C 程序设计教程（04）—— C 语言的数据类型（二）：构造数据类型
该专栏主要介绍 C 语言的基本语法，作为《程序设计语言》课程的课件与参考资料，用于《程序设计语言》课程的教学，供入门级用户阅读。
目录
- C 程序设计教程（04）—— C 语言的数据类型（二）：构造数据类型
- 一、数组类型
- 1、数组的定义
- 2、数组的初始化
- 3、数组元素的访问
- 4、数组的存储
- 5、关于数组名
- 6、字符串的表示
- 7、字符数组的赋值
- 二、结构体类型
- 1、结构体类型
- 2、结构体类型变量的定义
- 3、结构体变量的初始化
- 4、结构体成员的访问
- 三、共用体（联合体）
- 1、共用体的定义
- 2、共用体变量的引用
- 四、枚举类型
- 五、用 typedef 定义类型
- 1、为基本数据类型定义新的类型名
- 2、为自定义数据类型（结构体、共用体和枚举类型）定义简洁的类型名称
- 3、为数组定义简洁的类型名称
- 4、为指针定义简洁的名称
我们已经学过 int、char、float、double 等基本数据类型，这些数据类型只能表示某些特定的数据，不能完全表示现实中所有事物。例如：表示一个人的特征，则这个人的姓名、年龄、性别等信息就无法用基本数据类型来完成。因此，C 语言提供了构造类型。
C 语言中的构造数据类型包括：数组类型、结构体类型、共用体类型和枚举类型。
一、数组类型
数组是一个由若干相同类型的变量组成的集合，引用这些变量时可以使用同一个名称。数组由连续的存储单元组成，最低地址对应于数组的第一个元素，最高地址对应于数组的最后一个元素，数组可以是一维、二维和多维数组。
1、数组的定义
数组的定义格式如下：
type array_name[size]; //一维数组
type array_name[size][size]; //二维数组
说明：
（1）在定义数组时，数组的元素个数（[size]）必须是常数（C99标准支持变长数组，但大多编译器是不支持的）。
（2）对于 m 行 n 列的二维数组，可以理解为该二维数组有 m 个元素，每个元素是一个有 n 个元素的一维数组。
2、数组的初始化
数组的初始化就是给数组元素赋初始值，数组使用 { } 初始化，在大小给定的情况下，可以完全初始化，也可以不完全初始化（其余元素默认为 0）。在大小没有给定的情况下根据初始化内容确定数组的大小。例如：
#include<stdio.h>
int main()
{
int i,j;
int arr1[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,0}; //完全初始化，定义包含10个整型元素的数组，10个数组元素都已赋初值
int arr2[10]={1,2,3}; //不完全初始化，定义的数组有10个元素，但只给定了3个值，其余7个值默认为0
int arr3[]={1,2,3}; //数组大小未给定，根据初始化内容确定数组大小（含有三个整型元素）
int arr4[2][3]={{0,1,2},{3,4,5}}; //完全初始化，二维数组可以看作若干个一维数组，分别初始化
int arr5[][3]={{0,1,2},{3,4,5}}; //省略行数
// int arr6[2][]={{0,1,2},{3,4,5}}; //错误！列数不可省略，编译器编不过去
printf("arr1: ");
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("%d ",arr1[i]);
}
printf("\n\n");
printf("arr2: ");
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("%d ",arr2[i]);
}
printf("\n\n");
printf("arr3: ");
for(i=0;i<3;i++)
{
printf("%d ",arr3[i]);
}
printf("\n\n");
printf("arr4: ");
for(i=0;i<2;i++)
{
for(j=0;j<3;j++)
printf("%d ",arr4[i][j]);
printf("\n");
}
printf("\n");
printf("arr5: ");
for(i=0;i<2;i++)
{
for(j=0;j<3;j++)
printf("%d ",arr5[i][j]);
printf("\n");
}
return 0;
}
说明：二维数组可以省略行数，但不可省略列数。
上述程序的运行结果如下：
3、数组元素的访问
数组通过下标引用操作符（[ ]）实现对数组元素的访问。比如：arr[1] 代表数组 arr 中下标为 1 的元素，arr[i] 代表数组中下标为 i 的元素。数组元素的下标是从 0 开始的。例如：
#include<stdio.h>
int main()
{
int i;
int arr[10];
for(i=0;i<10;i++)
{
arr[i]=i*2+1;
}
printf("arr: ");
