第七章: C语言结构体(下)

1. 结构指针变量作函数参数

在ANSI C标准中允许用结构变量作函数参数进行整体传送。 但是这种传送要将全部成员逐个传送， 特别是成员为数组时将会使传送的时间和空间开销很大，严重地降低了程序的效率。 因此最好的办法就是使用指针，即用指针变量作函数参数进行传送。 这时由实参传向形参的只是地址，从而减少了时间和空间的开销。

[计算一组学生的平均成绩和不及格人数。]

用结构指针变量作函数参数编程。

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}, }; main() { struct stu *ps; void ave(struct stu *ps); ps=boy; ave(ps); } void ave(struct stu *ps) { int c=0,i; float ave,s=0; for(i=0;i<5;i++,ps++) { s+=ps->score; if(ps->score<60) c+=1; } printf("s=%f\n",s); ave=s/5; printf("average=%f\ncount=%d\n",ave,c); }

本程序中定义了函数ave，其形参为结构指针变量ps。boy 被定义为外部结构数组，因此在整个源程序中有效。在main 函数中定义说明了结构指针变量ps，并把boy的首地址赋予它，使ps指向boy 数组。然后以ps作实参调用函数ave。在函数ave 中完成计算平均成绩和统计不及格人数的工作并输出结果。与例7.4程序相比，由于本程序全部采用指针变量作运算和处理，故速度更快，程序效率更高。.

2. 动态存储分配–链表

在数组一章中，曾介绍过数组的长度是预先定义好的， 在整个程序中固定不变。Ｃ语言中不允许动态数组类型。例如： int n;scanf("%d",&n);int a[n]; 用变量表示长度，想对数组的大小作动态说明， 这是错误的。但是在实际的编程中，往往会发生这种情况， 即所需的内存空间取决于实际输入的数据，而无法预先确定。对于这种问题， 用数组的办法很难解决。为了解决上述问题，Ｃ语言提供了一些内存管理函数，这些内存管理函数可以按需要动态地分配内存空间， 也可把不再使用的空间回收待用，为有效地利用内存资源提供了手段。 常用的内存管理函数有以下三个：

2.1 分配内存空间函数malloc

调用形式： (类型说明符*) malloc (size) 功能：在内存的动态存储区中分配一块长度为"size" 字节的连续区域。函数的返回值为该区域的首地址。 “类型说明符”表示把该区域用于何种数据类型。(类型说明符*)表示把返回值强制转换为该类型指针。“size”是一个无符号数。例如： pc=(char *) malloc (100); 表示分配100个字节的内存空间，并强制转换为字符数组类型， 函数的返回值为指向该字符数组的指针， 把该指针赋予指针变量pc。

2.2 分配内存空间函数 calloc

calloc 也用于分配内存空间。

调用形式： (类型说明符*)calloc(n,size)

功能：在内存动态存储区中分配n块长度为“size”字节的连续区域。函数的返回值为该区域的首地址。(类型说明符*)用于强制类型转换。

calloc函数与malloc 函数的区别仅在于一次可以分配n块区域。

例如： ps=(struet stu*) calloc(2,sizeof (struct stu)); 其中的sizeof(struct stu)是求stu的结构长度。因此该语句的意思是：按stu的长度分配2块连续区域，强制转换为stu类型，并把其首地址赋予指针变量ps。

2.3 释放内存空间函数free

调用形式： free(void*ptr);

功能：释放ptr所指向的一块内存空间，ptr 是一个任意类型的指针变量，它指向被释放区域的首地址。被释放区应是由malloc或calloc函数所分配的区域。

3. 链表

3.1 分配一块区域，输入一个学生数据。

main() { struct stu { int num; char *name; char sex; float score; } *ps; ps=(struct stu*)malloc(sizeof(struct stu)); ps->num=102; ps->name="Zhang ping"; ps->sex='M'; ps->score=62.5; printf("Number=%d\nName=%s\n",ps->num,ps->name); printf("Sex=%c\nScore=%f\n",ps->sex,ps->score); free(ps); }

