C++ 结构体

在 C++ 中,结构体(struct)指的是一种数据结构,是 C++ 中聚合数据类型(aggregate data type)的一类。结构体可以被声明为变量、指针或数组等,用以实现较复杂的数据结构。

结构体的意义

我们知道,C++ 中的数组可以存储多个相同类型的数据,但它无法存储不同类型的数据,比如:

int a[4];

a[0] = 1;
a[1] = 2;
a[2] = 3.14;     // 错误,类型不同
a[3] = "Hello";  // 错误,类型不同

如果我们要定义一本书的标题、作者、分类、出版时间、书号(ISBN),一般会怎么做呢?

char* title;
char* author;
char* category;
int isbn;

如果有很多书,那么可能会这样做:

char* title_1;
char* author_1;
char* category_1;
int isbn_1;

char* title_2;
char* author_2;
char* category_2;
int isbn_2;

变量个数 = 书本的数量 x 4,想象下有 100 本,那将有 400 个变量。当然了,还有优化的余地,比如说用数组:

char* title[100];
char* author[100];
char* category[100];

int isbn[100];

是不是感觉很别扭?填充的时候万一开了个小差,数据就全乱了,难道就不能这样子:

Book = {
    char* title;
    char* author;
    char* category;
    int   isbn;
}

把它们放在一起,然后取个名字 Book,然后在创建一个数组:

Book book[100];

没错,结构体(struct)就因此而诞生了!

结构体是 C++ 中另一种用户自定义的可用的数据类型,允许存储不同类型的数据项。我们可以理解为,结构体就是一些元素的集合,而这些元素称为结构体的成员(member),这些成员的类型可以相同,也可以不同,成员一般用名字访问。

定义结构体

C++ 提供了关键字 struct 用于定义一个结构体。语法格式如下:

struct type_name {
    fieldType1 filed1;
    fieldType2 filed2;
    fieldType3 filed3;
    ...
} object_names;

这里使用 struct 定义了一个结构体 type_name,该结构体有三个字段(成员),名分别为 filed1、filed2 和 filed3,它们的类型分别为 fieldType1、fieldType2 和 fieldType3。

结构体的定义需要注意以下几点:

  1. struct 关键字开头
  2. 然后是结构体的名字 type_name
  3. 紧接着用大括号把一些变量定义扩起来
  4. 大括号之后可以有选择性的定义一个该结构体的名字(object_names
  5. 最后的分号(;)是必须的

我们可以看到,因为分号的存在,所以这只是一个语句,我们姑且称之为 struct 语句吧。struct 语句定义了一个包含多个成员的新的复合数据类型。

下面我们就用 struct 语句来解决我们前面提出的定义一本书的问题:

struct Book {
    const char*  title;
    const char*  author;
    const char*  category;
    int          isbn;
};

现在,我们就可以使用 Book 类型来定义一个书的变量了!

定义结构体变量

定义一个结构体变量和定义一个基本类型的变量没什么太大区别,唯一不同是要加上 struct 关键字。

int age = 27;       // 定义一个基本类型 int 的变量 age
struct Book book1;  // 定义一个结构体 Book 的变量 book1

当然了,C++ 的设计者肯定也会想到了我们很懒,所以去掉 struct 关键字也是可以的!

Book book2;         // 定义一个结构体 Book 的变量 book2

另外,也可以在定义结构体 Book 的时候顺便定义变量,多个变量间用逗号(,)隔开。

struct Book {
    const char*  title;
    const char*  author;
    const char*  category;
    int          isbn;
} book1, book2;

访问结构成员

在 C++ 中,可以使用成员运算符(.->)来访结构体变量的成员。它们区别是,点(.)用于对象和成员之间的连接,而箭头(->)用于对象指针和成员之间的连接。

例如,要访问变量 book1 对象的 author 变量,可以使用 book1.author,假如 book2 是指针,则使用 book2->author。通过下面示例可以加深理解。

#include <iostream>
using namespace std;

// 定义一个结构体 Book,顺带定义一个 book1 实例和一个 book2 指针
struct Book {
    const char*  title;
    const char*  author;
    const char*  category;
    int          isbn;
} book1, *book2;

int main(void)
{
    book2 = &book1;

    book1.title    = "C++ 基础教程";
    book1.author   = "人人都懂物联网";
    book1.category = "IT 技术";
    book1.isbn     = 12345678;

    cout << "《" << book1.title << "》" << "的编号是: " << book1.isbn;
    cout << " , 放在书架 " << book1.category;
    cout << " , 作者是:"  << book1.author << endl;

    book2->title    = "C++ 高级教程";
    book2->author   = "GetIoT";
    book2->category = "物联网";
    book2->isbn     = 87654321;

    cout << "《" << book1.title << "》" << "的编号是: " << book1.isbn;
    cout << " , 放在书架 " << book1.category;
    cout << " , 作者是:"  << book1.author << endl;

    return 0;
}

编译和运行以上示例,输出结果如下:

《C++ 基础教程》的编号是: 12345678 , 放在书架 IT 技术 , 作者是:人人都懂物联网
《C++ 高级教程》的编号是: 87654321 , 放在书架 物联网 , 作者是:GetIoT

结构体作为函数参数

既然自定义的结构体也是一种数据类型,那么它当然也可以作为函数的参数。

示例:

#include <iostream>
using namespace std;

// 定义一个结构体 Book,顺带定义一个 book1 实例和一个 book2 指针
struct Book {
    const char*  title;
    const char*  author;
    const char*  category;
    int          isbn;
} book1, *book2;

// 定义一个函数用于打印结构体 Book 的信息
void show_book(struct Book &book)
{
    cout << "《" << book.title << "》" << "的编号是: " << book.isbn;
    cout << " , 放在书架 " << book.category;
    cout << " , 作者是:"  << book.author << endl;
}

int main(void)
{
    book2 = &book1;

    book1.title    = "C++ 基础教程";
    book1.author   = "人人都懂物联网";
    book1.category = "IT 技术";
    book1.isbn     = 12345678;

    show_book(book1);

    book2->title    = "C++ 高级教程";
    book2->author   = "GetIoT";
    book2->category = "物联网";
    book2->isbn     = 87654321;

    show_book(book1);

    return 0;
}

编译和运行以上示例,输出结果如下:

《C++ 基础教程》的编号是: 12345678 , 放在书架 IT 技术 , 作者是:人人都懂物联网
《C++ 高级教程》的编号是: 87654321 , 放在书架 物联网 , 作者是:GetIoT

指向结构体的指针

前面示例中的 book2 其实就是结构体指针,在 C++ 中,结构体指针的定义与使用和基本数据类型的指针类似。例如:

struct Book *ptr_book;

这样,我们就可以在 ptr_book 中存储结构体 Book 变量的地址了。而获取结构体变量的地址也是使用 & 取址符。

ptr_book = &book1;

当然,访问结构体指针中的成员变量时,就不能再用点符号(.)了,必须使用箭头(->)代替。

ptr_book->title;

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