40篇学完C语言——（第十三篇）【结构体数组】

目录

为什么要写这篇

为什么要用结构体数组

什么时候用得到结构体数组

C代码实现运用结构体数组

程序运行结果

达到预期目的

程序优化

程序优化后源代码

为什么要写这篇

近期一直在看C Primer Plus，对于C语言的掌握能力有了显著提升，运用也更灵活。因此对C语言刷新的认知是：C语言是把刻刀。同时在 “习以为常” 之前记录一下成长：成长中实践。

编译出错，语义错误什么的不再是简单的认为改改就好，问题解决能用就行，而成了如何用好C语言，少犯一些低级错误。为什么觉得错误低级，又为什么觉得是C语言是刻刀？因为工具参考书就在那里，写得明明白白。不去使用手册，遇到问题不从自身找原因，而是吃一堑长一智，这种做法，前期可行，但想一直用下去，永远无法对C语言掌握透彻，永远不会觉得这只是一个工具(刻刀)。而且不看C语言的书籍，不会清楚明白C语言和其它编程语言的界限在哪里。更别提以他山之石，攻己之玉。

为什么要用结构体数组

对于结构体数组，前些天有个同事说链表真好用，他的关注点是插入排序(用于对蓝牙设备顺序存入，然后将新的蓝牙设备按照接收灵敏度插入到链表中，既完成了存入，又完成了排序)。因为他是第一次用链表，表述成了链表排序真好用，当时我说的是用结构体数组应该更好一些吧，数组的排序要比链表快吧（回头查了一下链表的插入排序与数组的冒泡排序或快速排序 的对比）。我却劝别人用，但自己还没用过结构体数组，因此在心里留下了个结，一直想着解开这个结。

什么时候用得到结构体数组

后来一个灯板的电路进行了更改，选择的芯片引脚不够控制那么多RGB灯，就用上了74HC595芯片（串转并）。关于74HC595想了解的可以看一下这篇文章：74HC595引脚图详解

一开始没有想到更改硬件之后会对原来的功能产生影响，认为只需要把RGB灯控制部分的程序更改为用74HC595控制就好了，但后来发现个问题。

之前RGB灯的七种颜色控制是直接用红、绿、蓝颜色的灯亮灭来拼出来的，控制红、绿、蓝颜色灯的引脚高低就可以控制灯颜色，程序的实现并非用宏定义常量来标识要显示的颜色，而是通过枚举类型的常量来表示颜色。当常量要控制的颜色修改时，只需修改枚举类型的颜色标识符顺序（标识符还是那个标识符，但对应的常量值变了），而无需修改程序内部逻辑。

但换成74HC595后，红绿蓝颜色灯的引脚不能单独控制了，而是通过按位输入到74HC595。一次性控制多个RGB灯，要还是用这种switch...case的方式，情况是多个灯的情况, 比如红红红 是一种case, 红红黄是一种case, 如果是3个灯的话777 = 343 个case分支，灯越多case分支越多。因此需要一种新的方式实现：设置颜色 与 控制颜色 相分离，即标记颜色的常量（设置颜色的常量）与控制颜色的常量无关。

分离后，如果使用switch...case方式，仍然可以是七八个case分支（case 是设置颜色，具体执行的case分支是将控制颜色存入某个变量），最后将几个灯控制颜色的变量拼接起来按位送入74HC595。但这样无形中引入了新的问题，硬件更改，这个switch...case函数也得更改，从我的理解角度来说，硬件更改，只是数据发生了变动，又不是有了新的需求，程序实现逻辑不该发生改动。

将设置颜色 和 控制颜色 相关的变量并不用函数来将其关联，而是通过某种数据结构，这种数据结构要能表示这种关联 的 集合。这时候就想到结构体数组了。

C代码实现运用结构体数组

程序运行结果

达到预期目的

之后要修改常量对应的颜色只需修改枚举类型 rgb_color(标记颜色的常量（设置颜色的常量）)的标识符顺序就可以啦， 硬件电路有修改只需要更改total_color数组每一项的set_color值就可以啦。

程序优化

访问结构体数组的函数使用顺序查找是比较低效的，因为结构体数组在迁就（设置颜色的常量），数组最好的访问方式不是通过顺序查找，而是使用下标直接访问到数组元素，此时时间复杂度为O(1)。

结构体数组的每一项下标是固定的（0，1，2 ...），只是每一项的结构体的成员变量可能发生改变，导致设置颜色的常量与结构体数组的下标值不相等。若按照标记颜色的常量（设置颜色的常量） 由小到大进行排序，只需初始化时进行一次，使其与结构体的下标相对应，之后就可以通过下标直接访问结构体另一项成员变量了。