本例中，定义了结构stu，定义了stu类型指针变量ps。 然后分配一块stu大内存区，并把首地址赋予ps，使ps指向该区域。再以ps为指向结构的指针变量对各成员赋值，并用printf 输出各成员值。最后用free函数释放ps指向的内存空间。 整个程序包含了申请内存空间、使用内存空间、释放内存空间三个步骤， 实现存储空间的动态分配。链表的概念在例7.9中采用了动态分配的办法为一个结构分配内存空间。每一次分配一块空间可用来存放一个学生的数据， 我们可称之为一个结点。有多少个学生就应该申请分配多少块内存空间， 也就是说要建立多少个结点。当然用结构数组也可以完成上述工作， 但如果预先不能准确把握学生人数，也就无法确定数组大小。 而且当学生留级、退学之后也不能把该元素占用的空间从数组中释放出来。 用动态存储的方法可以很好地解决这些问题。 有一个学生就分配一个结点，无须预先确定学生的准确人数，某学生退学， 可删去该结点，并释放该结点占用的存储空间。从而节约了宝贵的内存资源。 另一方面，用数组的方法必须占用一块连续的内存区域。 而使用动态分配时，每个结点之间可以是不连续的(结点内是连续的)。 结点之间的联系可以用指针实现。 即在结点结构中定义一个成员项用来存放下一结点的首地址，这个用于存放地址的成员，常把它称为指针域。可在第一个结点的指针域内存入第二个结点的首地址， 在第二个结点的指针域内又存放第三个结点的首地址， 如此串连下去直到最后一个结点。最后一个结点因无后续结点连接，其指针域可赋为0。

这样一种连接方式，在数据结构中称为“链表”。

第0个结点称为头结点， 它存放有第一个结点的首地址，它没有数据，只是一个指针变量。 以下的每个结点都分为两个域，一个是数据域，存放各种实际的数据，如学号num，姓名name，性别sex和成绩score等。另一个域为指针域， 存放下一结点的首地址。链表中的每一个结点都是同一种结构类型。

例如， 一个存放学生学号和成绩的结点应为以下结构：

struct stu { int num; int score; struct stu *next; }

前两个成员项组成数据域，后一个成员项next构成指针域， 它是一个指向stu类型结构的指针变量。

3.3 链表的基本操作

链表的基本操作对链表的主要操作有以下几种：

1.建立链表； 2.结构的查找与输出； 3.插入一个结点； 4.删除一个结点；

下面通过例题来说明这些操作。

建立一个三个结点的链表，存放学生数据。 为简单起见， 我们假定学生数据结构中只有学号和年龄两项。

3.4 可编写一个建立链表的函数creat

程序如下：

#define NULL 0 #define TYPE struct stu #define LEN sizeof (struct stu) struct stu { int num; int age; struct stu *next; }; TYPE *creat(int n) { struct stu *head,*pf,*pb; int i; for(i=0;inum,&pb->age); if(i==0) pf=head=pb; else pf->next=pb; pb->next=NULL; pf=pb; } return(head); }

在函数外首先用宏定义对三个符号常量作了定义。这里用TYPE表示struct stu，用LEN表示sizeof(struct stu)主要的目的是为了在以下程序内减少书写并使阅读更加方便。结构stu定义为外部类型，程序中的各个函数均可使用该定义。

creat函数用于建立一个有n个结点的链表，它是一个指针函数，它返回的指针指向stu结构。在creat函数内定义了三个stu结构的指针变量。head为头指针，pf 为指向两相邻结点的前一结点的指针变量。pb为后一结点的指针变量。在for语句内，用malloc函数建立长度与stu长度相等的空间作为一结点，首地址赋予pb。然后输入结点数据。如果当前结点为第一结点(i==0)，则把pb值 (该结点指针)赋予head和pf。如非第一结点，则把pb值赋予pf 所指结点的指针域成员next。而pb所指结点为当前的最后结点，其指针域赋NULL。 再把pb值赋予pf以作下一次循环准备。

creat函数的形参n，表示所建链表的结点数，作为for语句的循环次数。

写一个函数，在链表中按学号查找该结点。

TYPE * search (TYPE *head,int n) { TYPE *p; int i; p=head; while (p->num!=n && p->next!=NULL) p=p->next; /* 不是要找的结点后移一步*/ if (p->num==n) return (p); if (p->num!=n&& p->next==NULL) printf ("Node %d has not been found!\n",n }

本函数中使用的符号常量TYPE与例7.10的宏定义相同，等于struct　stu。函数有两个形参，head是指向链表的指针变量，n为要查找的学号。进入while语句，逐个检查结点的num成员是否等于n，如果不等于n且指针域不等于NULL(不是最后结点)则后移一个结点，继续循环。如找到该结点则返回结点指针。 如循环结束仍未找到该结点则输出“未找到”的提示信息。

