一文讲解C语言结构

结构 structure 是C语言中两种聚合数据类型 aggregate data type 之一，是一些值的集合，这些值称为它的成员 member，各个成员可能具有不同的类型，它们通过名字来访问。

结构变量属于标量类型，可以出现在普通标量变量可以出现的任何场合。结构也可以作为传递给函数的参数，它们也可以作为返回值从函数返回，相同类型的结构变量相互之间可以赋值。你可以声明指向结构的指针，取一个结构变量的地址，也可以声明结构数组。

结构声明

在声明结构时，必须列出它包含的所有成员。这个列表包括每个成员的类型和名字。

struct tag {
    member;
    member;
    ...
} variable-list;

struct：关键字，用于引入结构声明。结构声明由包含在花括号内的一系列声明组成。
tag：结构标记，用于为结构命名。
member：结构中定义的变量称为结构成员。
variable-list：结构体上声明的结构变量。

如下所示，定义一个 People 结构。

struct People {
    char *name;
    int id;
    int age;
    char *work;
};

如上所示，People 为结构体标记，包含 4 个成员。当结构定义完成后，需如下方式来声明结构变量。

struct People p1;
struct People *p2, p3[10];

还可以在定义结构时，就声明结构变量，如下所示。

struct People {
    char *name;
    int id;
    int age;
    char *work;
} p1, *p2, p3[10];

除此之外，声明结构可以用 typedef 创建一种新的类型，如下所示。

typedef struct {
    char *name;
    int id;
    int age;
    char *work;
} People;

这种声明后的结构，要想初始化时，需要向下面这样：

People p1;
People *p2, p3[10];

在声明变量时，还可以将标签省略，如下所示。

struct {
    char *name;
    int id;
    int age;
    char *work;
} p1, *p2, p3[10];

这种方式声明了变量 p1、指针p2 和数组 p3，但后面不可能在定义结构变量了。看一下下面的结构声明。

struct {
    char *name;
    int id;
    int age;
    char *work;
} p1;

struct {
    char *name;
    int id;
    int age;
    char *work;
} *p2, p3[10];

以上两个声明的成员列表完全相同，但会被编译器当作两种截然不同的类型，因此变量 p2 和 p3 的类型与 p1 的类型不同，因此 p2 = &p1 是非法的。

自引用

当想在一个结构内部包含一个结构本身的成员时，这种自引用是非法的。

struct People {
    ...
    struct People people;
    ...
};

如上所示，这种方式会报 error: field 'people' has incomplete type 错误，因为成员 people 是另一个完整的结构，其内部还将包含另一个完整结构的成员 people，如此永无止境的循环下去。但是可以像下面声明那样是合法的。

struct People {
    ...
    struct People *people;
    ...
};

这种声明和前面的声明的区别是 people 现在是一个指针而不是一个结构。编译器在结构的长度确定之前就已经知道指针的长度，所以这种类型的自引用是合法的，它事实上所指向的是同一种类型的不同结构。

使用 typedef 方式创建的结构，使用指针方式自引用会失败，因为类型名直到声明的末尾才定义，所以在结构声明的内部尚未定义。

typedef struct {
    ...
    People *people;
} People;

上述代码会报 error: unknown type name 'People' 错误，解决方案是定义一个结构标签来声明 people。

typedef struct PTag {
    ...
    struct PTag *people;
} People;

不完整的声明

当声明相互之间存在依赖的结构时，可以和自引用一样，每个结构都引用其它结构的标签，但是哪个结构先声明呢？解决方案是使用不完整声明 incomplete declaration，它声明一个作为结构标签的标识符。然后把这个标签用在不需要知道这个结构的长度的声明中，如声明指向这个结构的指针。

struct RefB;

struct RefA {
    struct RefB *b;
    ...
};

struct RefB {
    struct RefA *a;
    ...
};

访问结构成员

定义结构时，在结构外部声明的任何变量都可以作为结构的成员，如标量、数组、指针甚至是其他结构，如下所示。

struct Work {
    char *position;
    char *company;
};

struct People {
    char *name;
    int id;
    int age;
    char *address[50];
    struct Work work;
    struct Work works[10];
};

直接访问

结构变量的成员可以通过 . 直接访问，如下所示。

struct People p1;
p1.address;

可以通过 . 操作符直接访问 address 这个结构成员，Work 结构也可以使用 . 操作符访问 work 结构成员。

p1.work.position;

. 操作符也可以访问 work 结构变量中的成员。当使用 . 操作符也可以访问结构数组中的成员。

p1.works[5].position;

间接访问

当结构声明为一个指针时，可以使用间接访问操作，获得这个结构，在使用 . 操作符来访问它的成员，如下所示。

struct People *p1;
(*p1).address;

对指针执行间接访问将访问结构，然后点操作符访问一个成员。除了上述方式，C 语言也提供了 -> 操作符来访问，如下所示。

p1->work;
p1->work.company;

结构初始化

结构初始化是位于一对花括号内部，通过逗号分隔初始值，按顺序与结构成员一一对应。如果初始列表的值不够，剩余结构成员将使用缺省值进行初始化。

struct People {
    char *name;
    int id;
    int age;
    char *work;
};
struct People p1 = {"Ming", 20111114, 23, "engineer"};

结构初始化列表也可以嵌套于结构的初始值列表内部。

struct People {
    char *name;
    int id;
    int age;
    char *work;
} p1 = {
    "Ming", 
    20111114, 
    23, 
    "engineer"
};

作为函数参数

函数的参数把值传递给函数，也可以作为返回值从函数返回，值可以是标量、数组或指针。结构也可以作为参数传递给函数。

结构可以作为变量进行参数传递，如下所示。

void print(struct People p) {
    printf("name=%s, id=%d, age=%d, work=%sn", p.name, p.id, p.age, p.work);
}

int main() {
    struct People p1 = {"Ming", 20111114, 23, "engineer"};
    print(p1);
}
// name=Ming, id=20111114, age=23, work=engineer

也可以作为结构指针进行参数传递。

void print(struct People *p) {
    printf("name=%s, id=%d, age=%d, work=%sn", p->name, p->id, p->age, p->work);
}
int main() {
    struct People p1 = {"Ming", 20111114, 23, "engineer"};
    print(&p1);
}
// name=Ming, id=20111114, age=23, work=engineer