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("%d ",arr[i]);
}
return 0;
}
以上程序的输出结果如下：
4、数组的存储
无论是一维数组还是二维数组，数组内的元素在内存中是连续存储的，相邻的两个元素之间的地址都相差一个固定的值（值的大小和数组元素的类型有关。如果数组元素类型是 int，则相差 4 个字节）。例如：
#include<stdio.h>
int main()
{
int i,j;
int arr1[]={1,2,3,4,5,6};
int arr2[3][5]={{1,2,3,4,5},
{11,22,33,44,55},
{111,222,333,444,555}};
printf("输出arr1的地址：\n");
for(i=0;i<6;i++)
{
printf("arr1[%d]:%p\n",i,&arr1[i]);
}
printf("输出arr2的地址：\n");
for(i=0;i<3;i++)
{
for(j=0;j<5;j++)
{
printf("arr2[%d][%d]:%p\n",i,j,&arr2[i][j]);
}
}
return 0;
}
以上程序的输出结果如下：
5、关于数组名
数组名是第一个数组元素的地址。当求 sizeof(数组名) 时，得到的是整个数组所占空间的大小；&数组名，是整个数组的地址。例如：
#include<stdio.h>
int main()
{
int arr1[5]={1,2,3,4,5};
int arr2[2][3]={{1,2,3},{4,5,6}};
//结果：20（5个元素，每个元素4个字节）
printf("arr1的大小：%d\n",sizeof(arr1));
//结果：24（整个数组大小）
printf("arr2的大小：%d\n",sizeof(arr2));
//结果：12（arr2[0]也是数组名，是二维数组第一行元素的数组名）
printf("arr2[0]的大小：%d\n",sizeof(arr2[0]));
//以下三个地址一样，但是第三个含义与前两个不一样
printf("arr1的地址：%p\n",arr1);
printf("第一个元素的地址：%p\n",&arr1[0]);
printf("整个数组的地址：%p\n",&arr1);
//前两个地址一样（都是arr1[1]的地址）
printf("arr1+1的地址：%p\n",arr1+1);
printf("arr1[0]+1的地址：%p\n",&arr1[0]+1);
//&arr是整个数组的地址，+1跳过整个数组
printf("&arr1+1的地址：%p\n",&arr1+1);
return 0;
}
以上程序的输出结果如下：
6、字符串的表示
C 语言并没有字符串类型，但允许使用字符串常量。字符串常量是用一对双引号括起来的一串字符。例如：
“China”、“OS”、“yes”、"0373-3048111"等。
字符串常量在存储时，系统自动在字符串的末尾加一个“字符串结束标志”（即：ASCII 码为 0 的字符 NULL），常用“\0”表示。因此，程序中长度为 n 个字符的字符串常量，在内存中占用 n+1 个字节的存储空间。
在定义字符型数组时，必须比要存放的最大字符数多一个字符。例如：
#include<stdio.h>
int main()
{
char str[20]="I am a student.";
printf("%s\n",str);
return 0;
}
以上程序的输出结果如下：
7、字符数组的赋值
定义字符数组时可以同时对数组进行初始化，但定义完成后，就不能按初始化的形式对其赋值了。例如：
char a[10]="abcdefgh"; //正确
char b[10];
b="abcdefgh"; //错误
（1）单字符赋值：通过数组下标方式或指针方式，引用数组元素，进行赋值。
（2）字符串赋值：使用 string.h 头文件中的字符串操作函数（strcpy）进行赋值。
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
//单字符赋值
char a[10];
a[0]='C';a[1]='h';a[2]='i';a[3]='n';a[4]='a';
//字符串赋值
char b[10];
strcpy(b,"abcdefgh");
printf("数组a的内容: %s\n",a);
printf("数组b的内容: %s\n",b);
return 0;
}
以上程序的输出结果如下：
二、结构体类型
结构体是由一组称为成员（成员变量）的不同数据所组成的，其中每个成员可以具有不同的类型。结构体通常用来表示类型不同但是又相关的若干数据。
结构体的成员可以是数组、指针变量、甚至是其他结构体，一般描述复杂对象时用到结构体。
结构体采用关键字 struct 来进行构建。
1、结构体类型
例如：成绩表的结构如下：
| 班级 | 学号 | 姓名 | 操作系统 | 数据结构 | 计算机网络 |
|---|---|---|---|---|---|
| 字符串 | 长整型 | 字符串 | 实型 | 实型 | 实型 |
通讯录的结构如下：
