c语言的作用域、变量与结构体

一、变量的作用域

根据变量的作用域，可以分为：

1.局部变量：

1> 定义：在函数（代码块）内部定义的变量(包括函数的形参)

2> 作用域：局部变量只有在定义它的函数内部使用，其它函数不能使用它。从定义变量的那一行开始，一直到代码块结束

3> 生命周期：从定义变量的那一行开始分配存储空间，代码块结束后，就会被回收

4> 没有固定的初始值

2.全局变量

1> 定义：在函数外面定义的变量

2> 作用域：从定义变量的那一行开始，一直到文件结尾(能被后面的所有函数共享)

3> 生命周期：程序一启动就会分配存储空间，程序退出时才会被销毁

4> 默认的初始值就是0

1 int a;
2  
3  int main ()
4  {
5      int b;
6      return 0;
7  }

第1行的变量a是全局变量，第7行的变量b是局部变量。

 1 // 全局变量：a、b、c
 2 // 局部变量：v1、v2、e、f
 3 
 4 #include <stdio.h>
 5 // 变量a的初值是10
 6 int a = 10;
 7 
 8 // 变量b的初值是0
 9 // 变量c的初值是20
10 int b , c = 20;
11 
12 int sum(int v1, int v2)
13 {
14     return v1 + v2;
15 }
16 
17 void test()
18 {
19     b++;
20     
21     int i = 0;
22     i++;
23     
24     printf("b=%d, i=%d
", b, i);
25 }
26 
27 int main()
28 {
29     test();
30     test();
31     test();
32     
33     int e = 10;
34     
35     {
36         {
37             int f = 30;
38         }
39     }
40     
41     return 0;
42 }

二、变量的存储类型

* 变量的存储类型就是指变量存储在什么地方。有3个地方可以用于存储变量：普通内存、运行时堆栈、硬件寄存器。变量的存储类型决定了变量何时创建、何时销毁以及它的值能保持多久，也就是决定了变量的生命周期。

* C语言根据变量的存储类型的不同，可以把变量分为：自动变量、静态变量、寄存器变量。

1.自动变量

1> 定义：自动变量是存储在堆栈中的。

2> 哪些是自动变量：被关键字auto修饰的局部变量都是自动变量，但是极少使用这个关键字，基本上是废的，因为所有的局部变量在默认情况下都是自动变量。

2.静态变量

1> 定义：静态变量是存储在静态内存中的，也就是不属于堆栈。

2> 哪些是静态变量：

所有的全局变量都是静态变量
被关键字static修饰的局部变量也是静态变量

3> 生命周期：静态变量在程序运行之前创建，在程序的整个运行期间始终存在，直到程序结束。

3.寄存器变量

1> 定义：存储在硬件寄存器中的变量，称为寄存器变量。寄存器变量比存储在内存中的变量访问效率更高(默认情况下，自动变量和静态变量都是放在内存中的)

2> 哪些变量是寄存器变量：

被关键字register修饰的自动变量都是寄存器变量
只有自动变量才可以是寄存器变量，全局变量和静态局部变量不行
寄存器变量只限于int、char和指针类型变量使用

3> 生命周期：因为寄存器变量本身就是自动变量，所以函数中的寄存器变量在调用该函数时占用寄存器中存放的值，当函数结束时释放寄存器，变量消失。

1  int main() {
2      register int a;
3      return 0;
4 }

第2行的变量a是个寄存器变量。

4> 使用注意：

由于计算机中寄存器数目有限，不能使用太多的寄存器变量。如果寄存器使用饱和时，程序将寄存器变量自动转换为自动变量处理
为了提高运算速度，一般会将一些频繁使用的自动变量定义为寄存器变量，这样程序尽可能地为它分配寄存器存放，而不用内存

3> 生命周期：静态变量在程序运行之前创建，在程序的整个运行期间始终存在，直到程序结束。

 1 #include <stdio.h>
 2  
 3  int a;
 4  
 5  void test() {
 6      static int b = 0;
 7      b++;
 8      
 9      int c = 0;
10      c++;
11      
12      printf("b=%d, c=%d 
", b, c);
13  }
14  
15  int main() {
16      int i;
17      // 连续调用3次test函数
18      for (i = 0; i<3; i++) {
19          test();
20      }
21      
22      return 0;
23  }

