何為結(jié)構(gòu)體？

前文我們學(xué)習(xí)了非常多的數(shù)據(jù)類型，比如基本的數(shù)據(jù)類型 int、float 等等，也學(xué)習(xí)了指針類型 int *、char * 類型，以及無(wú)類型指針類型 void *，數(shù)組 [] 和函數(shù) ()。不過，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型并不能夠滿足我們的所有需求。比如，我們把“學(xué)生”看作一種類型，這個(gè)類型里包含一些基本信息，諸如成績(jī)，學(xué)號(hào)姓名等等。這可能嗎？

當(dāng)然，今天要講到的結(jié)構(gòu)體（Structure）就是為了解決這種復(fù)合結(jié)構(gòu)類型的基本知識(shí)點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)體的聲明格式如下：

比如，學(xué)生類型的書寫格式是這樣的：

也可以簡(jiǎn)寫：

這樣就定義好了一個(gè)結(jié)構(gòu)體，這個(gè)結(jié)構(gòu)體類型是 student 類型的。

請(qǐng)注意，這種特殊類型和函數(shù)一樣，需要放在獨(dú)立的位置上，而不是嵌套到函數(shù)里，這樣全局級(jí)別才能訪問到，否則我們就無(wú)法在想要的位置使用它們。當(dāng)然，C 語(yǔ)言確實(shí)不允許把結(jié)構(gòu)體的聲明（定義）語(yǔ)句（上面那一坨）放進(jìn)函數(shù)之中。

結(jié)構(gòu)體的使用

我們嘗試為結(jié)構(gòu)體里的每一個(gè)成員賦值，并輸出它們。不過，我們需要開始復(fù)雜一點(diǎn)的邏輯了。前文學(xué)過了如何聲明堆內(nèi)存，所以這里我們也可以使用這種東西來在堆內(nèi)存里創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體變量。不過請(qǐng)注意，結(jié)構(gòu)體是無(wú)法在棧內(nèi)存里分配的，所以我們必須為其賦值。

變量類型是 student 類型，而這里作為一種結(jié)構(gòu)體類型，我們需要書寫的格式是

首先為堆內(nèi)存里分配 student 類型足夠使用的內(nèi)存空間，然后把這塊內(nèi)存的地址返回給變量 a。注意，返回的類型是 void *，所以需要經(jīng)過一次強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。

在完成分配后，判斷一下它是否為 NULL 是一個(gè)好習(xí)慣。如果不為 NULL 則說明分配內(nèi)存是成功的，于是我們開始為內(nèi)部的所有信息點(diǎn)進(jìn)行賦值。

它和數(shù)組不同，數(shù)組分配的空間是連續(xù)的，但由于數(shù)組內(nèi)的所有元素的類型全是一樣的，所以有索引這種東西的存在；而結(jié)構(gòu)體里，我們不能保證所有自己寫的字段的類型一樣，所以我們確實(shí)沒有辦法通過索引器 [] 來獲取每一個(gè)成員的信息，而是通過成員訪問運(yùn)算符 .（Member Access Operator）來取得它們。

不過，請(qǐng)注意，前文使用的是堆內(nèi)存分配的模式，所以得到的分配結(jié)果顯然是指針類型的，于是要將指針“拆解”為普通類型（取得內(nèi)容），需要使用間接訪問運(yùn)算符 * 對(duì)指針變量加以修飾：*xiaoMing，這才是真正的“內(nèi)容”。然后，我們對(duì)這個(gè)具體的結(jié)果再次使用成員訪問運(yùn)算符來取值：(*xiaoMing).age。請(qǐng)注意，這種取值需要為變量名和取內(nèi)容運(yùn)算符用小括號(hào)括起來。如果不括起來，C 語(yǔ)言將認(rèn)為執(zhí)行內(nèi)容是先獲取 xiaoMing.age，然后再對(duì)這個(gè)變量取內(nèi)容（執(zhí)行 * 取內(nèi)容），而顯然取內(nèi)容是針對(duì)于指針變量而言的，但此時(shí)就算 xiaoMing.age 奏效，沒有語(yǔ)法問題，而 age 字段是我們規(guī)定的數(shù)值類型的，而不是指針，所以 C 語(yǔ)言會(huì)為此報(bào)錯(cuò)，提示你“xiaoMing.age 不是一個(gè)指針類型”。

