C語言-struct、union、enum

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這篇是講關於C語言的自訂型態

struct

定義與使用

如果要使用多種資料型態做運算而且資料間又有關係

可以使用struct來包裝不同型態的資料

struct通常用來定義儲存檔案的紀錄，或者各種資料結構

struct宣告語法如下：

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struct 結構名稱{
    資料型態 變數名稱;
};

例如你可以這樣定義一個員工的資料，別忘了在最後加上分號’;’

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struct Employee{
    char name[30]; // 名字
    int age; //年齡
    char gender; // 性別，'M' or 'F'
    double salary; // 薪水
};

struct Employee employee; // 宣告變數employee，記得前面要加struct

接下來就是初始化變數了，你可以這樣初始化變數

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struct Employee employee = {"gundam",20,'M',81000};

如果想指定其中一個變數，在變數後面加上小數點再接上成員名稱就可以了，例如

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employee.age = 30;

struct可以直接透過指定運算子’=’來指定，以下是範例程式

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#include <stdio.h>

struct Employee{
    char name[30]; // 名字
    int age; //年齡
    char gender; // 性別，'M' or 'F'
    double salary; // 薪水
}; 

int main(void) {
    
    struct Employee employee1 = {"gundam",20,'M',81000}; 
    struct Employee employee2 = {"提摩",40,'M',66000};
    
    printf("name\t%s\n",employee1.name);
    printf("age\t%d\n",employee1.age);
    printf("gender\t%c\n",employee1.gender);
    printf("salary\t%.2f\n",employee1.salary);
    
    puts("");
    
    strcpy(employee1.name, "GGininder");
    employee1.age = 30;
    employee1.salary = 22000.0;
    
    printf("name\t%s\n",employee1.name);
    printf("age\t%d\n",employee1.age);
    printf("gender\t%c\n",employee1.gender);
    printf("salary\t%.2f\n",employee1.salary);
    
    puts("");
    
    employee1 = employee2;
    
    printf("name\t%s\n",employee1.name);
    printf("age\t%d\n",employee1.age);
    printf("gender\t%c\n",employee1.gender);
    printf("salary\t%.2f\n",employee1.salary);
    
    return 0;
    
}

執行結果

name    gundam
age     20
gender  M
salary  81000.00

name    GGininder
age     30
gender  M
salary  22000.00

name    提摩
age     40
gender  M
salary  66000.00

struct是不能用==跟!=來判斷是否相等的

因為struct的成員變數在記憶體空間裡面有可能是不連續的

struct與指標

struct是不能含有自己的，但是可以包含指標，例如

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struct Employee{
    char name[30]; // 名字
    int age; //年齡
    char gender; // 性別，'M' or 'F'
    double salary; // 薪水
    struct Employee *ptr; // 指標
};

這樣含有指標的struct稱為自我參考，這在後期的資料結構會提到

在使用指標的時候，C語言提供結構指標運算子’->’來存取成員變數

結構指標運算子’->’跟’(*指標).成員變數’是相等的，只是’->’比較方便使用

以下是範例程式

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#include <stdio.h>

struct Employee{
    char name[30]; // 名字
    int age; //年齡
    char gender; // 性別，'M' or 'F'
    double salary; // 薪水
}; 

void initEmployee(struct Employee*,char[],int,char,double);

int main(void) {
    
    struct Employee employee;
    
    initEmployee(&employee,"gundam",20,'M',81000); 
    
    printf("name\t%s\n",employee.name);
    printf("age\t%d\n",employee.age);
    printf("gender\t%c\n",employee.gender);
    printf("salary\t%.2f\n",employee.salary);
    
    return 0;
    
}

void initEmployee(struct Employee *employee,char name[],int age,char gender,double salary){
    strcpy(employee->name, name);
    employee->age = age;
    employee->gender = gender;
    employee->salary = salary;
    
}

執行結果

name    gundam
age     20
gender  M
salary  81000.00

typedef

typedef保留字可以為資料型態建立別名，例如

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typedef unsigned uint;

之後uint就會被當作unsigned來看待

所以以下語法可以讓我們用更簡單的語法宣告變數

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typedef struct Employee Emp;

Emp employee;

這樣前面就可以不用加上struct了，程式的可讀性也可以提升

你也可以省略struct標籤直接寫別名

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typedef struct{
    char name[30]; // 名字
    int age; //年齡
    char gender; // 性別，'M' or 'F'
    double salary; // 薪水
    struct Employee *ptr; // 指標
}Emp;

而特別要注意的是函數指標的別名，例如

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typedef int (*CMP)(int,int);