* 第3行的变量a、第6行的变量b都是静态变量，第9行的变量c、第16行的变量i是自动变量。

* 因为第6行的变量b是静态变量，所以它只会被创建一次，而且生命周期会延续到程序结束。因为它只会创建一次，所以第6行代码只会执行一次，下次再调用test函数时，变量b的值不会被重新初始化为0。

* 注意：虽然第6行的变量b是静态变量，但是只改变了它的存储类型(即生命周期)，并没有改变它的作用域，变量b还是只能在test函数内部使用。

* 我们在main函数中重复调用test函数3次，输出结果为：

一、什么是结构体

* 当一个整体由多个数据构成时，我们可以用数组来表示这个整体，但是数组有个特点：内部的每一个元素都必须是相同类型的数据。

* 在实际应用中，我们通常需要由不同类型的数据来构成一个整体，比如学生这个整体可以由姓名、年龄、身高等数据构成，这些数据都具有不同的类型，姓名可以是字符串类型，年龄可以是整型，身高可以是浮点型。

* 结构体允许内部的元素是不同类型的。

二、结构体的定义

1.定义形式

结构体内部的元素，也就是组成成分，我们一般称为"成员"。

结构体的一般定义形式为：

 1 struct　结构体名{
 2      
 3      类型名1　成员名1;
 4      
 5      类型名2　成员名2;
 6      
 7      ……
 8      
 9      类型名n　成员名n;　　　
10      
11  };

例如

struct Date
    {
        int year;
        int month;
        int day;
    };

struct是关键字，是结构体类型的标志。

2.举例

比如，我们定义一个学生

1 struct Student {
2     char *name; // 姓名
3     int age; // 年龄
4     float height; // 身高
5 };

上面定义了一个叫做Student的结构体，共有name、age、height3个成员。

三、结构体变量的定义

前面只是定义了名字为Student的结构体类型，并非定义了一个结构体变量，就像int一样，只是一种类型。

接下来定义一个结构体变量，方式有好多种。

1.先定义结构体类型，再定义变量

1 1 struct Student {
2 2     char *name;
3 3     int age;
4 4 };
5 5 
6 6 struct Student stu;
7



第6行定义了一个结构体变量，变量名为stu。struct和Student是连着使用的。

2.定义结构体类型的同时定义变量

1 struct Student {
2 
3     char *name;
4     int age;
5 } stu;

结构体变量名为stu

3.直接定义结构体类型变量，省略类型名

1 struct {
2 
3     char *name;
4     int age;
5 } stu;

结构体变量名为stu

 1 /*
 2  数组：只能由多个相同类型的数据构成
 3  
 4  结构体：可以由多个不同类型的数据构成
 5  */
 6 #include <stdio.h>
 7 
 8 int main()
 9 {
10     //int ages[3] = {[2] = 10, 11, 27};
11     
12     
13     //int ages[3] = {10, 11, 29};
14     
15     // 1.定义结构体类型
16     struct Person
17     { // 里面的3个变量，可以称为是结构体的成员或者属性
18         int age; // 年龄
19         double height; // 身高
20         char *name; // 姓名
21     };
22     
23     // 2.根据结构体类型，定义结构体变量
24     struct Person p = {20, 1.55, "jack"};
25     p.age = 30;
26     p.name = "rose";
27     
28     printf("age=%d, name=%s, height=%f
", p.age, p.name, p.height);
29     
30     /* 错误写法
31     struct Person p2;
32     p2 = {30, 1.67, "jake"};
33     */
34     
35     struct Person p2 = {.height = 1.78, .name="jim", .age=30};
36     //p2.age = 25;
37     
38     return 0;
39 }

四、结构体的注意点

1.不允许对结构体本身递归定义

如下做法是错误的，注意第3行

1  struct Student {
2      int age;
3      struct Student stu;
4  };

