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

 int a;

  int main ()
  {
      int b;
      return ;
  }

第1行的变量a是全局变量，第7行的变量b是局部变量。

 // 全局变量：a、b、c
 // 局部变量：v1、v2、e、f

 #include <stdio.h>
 // 变量a的初值是10
 int a = ;

 // 变量b的初值是0
 // 变量c的初值是20
 int b , c = ;

 int sum(int v1, int v2)
 {
     return v1 + v2;
 }

 void test()
 {
     b++;

     int i = ;
     i++;

     printf("b=%d, i=%d\n", b, i);
 }

 int main()
 {
     test();
     test();
     test();

     int e = ;

     {
         {
             int f = ;
         }
     }

     return ;
 }

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。

  int main() {
      register int a;
      return ;
 }

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。

 #include <stdio.h>

  int a;

  void test() {
      static int b = ;
      b++;

      int c = ;
      c++;

      printf("b=%d, c=%d \n", b, c);
  }

  int main() {
      int i;
      // 连续调用3次test函数
      for (i = ; i<; i++) {
          test();
      }

      return ;
  }

* 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：

 struct　结构体名{

      类型名1　成员名1;

      类型名2　成员名2;

      ……

      类型名n　成员名n;　　　

  };

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

 struct Student {
     char *name; // 姓名
     int age; // 年龄
     float height; // 身高
 };

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

  struct Student {
      char *name;
      int age;
  };

  struct Student stu;
  

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

 struct Student {

     char *name;
     int age;
 } 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

 struct {

     char *name;
     int age;
 } stu;

结构体变量名为stu

 /*
  数组：只能由多个相同类型的数据构成

  结构体：可以由多个不同类型的数据构成
  */
 #include <stdio.h>

 int main()
 {
     //int ages[3] = {[2] = 10, 11, 27};

     //int ages[3] = {10, 11, 29};

     // 1.定义结构体类型
     struct Person
     { // 里面的3个变量，可以称为是结构体的成员或者属性
         int age; // 年龄
         double height; // 身高
         char *name; // 姓名
     };

     // 2.根据结构体类型，定义结构体变量
     struct Person p = {, 1.55, "jack"};
     p.age = ;
     p.name = "rose";

     printf("age=%d, name=%s, height=%f\n", p.age, p.name, p.height);

     /* 错误写法
     struct Person p2;
     p2 = {30, 1.67, "jake"};
     */

     struct Person p2 = {.height = 1.78, .name="jim", .age=};
     //p2.age = 25;

     return ;
 }

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

  struct Student {
      int age;
      struct Student stu;
  };

2.结构体内可以包含别的结构体

 #include <stdio.h>

 int main()
 {
     struct Date
     {
         int year;
         int month;
         int day;
     };

     // 类型
     struct Student
     {
         int no; // 学号

         struct Date birthday; // 生日

         struct Date ruxueDate; // 入学日期

         // 这种写法是错误的
         //struct Student stu;
     };

     struct Student stu = {, {, , }, {, , }};

     printf("year=%d,month=%d,day=%d\n", stu.birthday.year, stu.birthday.month, stu.birthday.day);

     printf("year=%d,month=%d,day=%d\n", stu.ruxueDate.year, stu.ruxueDate.month, stu.ruxueDate.day);

     return ;
 }

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

  struct Student {
      char *name;
      int age;
  };

  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：

  struct Student {
      char *name; // 姓名
      int age; // 年龄
      float height; // 身高
  };

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

 struct Student
      {
      int age;
      };

      struct Student
      {
      double height;
      };

      struct Student stu;
      

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

 struct Student {
      char *name;
      int age;
  };

  struct Student stu = {"xiaomeng", };
  

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

  struct Student {
      char *name;
     int age;
  };
 struct Student stu;

 // 访问stu的age成员
  stu.age = ;
  

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

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

  struct Student {
       char *name;
       struct Date birthday;
  };

  struct Student stu;

  stu.birthday.year = ;
  stu.birthday.month = ;
  stu.birthday.day = ;

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

   struct Student {
       char *name;
       int age;
   };

   struct Student stu1 = {"MJ", };

   // 将stu1直接赋值给stu2
   struct Student stu2 = stu1;

  printf("age is %d", stu2.age);

注意第9行。输出结果为：

补齐算法

 #include <stdio.h>
 int main()
 {
     struct Student
     {//补齐算法
         int age;// 4个字节

         char a;  //1个字节

         //char *name; // 8个字节
     };

     struct Student stu;
     //stu.age = 20;
     //stu.name = "jack";
     // 补齐算法（对齐算法）
     // 结构体所占用的存储空间 必须是 最大成员字节数的倍数

     int s = sizeof(stu);
     printf("%d\n", s);

     return ;
 }

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

 #include <stdio.h>
 int main()
 {
     struct RankRecord
     {
         int no; // 序号  4
         char *name; // 名称 8
         int score; // 积分 4
     };

     //int ages[3] = {10, 19, 29};

     //int ages[3];
     // 对齐算法
     // 能存放3个结构体变量，每个结构体变量占16个字节
     //
         struct RankRecord records[] =
     {
         {, "jack", },

         {, "jim", },

         {, "jake",}
     };

     records[].no = ;
     // 错误写法
     //records[0] = {4, "rose", 9000};

     for (int i = ; i<; i++)
     {
         printf("%d\t%s\t%d\n", records[i].no, records[i].name, records[i].score);
     }

     //printf("%d\n", sizeof(records));

     return ;
 }

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。

 #include <stdio.h>

  // 定义一个结构体
  struct Student {
      int age;
  };

  void test(struct Student stu) {
      printf("修改前的形参：%d \n", stu.age);
      // 修改实参中的age
      stu.age = ;

      printf("修改后的形参：%d \n", stu.age);
  }

  int main(int argc, const char * argv[]) {

      struct Student stu = {};
      printf("修改前的实参：%d \n", stu.age);

      // 调用test函数
      test(stu);

      printf("修改后的实参：%d \n", stu.age);
      return ;
  }

* 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

 #include <stdio.h>
 int main()
 {
     struct Student
     {
         int no;
         int age;
     };
     // 结构体变量
     struct Student stu = {, };

     // 指针变量p将来指向struct Student类型的数据
     struct Student *p;

     // 指针变量p指向了stu变量
     p = &stu;

     p->age = ;

     // 第一种方式
     printf("age=%d, no=%d\n", stu.age, stu.no);

     // 第二种方式
     printf("age=%d, no=%d\n", (*p).age, (*p).no);

     // 第三种方式
     printf("age=%d, no=%d\n", p->age, p->no);

     return ;
 }

输出结果：age=30, no=1

　　　　　 age=30, no=1

　　　　    age=30, no=1