第9章 自訂資料型態 – 結構 9-1 結構資料型態 9-2 結構陣列 9-3 指標與結構 9-4 動態記憶體配置 9-5 聯合資料型態

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1 第9章 自訂資料型態 – 結構 9-1 結構資料型態 9-2 結構陣列 9-3 指標與結構 9-4 動態記憶體配置 9-5 聯合資料型態
9-6 列舉資料型態 9-7 建立新型態typedef 9-8 位元欄位 9-9 日期/時間函數的tm結構

2 9-1 結構資料型態 9-1-1 結構的基礎 9-1-2 宣告結構型態 9-1-3 巢狀結構 9-1-4 結構與函數

3 9-1-1 結構的基礎 「結構」（Structures）是C語言的延伸資料型態，它和聯合、列舉都屬於自定資料型態（User-Defined Types），可以讓程式設計者自行在程式碼定義新的資料型態。 結構是由一或多個不同資料型態（當然可以是相同資料型態）所組成的集合。 例如：圖形的點是由X軸和Y軸的座標(x, y)所組成，如下所示： struct point { int x; int y; };

4 9-1-2 宣告結構型態-語法 在C程式宣告結構是使用struct關鍵字定義新型態，其語法如下所示：
資料型態 變數1; 資料型態 變數2; …… }; 語法定義名為【結構名稱】的新資料型態，在結構中宣告的變數稱為該結構的「成員」（Members）。

5 9-1-2 宣告結構型態-範例 例如：宣告學生資料的結構student，如下所示：
struct student { int id; char name[20]; int math; int english; int computer; }; 結構是由學號id、學生姓名name、數學成績math、英文成績english和電腦成績computer的成員變數所組成。

6 9-1-2 宣告結構型態-結構變數 當宣告student結構後，它是一個自訂型態，在程式碼可以使用新型態宣告變數，其語法如下所示：
struct 結構名稱 變數名稱; 宣告使用struct關鍵字開頭加上結構名稱來宣告結構變數，以本節的範例為例，結構變數的宣告，如下所示： struct student std1; struct student std2 = {2, "江小魚", 45, 78, 66};

7 9-1-2 宣告結構型態-結構與成員變數的運算 在建立好結構變數後，就可以存取結構各成員變數的值，如下所示：
std1.id = 1; strcpy(std1.name, "陳會安"); std1.math = 78; std1.english = 65; std1.computer = 90; 上述程式碼使用「.」運算子存取結構的成員變數。ANSI-C語言支援結構變數的指定敘述，如下所示： struct student std3; std3 = std2;

8 9-1-3 巢狀結構-說明 「巢狀結構」（Nested Structures）是在宣告的結構中擁有其它結構，例如：student結構，成績資料可以獨立成測驗test結構，如下所示： struct student { int id; char name[20]; struct test score; }; struct test { int math; int english; int computer; };

9 9-1-3 巢狀結構-初值與存取 在宣告student結構變數時，指定結構的初值，如下所示：
struct student std2 = {2, "江小魚", {45, 78, 66}}; 在存取score結構變數時，需要先存取結構變數score，然後才能存取成員變數math、english和computer，如下所示： std1.score.math = 78; std1.score.english = 65; std1.score.computer = 90;

10 9-1-4 結構與函數 結構不只可以作為函數的參數，當然也可以用來作為函數的傳回值。
struct point { int x; int y; }; 接著建立函數指定點座標和計算位移，其函數的原型宣告，如下所示： struct point setXY(int , int); struct point offset(struct point, int);

11 9-2 結構陣列 「結構陣列」（Arrays of Structure）就是結構資料型態的陣列，例如：宣告test結構，如下所示：
struct test { int math; int english; int computer; }; test型態建立陣列，如下所示： #define NUM 3 struct test students[NUM];

12 9-3 指標與結構-說明 指標也可以指向結構，例如：宣告lable結構儲存員工的姓名和年齡，如下所示：
struct label { char name[20]; int age; }; 先宣告結構變數，然後才能建立指向結構的指標，如下所示： struct label worker; struct label *ptr;