2.结构体内可以包含别的结构体

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 int main()
 4 {
 5     struct Date
 6     {
 7         int year;
 8         int month;
 9         int day;
10     };
11     
12     
13     // 类型
14     struct Student
15     {
16         int no; // 学号
17         
18         struct Date birthday; // 生日
19         
20         struct Date ruxueDate; // 入学日期
21         
22         // 这种写法是错误的
23         //struct Student stu;
24     };
25     
26     
27     struct Student stu = {1, {2000, 9, 10}, {2012, 9, 10}};
28     
29     printf("year=%d,month=%d,day=%d
", stu.birthday.year, stu.birthday.month, stu.birthday.day);
30     
31     printf("year=%d,month=%d,day=%d
", stu.ruxueDate.year, stu.ruxueDate.month, stu.ruxueDate.day);
32     
33 
34     
35     
36     
37     return 0;
38 }

3.定义结构体类型，只是说明了该类型的组成情况，并没有给它分配存储空间，就像系统不为int类型本身分配空间一样。只有当定义属于结构体类型的变量时，系统才会分配存储空间给该变量

1  struct Student {
2      char *name;
3      int age;
4  };
5  
6  struct Student stu;


第1~4行并没有分配存储空间，当执行到第6行时，系统才会分配存储空间给stu变量。

4.结构体变量占用的内存空间是其成员所占内存之和，而且各成员在内存中按定义的顺序依次排列

比如下面的Student结构体：

1  struct Student {
2      char *name; // 姓名
3      int age; // 年龄
4      float height; // 身高
5  };


在16位编译器环境下，一个Student变量共占用内存：2 + 2 + 4 = 8字节。

5.结构体类型不能重复定义

 1 struct Student
 2      {
 3      int age;
 4      };
 5      
 6      struct Student
 7      {
 8      double height;
 9      };
10      
11      struct Student stu;
12

五、结构体的初始化

将各成员的初值，按顺序地放在一对大括号{}中，并用逗号分隔，一一对应赋值。

比如初始化Student结构体变量stu

1 struct Student {
2      char *name;
3      int age;
4  };
5  
6  struct Student stu = {"xiaomeng", 27};
7

只能在定义变量的同时进行初始化赋值，初始化赋值和变量的定义不能分开，下面的做法是错误的：

struct Student stu;
stu = {"MJ", 27};

六、结构体的使用

1.一般对结构体变量的操作是以成员为单位进行的，引用的一般形式为：结构体变量名.成员名

1  struct Student {
2      char *name;
3     int age;
4  };
5 struct Student stu;
6  
7 // 访问stu的age成员
8  stu.age = 27;
9

第8行对结构体的age成员进行了赋值。"."称为成员运算符，它在所有运算符中优先级最高

2.如果某个成员也是结构体变量，可以连续使用成员运算符"."访问最低一级成员

 1   struct Date {
 2        int year;
 3        int month;
 4        int day;
 5   };
 6  
 7  struct Student {
 8       char *name;
 9       struct Date birthday;
10  };
11  
12  struct Student stu;
13  
14  stu.birthday.year = 1986;
15  stu.birthday.month = 9;
16  stu.birthday.day = 10;


注意第14行以后的代码

3.相同类型的结构体变量之间可以进行整体赋值

 1   struct Student {
 2       char *name;
 3       int age;
 4   };
 5   
 6   struct Student stu1 = {"MJ", 27};
 7   
 8   // 将stu1直接赋值给stu2
 9   struct Student stu2 = stu1;
10  
11  printf("age is %d", stu2.age);

注意第9行。输出结果为：

补齐算法

 1 #include <stdio.h>
 2 int main()
 3 {
 4     struct Student
 5     {//补齐算法
 6         int age;// 4个字节
 7         
 8         char a;  //1个字节
 9         
10         //char *name; // 8个字节
11     };
12     
13     struct Student stu;
14     //stu.age = 20;
15     //stu.name = "jack";
16     // 补齐算法（对齐算法）
17     // 结构体所占用的存储空间 必须是 最大成员字节数的倍数
18     
19     int s = sizeof(stu);
20     printf("%d
", s);
21     
22     return 0;
23 }

