C語言程序設(shè)計課件：結(jié)構(gòu)體、共同體與位運算

結(jié)構(gòu)體、共同體與位運算第一節(jié)結(jié)構(gòu)體類型概述第二節(jié)結(jié)構(gòu)體數(shù)組概述第三節(jié)共用體第四節(jié)位運算第五節(jié)項目任務(wù)：利用結(jié)構(gòu)體類型改寫輸入輸出子模塊第一節(jié)結(jié)構(gòu)體類型概述在前面幾章中，我們已經(jīng)介紹了基本類型的變量，如整型、實型、字符型變量等，也介紹了一種構(gòu)造類型的數(shù)據(jù)----數(shù)組，它的特點是數(shù)組中各元素的類型和長度都必須一致，以便于系統(tǒng)處理。但是只有這些數(shù)據(jù)類型是不夠的。有時需要將不同類型的數(shù)據(jù)組合成一個有機的整體，以便于引用。這些組合在一個整體中的數(shù)據(jù)是相互聯(lián)系的。例如，一個學生的姓名、性別、籍貫、學號、成績等項目，這些項目都與一個學生相聯(lián)系。但它們的數(shù)據(jù)類型卻各不相同，如姓名、性別、籍貫、學號的數(shù)據(jù)類型可以為字符型數(shù)據(jù)，成績?yōu)閷嵭蛿?shù)據(jù)，如果將它們分別定義為互相獨立的簡單變量，難以反映它們之間的內(nèi)在聯(lián)系。應(yīng)當把它們組織成一個組合項，在一個組合項中包含若干個類型不同的數(shù)據(jù)項，在C語言中就引入了一種數(shù)據(jù)類型----結(jié)構(gòu)體類型。這種類型的變量可以擁有不同數(shù)據(jù)類型的成員。一、結(jié)構(gòu)體類型的定義定義結(jié)構(gòu)體類型的格式為：struct

<結(jié)構(gòu)體類型名>{<成員類型1><成員名1>;<成員類型2><成員名2>;…<成員類型n><成員名n>;

};說明：（1）struct是定義結(jié)構(gòu)體類型的關(guān)鍵字，不能省略。（2）結(jié)構(gòu)體類型名由用戶命名，命名規(guī)則與標識符命名規(guī)則相同。（3）花括號｛｝內(nèi)的部分稱為結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體是由若干結(jié)構(gòu)成員組成的。每個結(jié)構(gòu)成員有自己的名稱和數(shù)據(jù)類型，<成員名>是用戶自己定義的標識符，<成員類型>既可以是基本數(shù)據(jù)類型，也可以是已定義過的某種數(shù)據(jù)類型（如：數(shù)組類型、結(jié)構(gòu)體類型等）。若幾個結(jié)構(gòu)成員具有相同的數(shù)據(jù)類型，可將它們定義在同一種成員類型之后，各成員名之間用逗號隔開。（4）結(jié)構(gòu)體類型的定義應(yīng)視為一個完整的語句，用一對花括號｛｝括起來。例如：定義一個學生信息的結(jié)構(gòu)體類型，包括：學生學號、姓名、性別、年齡、地址和學生成績。structstudent//定義學生信息結(jié)構(gòu)體類型{intnum;;/*學生學號*/charname[20];/*姓名*/charsex;/*性別*/intage;/*年齡*/charaddress[30];/*地址*/floatscore;/*分數(shù)*/};說明：（1）structstudent是用戶自己定義的一個結(jié)構(gòu)體類型，它和系統(tǒng)已經(jīng)定義了的標準類型如int,char等一樣可以用來作為定義變量的類型；（2）定義一個結(jié)構(gòu)體類型并不分配內(nèi)存，只有定義這個結(jié)構(gòu)體類型的變量時，才分配內(nèi)存。二、結(jié)構(gòu)體類型變量的定義結(jié)構(gòu)體類型定義之后只是說明了一個構(gòu)造型數(shù)據(jù)類型，系統(tǒng)并不為其分配內(nèi)存，也就無法存儲數(shù)據(jù)，只有在程序中定義了結(jié)構(gòu)體類型變量之后才能存儲數(shù)據(jù)。說明結(jié)構(gòu)體變量有以下幾種方法：1、先定義結(jié)構(gòu)體類型，再說明結(jié)構(gòu)體變量。