這樣是宣告一個別名叫CMP，型態是回傳值為int，參數列為(int,int)的函數指標

位元欄位

位元欄位(Bit fields)使用時機在於記憶體空間跟配合硬體實作

位元欄位的宣告方式是在unsigned或int的成員後面加上冒號’:’以及欄位寬度

宣告語法如下：

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struct File {
    unsigned int modified : 1; // 使用1位元
    unsigned int mode : 2;  // 使用2位元
    unsigned int owner : 3; // 使用3位元
    unsigned int group : 3; // 使用3位元
};

以下是範例程式

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#include <stdio.h>

struct File {
    unsigned int modified : 1; // 使用1位元
    unsigned int mode : 2;  // 使用2位元
    unsigned int owner : 3; // 使用3位元
    unsigned int group : 3; // 使用3位元
};

void initFile(struct File*,int,int,int,int);

int main(void) {
    
    struct File file;
    
    initFile(&file,0,0,7,7); 
    
    printf("modified\t%d\n",file.modified);
    printf("mode\t\t%d\n",file.mode);
    printf("owner\t\t%d\n",file.owner);
    printf("group\t\t%d\n",file.group);

    puts("");	
    
    initFile(&file,0,0,7,8); 

    printf("modified\t%d\n",file.modified);
    printf("mode\t\t%d\n",file.mode);
    printf("owner\t\t%d\n",file.owner);
    printf("group\t\t%d\n",file.group); // overflow惹www 
    
    return 0;
    
}

void initFile(struct File* file,int modified,int mode,int owner,int group){
    file->modified = modified;
    file->mode = mode;
    file->owner = owner;
    file->group = group;
}

執行結果

modified        0
mode            0
owner           7
group           7

modified        0
mode            0
owner           7
group           0

union

union跟struct一樣，都是產生一種新的資料型態，只是不同的是

struct是每個成員變數都配置一段空間，union則是共用一段記憶體空間

union所需的記憶體空間大小由最大的成員變數覺得，例如以下union的大小為8位元組

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union var{
    char ch;
    int num1;
    double num2;
};

union能執行的操作跟struct一樣

例如指定、取址、使用結構成員運算子’.’跟使用結構指標運算子’->’

以下是union的範例程式

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#include <stdio.h>

union Var{ 
    char ch;
    int num1;
    double num2;
}; 

int main(void) {
    
    union Var var = {'x'}; // 初始化只能指定第一個成員
    // union Var var = {123}; 這句是不行的
    
    printf("var.ch = %c\n",var.ch); 
    printf("var.num1 = %d\n",var.num1); // 內容是無效的 
    printf("var.num2 = %.3f\n\n",var.num2); // 內容是無效的 
    
    var.num1 = 123;
    
    printf("var.ch = %c\n",var.ch); // 內容是無效的 
    printf("var.num1 = %d\n",var.num1);
    printf("var.num2 = %.3f\n\n",var.num2); // 內容是無效的
    
    var.num2 = 456.789;
    
    printf("var.ch = %c\n",var.ch); // 內容是無效的 
    printf("var.num1 = %d\n",var.num1); // 內容是無效的
    printf("var.num2 = %.3f\n\n",var.num2);
    
    return 0;
    
}

執行結果

var.ch = x
var.num1 = 120
var.num2 = 0.000

var.ch = {
var.num1 = 123
var.num2 = 0.000

var.ch = ?
var.num1 = -1099511628
var.num2 = 456.789

enum

C語言提供最後一種自定型態為enum，是一組由識別字所代表的整數常數

除非特別指定，不然都是由0開始，接下來遞增1，例如以下語法：

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enum week{Sunday,Monday,Tuesday,Wednesday,Thursday,Friday,Saturday};

以上從Sunday開始，各個識別字被依序設定為0到6，你也可以指定數值

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enum week{Monday=1,Tuesday,Wednesday,Thursday,Friday,Saturday,Sunday};

這樣數字就會被指定1到7，以下是enum的範例程式

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#include <stdio.h>

enum week{Monday=1,Tuesday,Wednesday,Thursday,Friday,Saturday,Sunday};

int main(void) {
    
    enum week w;
    
    const char *day_name[] = {
        "","Monday","Tuesday","Wednesday",
        "Thursday","Friday","Saturday","Sunday" 
    };
    
    for(w=Monday; w <= Sunday; w++)
        printf("%s\n",day_name[w]);
    
    return 0;
    
}

執行結果

Monday
Tuesday
Wednesday
Thursday
Friday
Saturday
Sunday

參考

  1. C語言
  2. struct 簡介
  3. 結構與指標
  4. 位元欄位
  5. enum
  6. union