优化后访问结构体数组函数

程序优化后源代码

下面是改进后的测试程序，可以直接在菜鸟C在线工具运行。

此处对排序的使用还是基于之前的架构，交换的函数有所不同，冒泡排序的实现和以前也有所不同，感兴趣的小伙伴可以拿这篇文章对照下：把数据滤波写成不明觉厉的样子

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

#define DEBUG_OUTPUT        1

typedef struct color_set
{
    uint8_t color;
    uint8_t set_color;
}COLOR_SET;

enum rgb_color        ///< 为测试而修改
{
    NO_COLOR = 0,
    PURPLE,
    RED,    
    GREEN,
    BLUE,
    WHITE,
    YELLOW,
    CHING,
};

COLOR_SET total_color[8] =
{
    {NO_COLOR, 0},
    {RED, 1},
    {YELLOW, 3},
    {GREEN, 2},
    {CHING, 6},
    {BLUE, 4},
    {PURPLE, 5},
    {WHITE, 7}
};

typedef void (*Exchange_Func)(void *, void *);

 uint8_t _74HC595_set_color(uint8_t color);
 void struct_binary_exchange(void* num1, void* num2);
 void bubble_sort(void * buf, uint16_t num, uint8_t size, Exchange_Func operator_func);
 uint8_t _74HC595_set_color_Init(void);

/**
 * _74HC595_set_color
 * @brief   得到74HC595实际输出的值
 * @param   要设置的颜色对应的常量color_set.color
 * @return  转换成要设置的颜色对应值 color_set.set_color
 */
 uint8_t 
 _74HC595_set_color(uint8_t color)
 {
#if DEBUG_OUTPUT
    printf("output color is: %d", total_color[color].set_color);
#endif
    return total_color[color].set_color;
 }

/**
 * uint8_t_binary_exchange
 * @brief 设计判断条件交换两数在数组中的位置
 * @param   num1 按照uint8_t类型进行处理
 * @param   num2 按照uint8_t类型进行处理
 * @retval  None
 * @note    将 > 改为 < 即由递增序列变为递减序列
 */
void 
struct_binary_exchange(void* num1, void* num2)
{
    if((*(COLOR_SET *)num1).color > (*(COLOR_SET *)num2).color)
    {
        COLOR_SET temp = *(COLOR_SET *)num1;
        *(COLOR_SET *)num1 = *(COLOR_SET *)num2;
        *(COLOR_SET *)num2 = temp;
    }else
    {
        /* no code */
    }
}

/**
 * bubble_sort
 * @brief   冒泡排序法，为处理不同数据准备的框架
 * @details 使用回调函数来实现只改底层，不动上层的分层思想
 * @param   buf 数组首地址，void* 修饰，表示任意类型传入
 * @param   num 数组大小，通常用sizeof(buf)/sizeof(buf[0]) 来得到
 * @param   size 要处理的数据类型占用字节数，通常用sizeof(buf[0]) 来得到
 * @param   operator_fuc 函数指针，用于调用相应函数实现功能
 * @retval  None
 * @note    为功能测试而通过宏切换验证
 */
void 
bubble_sort(void * buf, uint16_t num, uint8_t size, Exchange_Func operator_func)
{
    uint16_t ex_cycle_i, in_cycle_j;

    if(size == 0 || size > 16)
    {
        printf("please check input data type size !\n");
        return;
    }else
    {
        for(ex_cycle_i = 0; ex_cycle_i < num - 1; ex_cycle_i++)
        {
            for(in_cycle_j = ex_cycle_i + 1; in_cycle_j < num; in_cycle_j++)
            {
                operator_func(buf + size*ex_cycle_i, buf + size*in_cycle_j);
            }
        }
    }
}

/**
 * _74HC595_set_color_Init
 * @brief   将用于74HC595的数组排序
 * @note    对于频繁调用的函数_74HC595_set_color 减轻工作量
 */ 
uint8_t 
_74HC595_set_color_Init(void)
{
#if DEBUG_OUTPUT
    printf("origin data is :\n");
    for(uint8_t i=0; i<8; i++)
    {
        printf("total_color[%d].color = %d, total_color[%d].set_color = %d \n", i, total_color[i].color, i, total_color[i].set_color);
    }
#endif
    bubble_sort((void *)total_color, sizeof(total_color)/sizeof(total_color[0]), sizeof(total_color[0]), struct_binary_exchange);
#if DEBUG_OUTPUT
    printf("sort data is :\n");
    for(uint8_t i=0; i<8; i++)
    {
        printf("total_color[%d].color = %d, total_color[%d].set_color = %d \n", i, total_color[i].color, i, total_color[i].set_color);
    }
    printf("\n");
#endif
}

int main(void)
{
    _74HC595_set_color_Init();

#if DEBUG_OUTPUT
    srand((unsigned)time(NULL));
    uint8_t random_val = rand() % 7 + 1;
    printf("random_val is %d \n", random_val);
    _74HC595_set_color(random_val);
#endif

    return 0;
}