13 9-3 指標與結構-存取 接著將結構指標指向結構，如下所示：
ptr = &worker; 結構指標ptr指向結構變數worker的位址，換個角度，使用指標存取結構的成員變數，如下： (*ptr).age = 50; 程式碼相當於是worker.age = 50;。在C語言提供另一種語法，結構指標可以直接使用「->」運算子存取結構的成員變數，如下所示： ptr->age = 50;

14 9-4 動態記憶體配置 9-4-1 配置記憶體malloc()函數 9-4-2 配置陣列的記憶體 9-4-3 配置結構的記憶體
9-4-4 釋放配置的記憶體free()函數

15 9-4 動態記憶體配置 動態記憶體配置不同於以前說明的靜態記憶體配置，它是在執行階段才向作業系統要求配置記憶空間，如此可以更加靈活運用記憶體空間。 在C語言的<stdlib.h>標頭檔的標準函式庫提供兩個函數：malloc()和free()，可以分別在執行時配置和釋放所需的記憶體空間。

16 9-4-1 配置記憶體malloc()函數-語法
如果需要配置size尺寸的記憶空間，函數傳回void通用型指標，需要加上型態迫換，將函數傳回的指標轉換成所需資料型態的指標，如下： fp = (資料型態*) malloc(sizeof(資料型態)); 程式碼使用sizeof運算子取得指定資料型態的大小。

17 9-4-1 配置記憶體malloc()函數-範例
配置一個浮點數變數的記憶空間，如下所示： fp = (float *) malloc(sizeof(float)); malloc()函數傳回一個浮點的記憶體指標且指定給指標fp。 如果記憶體空間不足，函數malloc()會傳回一個空指標NULL，程式需確定記憶體配置成功，傳回有效指標，如下所示： if ( fp != NULL ) { ……. }

18 9-4-2 配置陣列的記憶體 陣列是相同型態的變數集合，只需配置一整塊連續的記憶空間就可以當成陣列來使用。首先宣告一個陣列資料型態指標，如下所示： int *score; 整數指標可以用來指向整數陣列，接著呼叫malloc()函數配置所需的記憶體空間，如下所示： score = (int *) malloc(num * sizeof(int));

19 9-4-3 配置結構的記憶體 結構或結構陣列也可以使用動態記憶體配置來配置記憶體空間，如下所示：
struct test *students; students = (struct test *) malloc(num * sizeof(struct test));

20 9-4-4 釋放配置的記憶體free()函數-說明
malloc()函數向作業系統要求記憶體空間， 卻沒有在不用時釋回給作業系統，如果程 式將配置的記憶體空間歸還，這塊歸還後 的記憶體空間就可以在下次呼叫函數 malloc()時再重新配置，以便更有效率的 使用記憶體空間。 free()函數和malloc()函數的功能相反， 可以釋放配置的記憶體空間。

21 9-4-4 釋放配置的記憶體free()函數-使用
例如：指標fp是指向malloc()傳回的浮點數記憶空間的指標，然後就可以呼叫free()函數釋放此塊記憶體，如下所示： free(fp); 程式碼的指標fp以此例是float浮點數，它也可以是malloc()函數傳回的其它資料型態指標或結構指標。

22 9-5 聯合資料型態 9-5-1宣告聯合型態 9-5-2 結構中的聯合型態

23 9-5 聯合資料型態 在C語言宣告「聯合」（Unions）資料型態的方式類似結構，只不過結構可以同時存取各成員變數，聯合只能存取其中一個成員變數，以便同一塊記憶體儲存不同型態的資料。

24 9-5-1宣告聯合型態-語法 C語言結構的各成員變數是佔用前後相連的記憶空間，聯合的記憶空間是疊起來的，其大小是成員變數中最大的那一個資料型態。聯合使用union關鍵字進行宣告，其語法如下所示： union 聯合名稱 { 資料型態 變數1; 資料型態 變數2; …… }; 語法定義名為【聯合名稱】的新資料型態。