例如：

struct

student/*定義學生信息結(jié)構(gòu)體類型*/{intnum;;/*學生學號*/char

name[20];/*姓名*/char

sex;/*性別*/int

age;/*年齡*/charaddress[30];/*地址*/floatscore;/*分數(shù)*/};

struct

student

student1;/*定義了1個結(jié)構(gòu)體變量

student1*/2、在定義結(jié)構(gòu)體類型的同時定義結(jié)構(gòu)體變量。例如：

struct

student/*定義學生信息結(jié)構(gòu)體類型*/{intnum;/*學生學號*/char

name[20];/*姓名*/char

sex;/*性別*/int

age;/*年齡*/charaddress[30];/*地址*/floatscore;/*分數(shù)*/}student1,student2;/*定義2個結(jié)構(gòu)體變量student1,student2*/3、說明一個無名結(jié)構(gòu)體類型，直接說明結(jié)構(gòu)體變量。例如：

struct

/*定義學生信息結(jié)構(gòu)體類型*/{intnum;/*學生學號*/char

name[20];/*姓名*/char

sex;/*性別*/int

age;/*年齡*/charaddress[30];/*地址*/floatscore;/*分數(shù)*/}student1,student2;/*定義2個結(jié)構(gòu)體變量student1,student2*/

由于這種定義方法不定義結(jié)構(gòu)體類型名，無法記錄該結(jié)構(gòu)體類型，所以只能用來聲明結(jié)構(gòu)體變量，而且以后也不能用它聲明變量或函數(shù)等。三、結(jié)構(gòu)體類型變量的初始化和引用（一）、結(jié)構(gòu)體類型變量的初始化

所謂結(jié)構(gòu)體變量的初始化是指在定義結(jié)構(gòu)體變量的同時給結(jié)構(gòu)體變量賦初值。其初始化的方式有兩種：1、是用花括號{}括起來的若干成員值對結(jié)構(gòu)體變量初始化；二是用同類型的變量對結(jié)構(gòu)體變量初始化。例如：

struct

student/*定義學生信息結(jié)構(gòu)體類型*/{intnum;/*學生學號*/char

name[20];/*姓名*/char

sex;/*性別*/int

age;/*年齡*/charaddress[30];/*地址*/floatscore;/*分數(shù)*/}

struct

student

student1={001","LiYan","female",18,”cd”,90.5};2、是用同類型的變量對結(jié)構(gòu)體變量初始化。例如：struct

student

student2=student1;

上述語句是用同類型的變量student1對student2初始化，這種方式是將變量student1拷貝到student2中。（二）、結(jié)構(gòu)體類型變量的引用

在定義了結(jié)構(gòu)體變量以后，當然可以應(yīng)用這個變量，但應(yīng)遵循以下規(guī)則：對結(jié)構(gòu)體變量的引用不能整體應(yīng)用，只能應(yīng)用結(jié)構(gòu)體成員。可以使用結(jié)構(gòu)成員操作符“．”（或稱為點操作符）對其成員進行訪問。使用結(jié)構(gòu)體成員的格式為：<結(jié)構(gòu)體變量>．<成員名>成員運算符的作用是引用結(jié)構(gòu)體變量中的某個成員。點運算符的的優(yōu)先級與下標運算符的優(yōu)先級相同，是C語言中所有運算符優(yōu)先級中最高的。例如：對于如下結(jié)構(gòu)體：

