C语言：结构体数组

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介绍

在C语言中，结构体数组是指一个由结构体类型的元素组成的数组。这种数组允许我们存储多个结构体实例，并可以通过索引来访问每个结构体。

定义结构体

首先，我们需要定义一个结构体类型。例如，定义一个代表学生信息的结构体：

#include <stdio.h> struct Student { 
    char name[50]; int age; float gpa; }; 

定义结构体数组

接下来，我们可以定义一个结构体数组。例如，定义一个包含100个学生的数组：

struct Student students[100]; 

初始化结构体数组

我们可以在定义时初始化结构体数组：

struct Student students[3] = { 
    { 
   "Alice", 20, 3.5}, { 
   "Bob", 21, 3.7}, { 
   "Charlie", 19, 3.8} }; 

或者在程序运行时逐个初始化：

strcpy(students[0].name, "Alice"); students[0].age = 20; students[0].gpa = 3.5; strcpy(students[1].name, "Bob"); students[1].age = 21; students[1].gpa = 3.7; strcpy(students[2].name, "Charlie"); students[2].age = 19; students[2].gpa = 3.8; 

注意：strcpy 函数用于将字符串复制到结构体成员中。

访问和修改结构体数组的元素

我们可以通过数组索引来访问和修改结构体数组的元素：

printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[0].name, students[0].age, students[0].gpa); students[1].age = 22; // 修改Bob的年龄 printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[1].name, students[1].age, students[1].gpa); 

遍历结构体数组

可以使用循环来遍历结构体数组：

for (int i = 0; i < 3; i++) { 
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa); } 

示例

下面是一个完整的示例程序，它定义了一个结构体数组，初始化并输出其中的元素：

#include <stdio.h> #include <string.h> struct Student { 
    char name[50]; int age; float gpa; }; int main() { 
    struct Student students[3]; // 初始化 strcpy(students[0].name, "Alice"); students[0].age = 20; students[0].gpa = 3.5; strcpy(students[1].name, "Bob"); students[1].age = 21; students[1].gpa = 3.7; strcpy(students[2].name, "Charlie"); students[2].age = 19; students[2].gpa = 3.8; // 输出 for (int i = 0; i < 3; i++) { 
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa); } return 0; } 

高级用法

动态分配结构体数组

在某些情况下，数组的大小可能在编译时未知。这时可以使用动态内存分配来创建结构体数组。

使用 malloc 动态分配

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> struct Student { 
    char name[50]; int age; float gpa; }; int main() { 
    int n; printf("Enter the number of students: "); scanf("%d", &n); // 动态分配内存 struct Student *students = (struct Student*)malloc(n * sizeof(struct Student)); if (students == NULL) { 
    printf("Memory allocation failed\n"); return 1; } // 初始化 for (int i = 0; i < n; i++) { 
    printf("Enter name, age, and GPA for student %d:\n", i + 1); scanf("%s %d %f", students[i].name, &students[i].age, &students[i].gpa); } // 输出 for (int i = 0; i < n; i++) { 
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa); } // 释放内存 free(students); return 0; } 

使用 calloc 动态分配

calloc 函数可以分配并初始化为零的内存块：

struct Student *students = (struct Student*)calloc(n, sizeof(struct Student)); if (students == NULL) { 
    printf("Memory allocation failed\n"); return 1; } 

结构体数组作为函数参数

我们可以将结构体数组传递给函数来处理。例如：

void printStudents(struct Student *students, int n) { 
    for (int i = 0; i < n; i++) { 
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa); } } int main() { 
    struct Student students[3] = { 
    { 
   "Alice", 20, 3.5}, { 
   "Bob", 21, 3.7}, { 
   "Charlie", 19, 3.8} }; printStudents(students, 3); return 0; } 

在这个例子中，printStudents 函数接受一个指向结构体数组的指针和数组大小。

结构体数组与指针

在C语言中，数组名可以作为指向数组第一个元素的指针使用。这在处理结构体数组时也适用：

struct Student *ptr = students; printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", ptr->name, ptr->age, ptr->gpa); 