同理，其它的元素都可以使用這種方式進(jìn)行賦值，但需要注意的是，字符串的賦值方式，一般我們不要去使用 scanf("%s", &字符指針或字符數(shù)組變量) 的模式，因?yàn)?scanf 函數(shù)向來都是不處理空格的，所以它遇到空格直接就認(rèn)為是輸入結(jié)束了；而名字里可能是英文名，所以此時(shí)是可能含有空格的，故我們需要使用 gets 函數(shù)來輸入。

另外，gets 函數(shù)需要給定一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)必須是一個(gè)字符數(shù)組變量，而不是指針。指針并不能保證這個(gè)指向的內(nèi)存塊是可以被修改的，甚至不能保證這一塊內(nèi)存是可以被修改的。字符數(shù)組在聲明期間就已經(jīng)創(chuàng)建好了一系列內(nèi)存空間，所以我們完全可以對(duì)其進(jìn)行修改和使用。所以字符指針和字符數(shù)組的區(qū)別在于這一點(diǎn)：字符數(shù)組可修改內(nèi)部元素，而字符指針不一定表示的是一個(gè)數(shù)組，而可能僅僅是一個(gè)普通的指針變量。前文說過，數(shù)組可以在賦值的時(shí)候退化為指針，但反之不然。

記得最后添加 free 函數(shù)釋放資源，否則會(huì)造成內(nèi)存泄漏的 bug。

我覺得 (*v).f 的訪問模式太難寫代碼了，有沒有簡(jiǎn)化版？

我也這么覺得，我們每次為字段賦值都得“無(wú)情地”加入小括號(hào)，然后才能往后加字段信息。這樣寫確實(shí)麻煩了。所以，C 語(yǔ)言提供了一個(gè)語(yǔ)法糖（簡(jiǎn)化版書寫格式），叫指針成員訪問成員運(yùn)算符 ->（Pointer Member Access Operator）。

仔細(xì)體會(huì)兩種寫法，這兩種寫法是等價(jià)的。由于 -> 符號(hào)和 . 符號(hào)都是訪問運(yùn)算符，所以這兩個(gè)運(yùn)算符挨著兩邊的英文單詞（標(biāo)識(shí)符），而不用在中間添加額外的空格。

一些燒腦的結(jié)構(gòu)體使用模型

來一個(gè)可能會(huì)犯錯(cuò)的用法

我們嘗試不為變量賦值，就開始為字段里放數(shù)據(jù)，看看會(huì)怎么樣。

請(qǐng)注意，這種用法是錯(cuò)誤的，而且很可能會(huì)引起報(bào)錯(cuò)。因?yàn)?variable 并沒有賦值就開始用了，在 C 語(yǔ)言里規(guī)定，沒有（成功）賦初始值的時(shí)候，變量都是不起作用的，即沒有真正的內(nèi)存可以對(duì)應(yīng)上這個(gè)變量。于是我們對(duì)一個(gè)根本就不知道是哪里的對(duì)象進(jìn)行賦值，或字段賦值，顯然是不可能找到正確答案的。

其實(shí)，不只是這種情況，就連普通的變量也是如此：

這兩種輸出都不會(huì)得到你想要的結(jié)果。我知道你可能會(huì)認(rèn)為這里的輸出可能是 0，不過……

確實(shí)不一定真的是 0，有時(shí)候是一個(gè)莫名其喵的數(shù)字，看得頭皮發(fā)麻。

結(jié)構(gòu)體的嵌套聲明模式

假設(shè)我們有兩個(gè)結(jié)構(gòu)體：

那么上文給出的 b 結(jié)構(gòu)體類型是被允許的嗎，即 b 結(jié)構(gòu)體的某一個(gè)字段是別的結(jié)構(gòu)體類型？

答案是，是的。我們完全可以創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)體，使得這個(gè)結(jié)構(gòu)體的 field 字段是另外一個(gè)結(jié)構(gòu)體的類型。從邏輯上講，這完全是不矛盾的。