七、结构体数组

1.定义

跟结构体变量一样，结构体数组也有3种定义方式

struct Student {
    char *name;
    int age;
};
struct Student stu[5]; //定义1

struct Student {
    char *name;
    int age;
} stu[5]; //定义2

struct {
    char *name;
    int age;
} stu[5]; //定义3

上面3种方式，都是定义了一个变量名为stu的结构体数组，数组元素个数是5

2.初始化

struct {
    char *name;
    int age;
} stu[2] = { {"MJ", 27}, {"JJ", 30} };

也可以用数组下标访问每一个结构体元素，跟普通数组的用法是一样的

举例

 1 #include <stdio.h>
 2 int main()
 3 {
 4     struct RankRecord
 5     {
 6         int no; // 序号  4
 7         char *name; // 名称 8
 8         int score; // 积分 4
 9     };
10     
11     //int ages[3] = {10, 19, 29};
12     
13     //int ages[3];
14     // 对齐算法
15     // 能存放3个结构体变量，每个结构体变量占16个字节
16     // 72
17         struct RankRecord records[3] =
18     {
19         {1, "jack", 5000},
20         
21         {2, "jim", 500},
22         
23         {3, "jake",300}
24     };
25     
26     records[0].no = 4;
27     // 错误写法
28     //records[0] = {4, "rose", 9000};
29     
30     for (int i = 0; i<3; i++)
31     {
32         printf("%d	%s	%d
", records[i].no, records[i].name, records[i].score);
33     }
34     
35 
36     //printf("%d
", sizeof(records));
37     
38     
39     return 0;
40 }

八、结构体作为函数参数

将结构体变量作为函数参数进行传递时，其实传递的是全部成员的值，也就是将实参中成员的值一一赋值给对应的形参成员。因此，形参的改变不会影响到实参。

 1 #include <stdio.h>
 2  
 3  // 定义一个结构体
 4  struct Student {
 5      int age;
 6  };
 7  
 8  void test(struct Student stu) {
 9      printf("修改前的形参：%d 
", stu.age);
10      // 修改实参中的age
11      stu.age = 10;
12      
13      printf("修改后的形参：%d 
", stu.age);
14  }
15  
16  int main(int argc, const char * argv[]) {
17      
18      struct Student stu = {30};
19      printf("修改前的实参：%d 
", stu.age);
20      
21      // 调用test函数
22      test(stu);
23      
24      
25      printf("修改后的实参：%d 
", stu.age);
26      return 0;
27  }

* 首先在第4行定义了一个结构体类型Student

* 在第18行定义了一个结构体变量stu，并在第22行将其作为实参传入到test函数

输出结果为：，形参是改变了，但是实参一直没有变过

九、指向结构体的指针

* 每个结构体变量都有自己的存储空间和地址，因此指针也可以指向结构体变量

* 结构体指针变量的定义形式：struct 结构体名称 *指针变量名

* 有了指向结构体的指针，那么就有3种访问结构体成员的方式

结构体变量名.成员名
(*指针变量名).成员名
指针变量名->成员名

 1 #include <stdio.h>
 2 int main()
 3 {
 4     struct Student
 5     {
 6         int no;
 7         int age;
 8     };
 9     // 结构体变量
10     struct Student stu = {1, 20};
11     
12     // 指针变量p将来指向struct Student类型的数据
13     struct Student *p;
14     
15     // 指针变量p指向了stu变量
16     p = &stu;
17     
18     p->age = 30;
19     
20     // 第一种方式
21     printf("age=%d, no=%d
", stu.age, stu.no);
22     
23     // 第二种方式
24     printf("age=%d, no=%d
", (*p).age, (*p).no);
25     
26     // 第三种方式
27     printf("age=%d, no=%d
", p->age, p->no);
28     
29     return 0;
30 }

输出结果：age=30, no=1

　　　　　 age=30, no=1