struct

date/*定義日期信息結(jié)構(gòu)體類型*/{int

year;int

month;int

day;}date1;要給結(jié)構(gòu)體變量中的year賦值10，其引用的方式為：date1.year=10;【案例7-1】結(jié)構(gòu)體類型變量的引用。分析：定義一個教師結(jié)構(gòu)體類型，教師的數(shù)據(jù)包括職工號，姓名、性別和年齡。從鍵盤上輸入每個教師的信息，然后輸出結(jié)構(gòu)體成員的數(shù)據(jù)。voidmain(){structteacher/*定義教師信息結(jié)構(gòu)體類型*/{charnumber[12];charname[10];charsex[6];intage;}teacher1;printf("\n請輸入職工號:");scanf("%s",teacher1.number);printf("請輸入姓名:");scanf("%s",);printf("請輸入性別:");scanf("%s",teacher1.sex);printf("請輸入年齡:");scanf("%d",&teacher1.age);printf("\n職工號是:%s",teacher1.number);printf("\n姓名是:%s",);printf("\n性別是:%s",teacher1.sex);printf("\n年齡是:%d",teacher1.age);}【注意】不能將結(jié)構(gòu)體變量作為一個整體進行輸入和輸出，只能通過引用其成員依次將數(shù)據(jù)進行輸入和輸出。第二節(jié)結(jié)構(gòu)體數(shù)組概述一、結(jié)構(gòu)體數(shù)組的定義一個結(jié)構(gòu)體變量中可以存放一組數(shù)據(jù)（如一個學生的學號、姓名，成績的），如果有20個學生的數(shù)據(jù)需要參與運算，顯然應(yīng)該使用數(shù)組，這就是結(jié)構(gòu)體數(shù)組。結(jié)構(gòu)體數(shù)組與以前介紹過的數(shù)值型數(shù)組的不同之處在于每個數(shù)組元素都是一個結(jié)構(gòu)體類型的數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)體數(shù)組的使用與普通數(shù)組的使用一樣，也是通過下標來訪問數(shù)組元素的。結(jié)構(gòu)體數(shù)組的定義方式和定義結(jié)構(gòu)體變量相似，只需說明其為數(shù)組即可。例如：

struct

/*先定義學生信息結(jié)構(gòu)體類型，再定義結(jié)構(gòu)型數(shù)組*/{intnum;/*學生學號*/char

name[20];/*姓名*/char

sex;/*性別*/int

age;/*年齡*/charaddress[30];/*地址*/floatscore;/*分數(shù)*/}structstudentstu[3];以上代碼定義了一個結(jié)構(gòu)體數(shù)組stu，其元素為structstudent類型數(shù)據(jù)，數(shù)組有3個元素。也可以采取以下的方式來定義：

struct

/*先定義學生信息結(jié)構(gòu)體類型，再定義結(jié)構(gòu)型數(shù)組*/{intnum;/*學生學號*/char

name[20];/*姓名*/char

sex;/*性別*/int

age;/*年齡*/charaddress[30];/*地址*/floatscore;/*分數(shù)*/}stu[3];二、結(jié)構(gòu)體數(shù)組的初始化（一）、結(jié)構(gòu)體數(shù)組的初始化與其他類型的數(shù)組一樣，在定義數(shù)組的同時，對其中的每一個元素進行初始化。

例如：structstudent{intnum;;/*學生學號*/charname[20];/*姓名*/charsex;/*性別*/intage;/*年齡*/charaddress[30];/*地址*/floatscore;/*分數(shù)*/}stu[2]

={{10000,"LiHua","female",21,”BJ”,88.6},{10002,"WenMing","male",22,”CD”,76.8};/*對結(jié)構(gòu)體數(shù)組進行初始化*/（二）、結(jié)構(gòu)體數(shù)組的使用結(jié)構(gòu)體數(shù)組的使用即數(shù)組元素的使用，是通過下標變量實現(xiàn)的。對于結(jié)構(gòu)體數(shù)組需要用下標變量引用結(jié)構(gòu)體成員。引用方式：結(jié)構(gòu)體數(shù)組名[下標]．成員名。下面通過兩個例子說明結(jié)構(gòu)體數(shù)組的使用?！景咐?-2】有3個候選人，每次輸入一個得票的候選人的名字，對他們的得票結(jié)果進行統(tǒng)計，并將這些信息顯示在屏幕上。分析：在主函數(shù)中定義一個字符數(shù)組，它代表被選人的姓名。在10次循環(huán)中每次先輸入一個候選人的名字，然后把它與3個候選人人姓名相比，然后將相符合的候選人的票數(shù)加1，在輸入和統(tǒng)計結(jié)束之后，將3人的名字和得票數(shù)輸出。#include<stdio.h>#include<string.h>structperson/*定義候選人信息結(jié)構(gòu)體類型*/{charname[10];intcount;}person1[3]={"YangLin",0,"ZhangHua",0,"LiPin",0};voidmain(){inti,j;charpersonname[10];for(i=0;i<6;i++){printf("\n請輸入第%d個候選人姓名:\n",i+1);scanf("%s",personname);for(j=0;j<3;j++)if(strcmp(personname,person1[j].name)==0)/*將選票上的姓名與候選人的姓名進行比較*/person1[j].count++;/*將候選人的得票數(shù)加1*/}printf("------------統(tǒng)計結(jié)果--------------");printf("\n");for(i=0;i<3;i++)printf("%s:%d\n",person1[i].name,person1[i].count);}第三節(jié)共用體共用體類型也是用來描述類型不相同的數(shù)據(jù)，但與結(jié)構(gòu)體類型不同，共用體數(shù)據(jù)成員存儲時采用覆蓋技術(shù)，共享(部分)存儲空間。因此，共用體變量所占的存儲空間不是各成員所需存儲空間字節(jié)數(shù)的總和，而是共用體成員中需要空間最大的哪個成員所需的字節(jié)數(shù)。一、共用體類型的定義定義一個共用體的語法形式為：union共用體類型名{<成員類型1>