| 姓名 | 工作单位 | 家庭住址 | 邮编 | 电话号码 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 字符串 | 字符串 | 字符串 | 字符串 | 字符串 | 字符串 |
把成绩和通讯录定义为结构体类型：
//结构体类型的定义格式：
struct 结构体名称
{
成员列表
};
//定义“成绩”结构体
struct score
{
char grade[20]; //班级
long number; //学号
char name[20]; //姓名
float os; //操作系统
float datastru; //数据结构
float compnet; //计算机网络
};
//定义“通讯录”结构体
struct addr
{
char name[20]; //姓名
char department[30]; //工作单位
char address[30]; //家庭住址
char box[6]; //邮编
char phone[20]; //电话
char email[50]; //E-mail
};
2、结构体类型变量的定义
结构体类型变量的定义与其他类型的变量的定义相同，但结构体类型需要预先定义。结构体变量的定义有三种形式：
（1）先定义结构体类型，再定义结构体类型变量
//定义“成绩”结构体
struct score
{
char grade[20]; //班级
long number; //学号
char name[20]; //姓名
float os; //操作系统
float datastru; //数据结构
float compnet; //计算机网络
};
struct score student1,student2; //定义结构体类型变量
（2）定义结构体类型同时定义结构体变量
struct score
{
char grade[20]; //班级
long number; //学号
char name[20]; //姓名
float os; //操作系统
float datastru; //数据结构
float compnet; //计算机网络
} score student1,student2; //定义结构体类型变量
struct score student3; //定义其他变量
（3）直接定义结构体类型变量
这种定义方式由于没有为结构体类型指定名称，则只能使用一次。不能再次定义该结构体类型的其他变量。
struct
{
char grade[20]; //班级
long number; //学号
char name[20]; //姓名
float os; //操作系统
float datastru; //数据结构
float compnet; //计算机网络
} student1,student2; //定义结构体类型变量
3、结构体变量的初始化
结构体变量的初始化采用 { }，成员变量间用逗号隔开便可。例如：
#include<stdio.h>
int main()
{
struct score
{
char grade[20]; //班级
long number; //学号
char name[20]; //姓名
float os; //操作系统
float datastru; //数据结构
float compnet; //计算机网络
};
struct score s1={"xinguan211",2021021401,"tom",87.5,90.0,87.0}; //定义结构体类型变量
printf("%s\n%d\n%s\n%lf\n%lf\n%lf\n",s1.grade,s1.number,s1.name,s1.os,s1.datastru,s1.compnet);
return 0;
}
以上程序的输出结果如下：
4、结构体成员的访问
（1）采用点操作符（.）访问结构体成员
相同结构体类型的结构体能够相互赋值：如有 struct stu s1,s2; 就可以有s1=s2，不同结构体类型的结构体不能相互赋值。结构体成员引用的一般格式：结构体变量名.成员名。例如：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
struct stu
{
char name[20];
int age;
char id[20];
};
struct stu s1={"tom",20,"20210224111"};
struct stu s2;
s2=s1;
strcpy(s2.name,"jerry");
s1.age=22;
strcpy(s2.id,"20210224345");
printf("学生s1的信息如下：\n");
printf("name: %s\nage: %d\nid: %s\n\n",s1.name,s1.age,s1.id);
printf("学生s2的信息如下：\n");
printf("name: %s\nage: %d\nid: %s\n",s2.name,s2.age,s2.id);
return 0;
}
以上程序的输出结果如下：
（2）采用（->）操作符来访问结构体成员
