
			printf("电话号码:%s\n",info[i].phone);
			printf("\n");
			break;
		}
	}
	if(i==StuDentCnt)
	{
		printf("----------%d学号不存在!---------\n",num);
	}
}

/*
函数功能: 根据学号排序
*/
void SortStuDentInfo(struct StuDentInfo*info)
{
	int i,j;
	struct StuDentInfo tmp; //保存临时信息
	for(i=0; i<StuDentCnt-1; i++)
	{
		for(j=0;j<StuDentCnt-i-1;j++)
		{
			if(info[j].number>info[j+1].number)
			{
				tmp=info[j];
				info[j]=info[j+1];
				info[j+1]=tmp;
			}
		}
	}
}

/*
函数功能: 打印所有学生信息
*/
void PrintStuDentInfo(struct StuDentInfo*info)
{
	int i=0;
	printf("-----------所有学生的信息列表------------\n");
	for(i=0;i<StuDentCnt;i++)
	{
		printf("姓名:%s\n",info[i].Name);
		printf("学号:%d\n",info[i].number);
		printf("电话号码:%s\n",info[i].phone);
		printf("\n");
	}
}

附：结构体变量的存储原理

1）结构体数据成员对齐的意义

内存是以字节为单位编号的，某些硬件平台对特定类型的数据的内存要求从特定的地址开始，如果数据的存放不符合其平台的要求，就会影响到访问效率。所以在内存中各类型的数据按照一定的规则在内存中存放，就是对齐问题。而结构体所占用的内存空间就是每个成员对齐后存放时所占用的字节数之和。

计算机系统对基本数据类型的数据在内存中存放的限制是：这些数据的起始地址的值要求是某个数K的倍数，这就是内存对齐，而这个数 K 就是该数据类型的对齐模数（alignment modulus）。这样做的目的是为了简化处理器与内存之间传输系统的设计，并且能提升读取数据的速度。

结构体对齐不仅包括其各成员的内存对齐（即相对结构体的起始位置），还包括结构体的总长度。

2）结构体大小的计算方法和步骤

i. 将结构体内所有数据成员的长度值相加，记为 sum_a ；

ii. 将各数据成员为了内存对齐，按各自对齐模数而填充的字节数累加到sum_a上，记为sum_b。

对齐模数是 #pragma pack 指定的数值与该数据成员自身长度相比较得到的数值较小者。该数据相对起始位置应该是对齐模数的整数倍。

iii. 将和 sum_b 向结构体模数对齐。

该模数则是 #pragma pack 指定的数值与结构体内最大的基本数据类型成员长度相比较得到的数值较小者。结构体的长度应该是该模数的整数倍。

数据类型自身对齐：

所谓“对齐在N上”，是指“存放的起始位置是%N = 0”.

总结

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