这里 ptr 是一个指向 students 数组第一个元素的指针，使用 -> 操作符访问其成员。

多维结构体数组

我们还可以定义多维结构体数组。例如，假设我们有一个3×2的学生数组：

struct Student students[3][2] = { 
    { 
   { 
   "Alice", 20, 3.5}, { 
   "Bob", 21, 3.7}}, { 
   { 
   "Charlie", 19, 3.8}, { 
   "David", 22, 3.9}}, { 
   { 
   "Eve", 20, 4.0}, { 
   "Frank", 23, 3.6}} }; 

访问和初始化多维结构体数组的方式类似于普通的多维数组。例如：

printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[1][0].name, students[1][0].age, students[1][0].gpa); 

使用 typedef 简化结构体定义

为了使代码更简洁，可以使用 typedef 定义结构体类型：

typedef struct { 
    char name[50]; int age; float gpa; } Student; Student students[3]; 

这样定义和使用结构体数组会更加简洁：

Student students[3] = { 
    { 
   "Alice", 20, 3.5}, { 
   "Bob", 21, 3.7}, { 
   "Charlie", 19, 3.8} }; 

结构体数组的常见应用场景

结构体数组在各种场景中都非常有用，包括但不限于以下几种：

1. 数据库记录：存储数据库查询结果。
2. 图形处理：存储图像的像素信息。
3. 游戏开发：存储游戏对象，如玩家、敌人、道具等。
4. 文件处理：存储从文件读取的数据，如日志记录。

结构体数组的排序

可以使用标准库函数 qsort 对结构体数组进行排序。需要定义比较函数来确定排序规则。例如，按GPA对学生数组排序：

#include <stdlib.h> // 比较函数 int compareByGPA(const void *a, const void *b) { 
    struct Student *studentA = (struct Student *)a; struct Student *studentB = (struct Student *)b; if (studentA->gpa < studentB->gpa) return -1; if (studentA->gpa > studentB->gpa) return 1; return 0; } int main() { 
    struct Student students[3] = { 
    { 
   "Alice", 20, 3.5}, { 
   "Bob", 21, 3.7}, { 
   "Charlie", 19, 3.8} }; // 排序 qsort(students, 3, sizeof(struct Student), compareByGPA); // 输出排序结果 for (int i = 0; i < 3; i++) { 
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa); } return 0; } 

结构体数组与文件操作

结构体数组经常用于文件操作，例如将数据保存到文件或从文件读取数据。

写入结构体数组到文件

#include <stdio.h> int main() { 
    struct Student students[3] = { 
    { 
   "Alice", 20, 3.5}, { 
   "Bob", 21, 3.7}, { 
   "Charlie", 19, 3.8} }; FILE *file = fopen("students.dat", "wb"); if (file == NULL) { 
    printf("Unable to open file\n"); return 1; } fwrite(students, sizeof(struct Student), 3, file); fclose(file); return 0; } 

从文件读取结构体数组

#include <stdio.h> int main() { 
    struct Student students[3]; FILE *file = fopen("students.dat", "rb"); if (file == NULL) { 
    printf("Unable to open file\n"); return 1; } fread(students, sizeof(struct Student), 3, file); fclose(file); // 输出读取的数据 for (int i = 0; i < 3; i++) { 
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa); } return 0; } 

使用嵌套结构体

在一些复杂的场景中，结构体内部可能包含另一个结构体。例如，一个学生结构体中包含地址信息：

struct Address { 
    char street[100]; char city[50]; char state[50]; int zip; }; struct Student { 
    char name[50]; int age; float gpa; struct Address address; }; int main() { 
    struct Student students[3] = { 
    { 
   "Alice", 20, 3.5, { 
   "123 Maple St", "Springfield", "IL", 62701}}, { 
   "Bob", 21, 3.7, { 
   "456 Oak St", "Columbus", "OH", 43215}}, { 
   "Charlie", 19, 3.8, { 
   "789 Pine St", "Austin", "TX", 73301}} }; for (int i = 0; i < 3; i++) { 
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", students[i].name, students[i].age, students[i].gpa); printf("Address: %s, %s, %s, %d\n", students[i].address.street, students[i].address.city, students[i].address.state, students[i].address.zip); } return 0; }