当我们访问的不是一个结构体变量，而是指向一个结构体变量的指针，这时我们可以使用（->）操作符来访问结构体成员。例如：
#include<stdio.h>
struct stu
{
char name[20];
int age;
char id[20];
};
void print(struct stu *s2)
{
printf("%s %d %s\n",s2->name,s2->age,s2->id);
}
int main()
{
struct stu s1={"tom",20,"20210224111"};
print(&s1);
return 0;
}
以上程序的输出结果如下：
三、共用体（联合体）
一般情况下，系统会为每一个变量开辟独立的存储空间。例如：
char a;
int b;
float c;
系统将为这三个变量分别开辟1个字节、2个字节和4个字节的存储空间。使用共用体类型（union）可以让这三个变量共用一块内存空间。
1、共用体的定义
共用体的定义格式如下：
union 共用体名
{成员列表};
以下代码定义共用体类型的为data，该共用体中有三个成员，分别为a、b、c，它们占用同一个起始地址的存储空间，内存长度等于最长的成员的长度。
//定义共用体类型data
union data
{
char a;
int b;
float c;
};
和定义结构体变量一样，可以用以下三种方式定义共用体变量：
// 格式1
union data
{
char a;
int b;
float c;
};
union data x,y;
// 格式2
union data
{
char a;
int b;
float c;
} x,y;
// 格式3
union
{
char a;
int b;
float c;
} x,y;
2、共用体变量的引用
定义了共用体变量之后，可以采用如下方式引用共用体变量的成员：
变量名.成员名
对共用体变量的说明：
（1）同一个内存段可以用来存放几种不同类型的成员，但每一时刻只能存放其中一种。也就是说，每一时刻只有一个成员起作用。
（2）共用体变量中起作用的是最后一次被赋值的成员。例如：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
union data
{
char a;
int b;
float c;
};
union data x;
x.a='a';
x.b=10;
x.c=15.3;
printf("%c\n",x.a);
printf("%d\n",x.b);
printf("%f\n",x.c);
return 0;
}
完成以上三个赋值运算之后，只有 x.c 是有效的，x.a 和 x.b 已经无意义了。
以上程序的运行结果如下：
（3）共用体变量的地址和它的各成员的地址相同。例如：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
union data
{
char a;
int b;
float c;
};
union data x;
x.a='a';
x.b=10;
x.c=15.3;
printf("%p\n",&x);
printf("%p\n",&x.a);
printf("%p\n",&x.b);
printf("%p\n",&x.c);
return 0;
}
以上程序的运行结果如下：
（4）不能对共用体变量赋值，也不在定义共用体变量时对它进行初始化。例如：
union data
{
char a;
int b;
float c;
} x={'a',10,15.3}; //错误，不能对共用体变量初始化
a=1; //错误，不能对共用体变量赋值
union data m=a; //错误
（5）不能把共用体变量作为函数参数，也不能使函数返回共用体类型的值，但可以使用指向共用体变量的指针。
（6）共用体类型可以出现在结构体类型定义中，也可以定义共用体数组。反之，结构体也可以出现在共用体类型的定义中，数组也可以作为共用体的成员。
四、枚举类型
枚举就是把变量可能取到的值一一列举出来，变量的取值只局限于列举出来的值的范围。声明枚举类型使用 enum 保留字，例如：
//定义枚举类型
enum weekday{sun,mon,tus,wed,thu,fri,sat};
//定义枚举类型的变量
enum weekday workday,weekend;
//也可以直接定义枚举类型的变量
enum {sun,mon,tus,wed,thu,fri,sat} workday,weekend;
//为枚举类型的变量赋值
workday = mon;
weekend = sun;
说明：
（1）枚举元素按常量处理，称为枚举常量，不能给枚举元素赋值。例如以下赋值是错误的：
sun = 0;
mon = 1;
（2）枚举元素作为常量，C 语言按枚举元素定义的顺序将他们的值定义为0、1、2、…。在前面的定义中，sun 的值为 0，mon 的值为 1，…，sat 的值为 6。可以改变枚举元素的值，如：
#include<stdio.h>
int main()
{
enum weekday{sun=7,mon=1,tus,wed,thu,fri,sat};