3.5 删除链表中的指定结点

写一个函数，删除链表中的指定结点。删除一个结点有两种情况：

被删除结点是第一个结点。这种情况只需使head指向第二个结点即可。即head=pb->next。

被删结点不是第一个结点，这种情况使被删结点的前一结点指向被删结点的后一结点即可。即pf->next=pb->next。

函数编程如下：

TYPE * delete(TYPE * head,int num) { TYPE *pf,*pb; if(head==NULL) /*如为空表， 输出提示信息*/ { printf("\nempty list!\n"); goto end;} pb=head; while (pb->num!=num && pb->next!=NULL) /*当不是要删除的结点，而且也不是最后一个结点时，继续循环*/ {pf=pb;pb=pb->next;}/*pf指向当前结点，pb指向下一结点*/ if(pb->num==num) {if(pb==head) head=pb->next; /*如找到被删结点，且为第一结点，则使head指向第二个结点， 否则使pf所指结点的指针指向下一结点*/ else pf->next=pb->next; free(pb); printf("The node is deleted\n");} else printf("The node not been foud!\n"); end: return head; }

函数有两个形参，head为指向链表第一结点的指针变量，num删结点的学号。 首先判断链表是否为空，为空则不可能有被删结点。若不为空，则使pb指针指向链表的第一个结点。进入while语句后逐个查找被删结点。找到被删结点之后再看是否为第一结点，若是则使head指向第二结点(即把第一结点从链中删去)，否则使被删结点的前一结点(pf所指)指向被删结点的后一结点(被删结点的指针域所指)。如若循环结束未找到要删的结点， 则输出“末找到”的提示信息。最后返回head值。

3.6 在链表中指定位置插入一个结点

写一个函数，在链表中指定位置插入一个结点。在一个链表的指定位置插入结点， 要求链表本身必须是已按某种规律排好序的。例如，在学生数据链表中， 要求学号顺序插入一个结点。设被插结点的指针为pi。 可在三种不同情况下插入。

原表是空表，只需使head指向被插结点即可。

被插结点值最小，应插入第一结点之前。这种情况下使head指向被插结点，被插结点的指针域指向原来的第一结点则可。即：pi->next=pb;head=pi;

在其它位置插入,这种情况下，使插入位置的前一结点的指针域指向被插结点，使被插结点的指针域指向插入位置的后一结点。即为：pi->next=pb;pf->next=pi；

在表末插入。这种情况下使原表末结点指针域指向被插结点，被插结点指针域置为NULL。即：

pb->next=pi; pi->next=NULL； TYPE * insert(TYPE * head,TYPE *pi) { TYPE *pf,*pb; pb=head; if(head==NULL) /*空表插入*/ (head=pi; pi->next=NULL;} else { while((pi->num>pb->num)&&(pb->next!=NULL)) {pf=pb; pb=pb->next; }/*找插入位置*/ if(pi->num<=pb->num) {if(head==pb)head=pi;/*在第一结点之前插入*/ else pf->next=pi;/*在其它位置插入*/ pi->next=pb; } else {pb->next=pi; pi->next=NULL;} /*在表末插入*/ } return head;}

本函数有两个形参均为指针变量，head指向链表，pi 指向被插结点。函数中首先判断链表是否为空，为空则使head指向被插结点。表若不空，则用while语句循环查找插入位置。找到之后再判断是否在第一结点之前插入，若是则使head 指向被插结点被插结点指针域指向原第一结点，否则在其它位置插入， 若插入的结点大于表中所有结点，则在表末插入。本函数返回一个指针， 是链表的头指针。 当插入的位置在第一个结点之前时， 插入的新结点成为链表的第一个结点，因此head的值也有了改变， 故需要把这个指针返回主调函数。