25 9-5-1宣告聯合型態-範例 宣告儲存數值資料的聯合number，如下所示：
union number { char c; short value; }; 聯合number是由字元c和短整數value組成，這個型態可以用來儲存字元或短整數資料。

26 9-5-1宣告聯合型態-宣告聯合變數 union如同結構也屬於一種自訂的新型態，在程式碼可以直接使用新型態宣告變數，其語法如下所示：
union number no;

27 9-5-1宣告聯合型態-存取成員變數 在建立好聯合變數後，就可以存取聯合的成員變數，如下所示： 程式碼使用「.」運算子存取聯合的成員變數。
no.value = num; 程式碼使用「.」運算子存取聯合的成員變數。 請注意！聯合變數的成員都佔用同一塊記憶體，當指定其中一個成員變數值，例如：no.value後，存取其它成員變數，不見得可以取得有意義的資料。

28 9-5-2 結構中的聯合型態 如同巢狀結構一般，在結構也可以使用聯合型態的成員變數，例如：宣告結構vehicle，如下所示：
struct vehicle { int weight; int utype; union vehicletype vtype; }; union vehicletype { struct { int doors; int tires; } car; int wingspan; char engines; } plane; };

29 9-6 列舉資料型態-語法 「列舉資料型態」（Enumerations）是使用符號名稱代表一組整數資料型態的值，如同常數使用名稱取代固定值，列舉是使用一組名稱來取代整數常數。列舉使用enum關鍵字進行宣告，其語法如下所示： enum 列舉名稱 { 成員名稱 , 成員名稱 = 常數值 , …… };

30 9-6 列舉資料型態-範例 宣告色彩名稱的列舉，如下所示：
enum color { White = 1, Red, Blue = 5, Green, Black = Green }; White使用指定敘述指定常數值1，Red沒有指定，預設是前一個常數值加1，即2，Blue指定成5，Green為5+1，即6，Black指定成Green，表示和Green擁有相同值6。

31 9-6 列舉資料型態-列舉變數 enum如同結構或聯合也屬於自訂的新型態，在程式碼可以直接使用新型態宣告變數，其語法如下所示：
enum color a, b, c, d, e;

32 9-7 建立新型態typedef 在宣告結構、聯合或列舉型態後，為了方便宣告，可以使用一個別名來取代此新型態，這個別名是新增的識別字，用來定義全新的資料型態，其語法如下所示： typedef 資料型態 識別字; 識別字代表資料型態，所以可以直接使用此識別字宣告變數，例如：本節程式範例的test結構，就可以使用typedef指令定義新識別字的型態和宣告變數，如下所示： typedef struct test score; score joe;

33 9-8 位元欄位-宣告 「位元欄位」（Bit-fields）可以存取變數的位元資料，資料不是以位元組為單位來存取，而是其中的每一個位元。位元欄位的宣告就是使用結構方式宣告，例如：宣告bitfields的位元欄位，如下所示： struct bitfields { unsigned int x : 1; unsigned int y : 1; unsigned int z : 2; };

34 9-8 位元欄位-變數宣告 位元欄位的變數宣告和存取方式和結構相同，也是使用「.」運算子，如下所示：
struct bitfields bits; printf("x= %x\n", bits.x); printf("y= %x\n", bits.y); 不過因為位元欄位宣告的位元變數並不能單獨進行運算，以此例因為只有4位元，並不能使用指定敘述指定其值。

35 9-9 日期/時間函數的tm結構-函數

36 9-9 日期/時間函數的tm結構-結構 tm結構的成員變數，如下所示： struct tm {
int tm_sec; /* 秒: 0-59 */ int tm_min; /* 分: 0-59 */ int tm_hour; /* 時: 0-23 */ int tm_mday; /* 日: 1-31 */ int tm_mon; /* 月: 0-11 */ int tm_year; /* 年: 從1900年起算 */ int tm_wday; /* 星期:從星期日起(0-6) */ int tm_yday; /* 天數:從1/1日起算: */ int tm_isdst; /* 是否是日光節約時間，1是, 0不是, -1不知 */ };