<成員名1>;<成員類型2>

<成員名2>;…<成員類型2>

<成員名n>;};其中union為系統(tǒng)的關(guān)鍵字，其作用是通知系統(tǒng)，目前定義了一個為名為“共用體類型名”的共用體。成員變量可以是任何類型的變量。例如：unionstudent{char

number[10];char

name[10];char

sex[8];int

age;};二、共用體變量的定義共用體變量的定義方式與結(jié)構(gòu)體變量相同，也有三種方式，下面介紹常用的兩種。1、先定義共用體類型，再定義共用體變量。例如：uniondata{inti;char

ch;floatf;};uniondataa,b,c;2、在定義共用體的同時定義變量。例如：uniondata{intI;char

ch;floatf;}a,b,c;共用體和結(jié)構(gòu)體的比較：1、結(jié)構(gòu)體變量所占內(nèi)存長度是各成員所占的內(nèi)存長度之和，每個成員分別占有其自己的內(nèi)存單元。2、共用體變量所占的內(nèi)存長度等于最長的成員所占的內(nèi)存長度。例如：上面定義的共用體變量a,b,c占用4個字節(jié)，而不是各占2+1+4=7個字節(jié)。三、共用體變量的引用對共用體變量的賦值、使用都只能是對變量的成員進行。共用體變量的成員表示為：共用體變量名．成員名【案例7-3】利用共用體的特點分別取出int變量中高字節(jié)和低字節(jié)中的兩個數(shù)。#include<stdio.h>main(){unionic{inti;charch[2];}x;x.i=24897;printf("i=%o\n",x.i);/*用8進制形式輸出x.i*/printf("ch0=%o,ch1=%o\nch0=%c,ch1=%c\n",x.ch[0],x.ch[1],x.ch[0],x.ch[1]);}/*用8進制形式輸出ch[0],ch[1],用字符形式輸出ch[0],ch[1];*/【說明】本例程序中的共用體類型變量x中有兩個成員，一個是整型變量n，一個是字符串ch，它們在內(nèi)存中共占用2個字節(jié)。ch[0]存放的是整數(shù)的低字節(jié)01000001，ch[1]存放的是整數(shù)的高字節(jié)01100001。第四節(jié)位運算C語言兼具高級語言與低級語言的特性，因此適合編寫系統(tǒng)軟件，C語言具備低級語言的特性就在于它能直接對硬件進行操作，即位運算。所謂位運算是指按二進制位進行的運算。一、位邏輯運算（一）、按位與按位與的運算符“&”是雙目運算符，參加運算的兩個數(shù)據(jù)，按各對應(yīng)的二進位進行“與”運算。運算規(guī)則：0&0=0；0&1=0；1&0=0；1&1=1；例如：有兩個整數(shù)i=7,j=3,求i&j運算過程示意如下：i=0000000000000111j=0000000000000011i&j=0000000000000011因此，i&j的值得3(注意不是10)。用途：可以判斷一個數(shù)據(jù)的某一位是否是1；可以保留一個數(shù)據(jù)中的某些位，屏蔽掉其它位。（二）、按位或按位或運算符為“|”，參加運算的兩個對象，按相應(yīng)的二進位中進行“或”運算。運算規(guī)則0|0=0；0|1=1；1|0=1；1|1=1。例如：有兩個整數(shù)i=3,=5,求i|j運算過程示意如下：i=0000000000000011j=0000000000000101i&j=0000000000000111因此，i&j的值得7用途：可以將一個數(shù)據(jù)的某些位置為1，其它位不變。（三）、按位異或按位異或的運算符“∧”也稱XOR運算符。運算規(guī)則：0∧0=0；0∧1=1；1∧0=1；1∧1=0；例如：有兩個整數(shù)i=47,j=32,求i∧j運算過程示意如下：i=0000000000101101j=0000000000100101i&j=0000000000001101因此，i&j的值得13用途：(1)對某些位取反在異或運算中，使用1與某一位進行異或可以達到取反的功能。(2)保留某些位在異或運算中，使用0與某一位進行異或可以保持該位不變。(3)交換兩個值，不用臨時變量。假如a=3，b=4。想將a和b的值互換，可以用以下賦值語句實現(xiàn)：a=a∧b；b=b∧a；a=a∧b；（四）、按位取反按位取反的運算符為“～”?！啊笔且粋€單目（元）運算符，用來對一個二進制數(shù)按位取反。運算規(guī)則：將0變1，1變0。例如：～9的結(jié)果為-10。運算過程示意如下：