将以上建立链表，删除结点，插入结点的函数组织在一起，再建一个输出全部结点的函数，然后用main函数调用它们。

本例中，print函数用于输出链表中各个结点数据域值。函数的形参head的初值指向链表第一个结点。在while语句中，输出结点值后，head值被改变，指向下一结点。若保留头指针head， 则应另设一个指针变量，把head值赋予它，再用它来替代head。在main函数中，n为建立结点的数目， num为待删结点的数据域值；head为指向链表的头指针，pnum为指向待插结点的指针。

main函数中各行的意义是：

第六行输入所建链表的结点数； 第七行调creat函数建立链表并把头指针返回给head； 第八行调print函数输出链表； 第十行输入待删结点的学号； 第十一行调delete函数删除一个结点； 第十二行调print函数输出链表； 第十四行调malloc函数分配一个结点的内存空间， 并把其地址赋予pnum; 第十五行输入待插入结点的数据域值； 第十六行调insert函数插入pnum所指的结点； 第十七行再次调print函数输出链表。

#define NULL 0 #define TYPE struct stu #define LEN sizeof(struct stu) struct stu { int num; int age; struct stu *next; }; TYPE * creat(int n) { struct stu *head,*pf,*pb; int i; for(i=0;inum,&pb->age); if(i==0) pf=head=pb; else pf->next=pb; pb->next=NULL; pf=pb; } return(head); } TYPE * delete(TYPE * head,int num) { TYPE *pf,*pb; if(head==NULL) { printf("\nempty list!\n"); goto end;} pb=head; while (pb->num!=num && pb->next!=NULL) {pf=pb;pb=pb->next;} if(pb->num==num) { if(pb==head) head=pb->next; else pf->next=pb->next; printf("The node is deleted\n"); } else free(pb); printf("The node not been found!\n"); end: return head; } TYPE * insert(TYPE * head,TYPE * pi) { TYPE *pb ,*pf; pb=head; if(head==NULL) { head=pi; pi->next=NULL; } else { while((pi->num>pb->num)&&(pb->next!=NULL)) { pf=pb; pb=pb->next; } if(pi->num<=pb->num) { if(head==pb) head=pi; else pf->next=pi; pi->next=pb; } else { pb->next=pi; pi->next=NULL; } } return head; } void print(TYPE * head) { printf("Number\t\tAge\n"); while(head!=NULL) { printf("%d\t\t%d\n",head->num,head->age); head=head->next; } } main() { TYPE * head,*pnum; int n,num; printf("input number of node: "); scanf("%d",&n); head=creat(n); print(head); printf("Input the deleted number: "); scanf("%d",&num); head=delete(head,num); print(head); printf("Input the inserted number and age: "); pnum=(TYPE *)malloc(LEN); scanf("%d%d",&pnum->num,&pnum->age); head=insert(head,pnum); print(head); }

从运行结果看，首先建立起3个结点的链表，并输出其值；再删103号结点，只剩下105，108号结点；又输入106号结点数据， 插入后链表中的结点为105，106，108。联合“联合”也是一种构造类型的数据结构。 在一个“联合”内可以定义多种不同的数据类型， 一个被说明为该“联合”类型的变量中，允许装入该“联合”所定义的任何一种数据。 这在前面的各种数据类型中都是办不到的。例如， 定义为整型的变量只能装入整型数据，定义为实型的变量只能赋予实型数据。

在实际问题中有很多这样的例子。 例如在学校的教师和学生中填写以下表格： 姓 名 年 龄 职 业 单位 “职业”一项可分为“教师”和“学生”两类。 对“单位”一项学生应填入班级编号，教师应填入某系某教研室。 班级可用整型量表示，教研室只能用字符类型。 要求把这两种类型不同的数据都填入“单位”这个变量中， 就必须把“单位”定义为包含整型和字符型数组这两种类型的“联合”。

“联合”与“结构”有一些相似之处。但两者有本质上的不同。在结构中各成员有各自的内存空间， 一个结构变量的总长度是各成员长度之和。而在“联合”中，各成员共享一段内存空间， 一个联合变量的长度等于各成员中最长的长度。应该说明的是， 这里所谓的共享不是指把多个成员同时装入一个联合变量内， 而是指该联合变量可被赋予任一成员值，但每次只能赋一种值， 赋入新值则冲去旧值。如前面介绍的“单位”变量， 如定义为一个可装入“班级”或“教研室”的联合后，就允许赋予整型值（班级)或字符串（教研室)。要么赋予整型值，要么赋予字符串，不能把两者同时赋予它。联合类型的定义和联合变量的说明一个联合类型必须经过定义之后， 才能把变量说明为该联合类型。

4. 联合体-共用体的定义

定义一个联合类型的一般形式为：

union 联合名 { 成员表 };

