C 語言複習與提高—VII. 結構體與共用體

VII. 結構體與共用體

在程式設計中，常需要把相關資料作為一個整體來處理，其方法是構造新的資料類型。

一、結構體（Structure）：彙總資料類型，提供一種把相關資料群組合到一起的手段。

1、通常，結構中的成員都是邏輯的。

2、在商業軟體中，成員變數名一般習慣以底線（_）開頭。結構變數在被定義後，編譯器在編譯時間為所有成員分配記憶體。

3、結構體賦值：可以把一個結構變數的全部內容賦值給另一個同類的結構變數，而不必逐個成員的賦值。 注意與數組的區別：數組是不能彼此賦值的，是因為數組名是一個常量指標。數組是一個資料類型的聚集，它本質上不是資料類型。 [例]struct { void main() { int _name; char a[10], b[10]; int _age; a=b; /* ERROR！*/ }perso1, perso2; }

perso1._age=10; perso2=perso1; /* OK */

4、向函數傳遞結構時，實際上是傳遞結構成員的值，即都是值傳遞方式，包括用結構體變數作函數參數及函數返回一結構體變數兩種情況。 [注意]與數組的區別：結構體變數名僅代表值，而非地址。

除簡單結構外，向函數傳遞全部結構的方法存在重大缺陷：當執行函數調用時，資料壓棧需要開銷。這對於多成員結構或成員中有數組的結構，運行效能嚴重惡化。解決方案是：向結構傳遞指標。

向函數傳遞結構指標時，壓棧的僅僅是指標本身，這使得函數調用非常快。在某些情況下的另一個優點是，函數可以修改作為變數的結構的內容。

5、成員結構：結構體中的結構。C89 規定，結構體至少應允許嵌套 15 層，C99 增加至 63 層。

6、結構體的應用：結構體經常被應用於動態資料結構。在 C 語言中由結構體類型和動態儲存裝置分配函數來實現動態資料結構。

由於數組這樣的待用資料結構在被定義後，系統將在記憶體中為其分配連續的記憶體空間，且在程式運行期間保持不變（或整體被撤消），因此雖然它有可以隨機訪問每一個數組元素的優點，但是它有更嚴重的缺陷：在對元素進行插入和刪除運算時，需要移動大量元素而可能降低效率。並且，由於數組大小固定，儲存在連續的記憶體空間中，在資料量變化較大的情況下，必須按最大需要進行分配，有可能浪費很多記憶體。另外，在程式運行期間無法根據需要對數組進行擴充，也不可能釋放其中的某一部分記憶體。

在實際工作中，有很多問題需要用到動態方式的資料結構，它們佔用的空間可以動態變化（可以根據需要隨機地分配和釋放記憶體）。在邏輯上連續的元素，在記憶體中卻不一定連續。

具體執行個體：單向鏈表，二*樹等。（不再詳細贅述）

7、在把 C++ 代碼移植到 C 時，需要注意： struct str { int _x; int _y; };

struct str objet; /* 在 C 語言中必須有 struct，否則編譯器報錯。C++ 也可使用 */ str objet; /* C++ 的格式 */

在 C++ 中，結構體名是完整的類型名，可以被自身使用以定義變數。

二、共用體（Union）：允許多個不同的變數（可以是相同類型或不同類型）共用同一塊記憶體空間，提供了以多種方式解釋同一位元模式的方法。

1、聲明共用體時，編譯器為其分配一塊記憶體，大小為其成員變數中最大的變數所佔用的位元組數。

2、共用體常用於需要頻繁進行類型轉換的場合，因為程式可以使用共用體中的資料。

三、位段（bit-field）：訪問位元組中的位的內設機制，可以訪問單個位。這是 C 語言中訪問二進位位的兩種方式中的一種（另一種方式是位元運算）。

1、特點： - 記憶體緊張時，可把若干 BOOL 變數存入一個位元組。 - 某些裝置把編碼資訊傳送到各個位。 - 某些密碼編譯演算法需要訪問位元組中的位。

2、相對於位操作來說，位段能夠增加更多的代碼結構，可以提高效率。

3、C 語言的位段由結構體實現，每個位段是位段結構體中的成員，以位為單位來定義長度。

4、與普通結構體相比，位段的使用也有一定的限制和細節問題，如：不能取其地址，位段變數不能跨越數組邊界，位段只能被聲明為 int 或 unsigned int 類型等。另外，不同的機器對位段的成員的儲存順序是不一樣的，這意味著使用位段變數就引入了對機器的依賴。

四、枚舉（enum）：被命名的整型常量的列表。

1、每一個符號代表一個整數值。

2、第一個符號的值是零。

3、每一個符號的值都是其前置者的值加一。

4、枚舉表中的名字不是字串。 [錯例]enum color { black, white, blue, red=4, magenta, brown, gray=20, yellow }; enum color c1; /* 定義變數 c1 為 color 類型*/ c1=gray; printf("%s/n", c1); /* ERROR！*/ /* gray 只是一個整型數值的名字，而非字串。*/

要把枚舉型翻譯成字串只能靠編程實現，如使用一個串數組，用枚舉值作數組下標，或者使用 switch() 控制結構。因此，枚舉常用於不產生這種轉換的程式中（如定義編譯器的符號表）。