不過，如果你創(chuàng)建這種類型的結(jié)構(gòu)體，你需要注意初始化。假如我們現(xiàn)在有這樣兩個(gè)結(jié)構(gòu)體：

并初始化一個(gè) second 結(jié)構(gòu)體類型的變量：

然后對(duì)其進(jìn)行賦值。

首先，p->d 是為了取出 p 指針指向的字段 d 的信息，它是 first 結(jié)構(gòu)體類型的，而且不是指針；然后，對(duì)這個(gè)得到的結(jié)果再使用 . 成員訪問運(yùn)算符來獲取字段 a 和 b 的信息，或者說賦值。

這樣便可完成真正的賦值操作。

結(jié)構(gòu)體的遞歸聲明模式

前文我們說到，結(jié)構(gòu)體內(nèi)部是可以存放指針，也可以放普通變量的。那么，是否存在一種可能，讓結(jié)構(gòu)體（假設(shè)為 a 類型）內(nèi)部也有一個(gè) a 類型的字段呢，即：

這種寫法是可以的嗎？顯然，我們從邏輯上說不通，因?yàn)槲覀円獎(jiǎng)?chuàng)建好一個(gè) field 字段，由于它是 a 類型的結(jié)構(gòu)體類型，所以我們就不得不先為結(jié)構(gòu)體 a 類型創(chuàng)建好。但顯然此時(shí)還在創(chuàng)建其中的字段，整個(gè)結(jié)構(gòu)體并未完成創(chuàng)建，所以這是相違背的。

實(shí)際上確實(shí)如此。C 語(yǔ)言不允許遞歸聲明：結(jié)構(gòu)體類型內(nèi)的字段不允許是當(dāng)前結(jié)構(gòu)體類型的，不過，你可以聲明同樣類型的結(jié)構(gòu)體指針變量。

這樣書寫和存儲(chǔ)是沒有問題的，因?yàn)閺牡览砩现v，ptr 字段在這里僅僅表示的是一個(gè)可以指向這個(gè)類型的地址信息罷了，它是一個(gè)地址，所以并不和結(jié)構(gòu)體類型的本身有關(guān)，所以這樣的聲明方式是被允許的。而且，這種聲明模式廣泛存在于一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)里，例如鏈表（Linked List），它具有一個(gè)數(shù)據(jù)字段（data）和一個(gè)下一節(jié)點(diǎn)地址的字段（next）；而這里的 data 字段就是指向下一個(gè)鏈表節(jié)點(diǎn)的，它依然是當(dāng)前類型的，只不過是指針。

下面代碼可以展示這一點(diǎn)：

輸出的結(jié)果如下：

結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存大小

對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量使用 sizeof 會(huì)如何呢？前文不是就用到堆內(nèi)存分配了嗎？

這個(gè)數(shù)值實(shí)際上并不需要關(guān)心，但一般在考試題里會(huì)認(rèn)為所有字段占據(jù)的內(nèi)存空間的總和。但實(shí)際上并不一定是這樣，結(jié)果可能比這個(gè)數(shù)值大一些，當(dāng)然也可能是一樣的。

舉個(gè)例子。就前文的學(xué)生類型結(jié)構(gòu)體，它由四個(gè)字段構(gòu)成：

在內(nèi)存里，很有可能存儲(chǔ)的方式是這樣的：

當(dāng)然，我也只能說是“可能”，因?yàn)榫唧w的分配模式是根據(jù)內(nèi)存怎么樣找起來快怎么分配的模式來分配的。如果這種分配方式，使得代碼運(yùn)算速度快的話，那么這種肯定就是內(nèi)存里存儲(chǔ)這個(gè)結(jié)構(gòu)體的方式。也有可能把 age 拿到下面來，也可能把 isGirl 拿下來，等等。

不過，按照基本考試的方法，把它們所占字節(jié)數(shù)加起來就是整個(gè)結(jié)構(gòu)體所占大小了：4 + 4 + 1 + 20 = 29 字節(jié)，所以，sizeof(struct student) = sizeof(variable) = 29。