成员表中含有若干成员，成员的一般形式为： 类型说明符 成员名 成员名的命名应符合标识符的规定。

例如：

union perdata { int class; char office[10]; };

定义了一个名为perdata的联合类型，它含有两个成员，一个为整型，成员名为class；另一个为字符数组，数组名为office。联合定义之后，即可进行联合变量说明，被说明为perdata类型的变量，可以存放整型量class或存放字符数组office。

5. 联合体-共用体变量的说明

联合变量的说明和结构变量的说明方式相同， 也有三种形式。即先定义，再说明；定义同时说明和直接说明。以perdata类型为例，说明如下：

union perdata { int class; char officae[10]; }; union perdata a,b; /*说明a,b为perdata类型*/

或者可同时说明为：

union perdata { int class; char office[10]; }a,b;或直接说明为： union { int class; char office[10]; }a,b

经说明后的a,b变量均为perdata类型。a,b变量的长度应等于 perdata 的成员中最长的长度， 即等于

office数组的长度，共10个字节。从图中可见，a,b变量如赋予整型值时，只使用了2个字节，而赋予字符数组时，可用10个字节。

6. 联合变量的赋值和使用

对联合变量的赋值，使用都只能是对变量的成员进行。 联合变量的成员表示为： 联合变量名.成员名 例如，a被说明为perdata类型的变量之后，可使用 a.class　a.office 不允许只用联合变量名作赋值或其它操作。 也不允许对联合变量作初始化赋值，赋值只能在程序中进行。还要再强调说明的是，一个联合变量， 每次只能赋予一个成员值。换句话说，一个联合变量的值就是联合变员的某一个成员值。

设有一个教师与学生通用的表格，教师数据有姓名，年龄，职业，教研室四项。学生有姓名，年龄，职业，班级四项。

编程输入人员数据， 再以表格输出。

main() { struct { char name[10]; int age; char job; union { int class; char office[10]; } depa; }body[2]; int n,i; for(i=0;i<2;i++) { printf("input name,age,job and department\n"); scanf("%s %d %c",body[i].name,&body[i].age,&body[i].job); if(body[i].job=='s') scanf("%d",&body[i].depa.class); else scanf("%s",body[i].depa.office); } printf("name\tage job class/office\n"); for(i=0;i<2;i++) { if(body[i].job=='s') printf("%s\t%3d %3c %d\n",body[i].name,body[i].age ,body[i].job,body[i].depa.class); else printf("%s\t%3d %3c %s\n",body[i].name,body[i].age, body[i].job,body[i].depa.office); } }

本例程序用一个结构数组body来存放人员数据， 该结构共有四个成员。其中成员项depa是一个联合类型， 这个联合又由两个成员组成，一个为整型量class，一个为字符数组office。在程序的第一个for语句中，输入人员的各项数据，先输入结构的前三个成员name,age和job，然后判别job成员项，如为"s"则对联合depa·class输入(对学生赋班级编号)否则对depa·office输入(对教师赋教研组名)。

在用scanf语句输入时要注意，凡为数组类型的成员，无论是结构成员还是联合成员，在该项前不能再加"&“运算符。如程序第18行中body[i].name是一个数组类型，第22行中的body[i].depa.office也是数组类型，因此在这两项之间不能加”&"运算符。程序中的第二个for语句用于输出各成员项的值：

7. 本章小结

结构和联合是两种构造类型数据，是用户定义新数据类型的重要手段。结构和联合有很多的相似之处，它们都由成员组成。成员可以具有不同的数据类型。成员的表示方法相同。都可用三种方式作变量说明。

在结构中，各成员都占有自己的内存空间，它们是同时存在的。一个结构变量的总长度等于所有成员长度之和。在联合中，所有成员不能同时占用它的内存空间，它们不能同时存在。联合变量的长度等于最长的成员的长度。

“.”是成员运算符，可用它表示成员项，成员还可用“->”运算符来表示。

结构变量可以作为函数参数，函数也可返回指向结构的指针变量。而联合变量不能作为函数参数，函数也不能返回指向联合的指针变量。但可以使用指向联合变量的指针，也可使用联合数组。

结构定义允许嵌套，结构中也可用联合作为成员，形成结构和联合的嵌套。

链表是一种重要的数据结构，它便于实现动态的存储分配。本章介绍是单向链表，还可组成双向链表，循环链表等。

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