enum weekday workday,weekend;
workday = mon;
weekend = sun;
printf("monday:%d\nsunday:%d",workday,weekend);
return 0;
}
以上程序的输出结果如下：
（3）枚举值可用于构造条件，例如：
if(workday == mon) {...}
if(workday > sun) {...}
（4）整数不能直接赋给枚举变量，因为他们属于不同的类型。需要进行强制类型转换才能赋值。例如：
workday = 2; //错误
workday = (enum weekday)2; //相当于将序号为2的枚举元素赋给workday，等价于下面的语句：
workday = tue;
（5）不能对枚举类型的变量直接读写，只能输出枚举变量的序号。
五、用 typedef 定义类型
除了可以直接使用标准类型名（如：int、char、float、double、long 等）和结构体、共用体、指针、枚举类型外，还可以用 typedef 定义新的类型名来代替已有的类型名。
例如：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
typedef struct
{
int month;
int day;
int year;
} DATE; //定义新的类型名为DATE
typedef int ARR[10];
DATE birthday={10,5,2000};
ARR a={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
int i;
printf("birthday: %d-%d-%d\n\n",birthday.year,birthday.month,birthday.day);
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("数组元素a[%d]的值：%d\n",i,a[i]);
}
return 0;
以上程序的输出结果如下：
typedef 主要用于以下几种情形：
1、为基本数据类型定义新的类型名
比如：用 typedef 来定义与平台无关的类型。
可以定义一个名称为 REAL 的浮点类型：typedef long double REAL;
在不支持 long double 的机器上，可以修改为：typedef double REAL;
如果连 double 都不支持，可以修改为：typedef float REAL;
当跨平台时，只要修改 typedef 本身就行，不用对其他源码做任何修改。
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
typedef double REAL;
REAL a=100.2;
printf("%f",a);
return 0;
}
以上程序的输出结果如下：
2、为自定义数据类型（结构体、共用体和枚举类型）定义简洁的类型名称
例1：
typedef struct tagPoint
{
double x;
double y;
double z;
} Point;
//上面的代码实际上完成了两个操作：
//1、定义一个新的结构类型
//其中：struct 关键字和 tagPoint 一起构成了这个结构类型
struct tagPoint
{
double x;
double y;
double z;
} ;
//2、使用 typedef 为这个新的结构起了一个别名，叫 Point，即：
typedef struct tagPoint Point;
//然后就可以像 int 和 double 那样直接使用 Point 定义变量，如下面的代码所示：
Point oPoint1={100，100，0};
Point oPoint2;
例2：
#include <stdio.h>
//定义两个类型，一个整型的别名 INTEGER，一个整型指针 PINT，这两个变量没有联系，是独立的。
int main()
{
typedef int INTEGER, *PINT;
INTEGER a,c;
PINT b;
a=10;
c=20;
b=&c;
printf("&a=%p\n",&a);
printf("b=%p\n",b);
printf("a=%d\n",a);
printf("*b=%d\n",*b);
return 0;
}
以上程序的输出结果如下：
例3：
typedef int ElemType; //定义顺序表的数据元素为整数。
typedef struct
{
ElemType data[MAXSIZE]; //用数组存储顺序表中的元素
unsigned int length; //顺序表中元素的个数
} SeqList,*PSeqList; //定义两个类型，一个是结构体别名SeqList和一个结构体指针PSeqList。
3、为数组定义简洁的类型名称
例如：
typedef int INT_ARRAY_100[100];
INT_ARRAY_100 arr;
4、为指针定义简洁的名称
例如：
typedef char* PCHAR;
PCHAR pa;