i=0000000000001001～j=1111111111110110因此，～i的值得-10。二、移位運算（一）、左移位左移運算符為“<<”。用來將一個數(shù)的各二進位全部左移若干位，左邊的二進制丟棄，右邊補0。例如：a=a<<2;(左移二位)若a=15，a的二進制數(shù)為00001111，a左移2位后為00111100，其值為60。從上面我們可以看出左移1位相當于該數(shù)乘以2，左移2位相當于該數(shù)乘以4，但此結(jié)論只適用于該數(shù)左移時被溢出舍棄的高位中不包含1的情況。左移比乘法運算速度快得多，因此，有些C編譯程序自動將乘2的運算用左移一位來實現(xiàn)，將乘2n的冪運算處理為左移n位。（二）、右移位右移運算符為“>>”。用來將一個數(shù)的各二進位全部右移若干位，從右邊移出去的低位部分被丟棄。對無符號數(shù)來講，高位部分補0，對有符號數(shù)來講，正數(shù)（符號位為0），則右移時左端補0，負數(shù)（符號位為1），則右移時左端是補0還是補1，取決于所用的計算機系統(tǒng)。例如：a=a>>2;（右移2位）。若a=016，a的二進制數(shù)為00001110，a右移2位為00000011由上述運算結(jié)果可以看出，在進行“右移運算時，如果移出去的低位部分不包含1，則右移1位相當于除以2，右移2位相當于除以4，右移3位相當于除以8，依次類推，因此，在實際應(yīng)用中，經(jīng)常利用”右移“運算來進行除以2的方冪的操作?！景咐?-4】采用位運算中的移位運算，輸出一個整數(shù)的二進制形式。分析：輸出的整數(shù)num一般為2個字節(jié)的16位整型數(shù)據(jù)，那么可以把num中16個位的每一位看成是一個整數(shù)bit，其值當然只能為0或者為1。從高位開始，逐位判斷num的每一位是0還是1，然后把該位的值賦給bit，并輸出bit的值。此判斷輸出要循環(huán)16次。程序如下：/*輸出一個整數(shù)的二進制形式*/#include<stdio.h>main(){intnum,bit,i;unsignedtest=0x8000;/*test用二進制表示是1000000000000000*/printf("請輸入一個任意整數(shù)：");scanf("%d",&num);printf("%d整數(shù)的十六進制形式是：0x%x，二進制形式是：",num);for(i=1;i<=16;i++){bit=((num&test)==0)?0:1;/*逐位判斷num的每一位是0還是1*/printf("%d",bit);test>>=1;/*將test右移1位*/}}第五節(jié)項目任務(wù)：利用結(jié)構(gòu)體類型改寫輸入輸出子模塊【項目案例】利用結(jié)構(gòu)體類型改寫輸入輸出子模塊分析：在本次項目任務(wù)中，我們將學生信息、成績等數(shù)據(jù)存儲在結(jié)構(gòu)體類型變量中，并對它們進行處理。#defineN30#include<stdio.h>structscore/*定義包含學生信息的結(jié)構(gòu)體類型