C语言：结构体数组

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;
}

输出结果：

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3x2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;
}