C++PrimerPlus 第四章 复合类型 - 4.4 结构简介
4.4 结构简介
假设要存储有关篮球运动员的信息，则可能需要存储他（她）的姓名、工资、身高、体重、平均得分、命中率、助攻次数等。希望有一种数据格式可以将所有这些信息存储在一个单元中。数组不能完成这项任务，因为虽然数组可以存储多个元素，但所有元素的类型必须相同。也就是说，一个数组可以存储20个int，另一个数组可以存储10个float，但同一个数组不能在一些元素中存储int，在另一些元素中存储float。
C++中的结构的可以满足要求（存储篮球运动员的信息）。结构是一种比数组更灵活的数据格式，因为同一个结构可以存储多种类型的数据，这使得能够将有关篮球运动员的信息放在一个结构中，从而将数据的表示合并到一起。如果要跟踪整个球队，则可以使用结构数组。结构也是C++OOP堡垒（类）的基石。学习有关结构的知识将使我们离C++的核心OOP更近。
结构是用户定义的类型，而结构声明定义了这种类型的数据属性。定义了类型后，便可以创建这种类型的变量。因此创建结构包括两步。首先，定义结构描述——它描述并标记了能够存储在结构中的各种数据类型。然后按描述创建结构变量（结构数据对象）。
例如，假设Bloataire公司要创建一种类型来描述其生产线上充气产品的成员。具体地说，这种类型应存储产品名称、容量（单位为立方英尺）和售价。下面的结构描述能够满足这些要求：
struct inflatable //structure declaration
{
char name[20];
float volume;
double price;
};
关键字struct表明，这些代码定义的是一个结构的布局。标识符inflatable是这种数据格式的名称，因此新类型的名称为inflatable。这样，便可以像创建char或int类型的变量那样创建inflatable类型的变量了。接下来的大括号中包含的是结构存储的数据类型的列表，其中每个列表项都是一条声明语句。这个例子使用了一个适合用于存储字符串的char数组、一个float和一个double。列表中的每一项都被称为结构成员，因此infatable结构有3个成员（参见下图）。总之，结构定义指出了新类型（这里是inflatable）的特征。
定义结构后，便可以创建这种类型的变量了：
inflatable hat; //hat is a structure variable of type inflatable
inflatable woopie_cushion; //type inflatable variable
inflatable mainframe; //type inflatable variable
如果您熟悉C语言中的结构，则可能已经注意到了，C++允许在声明结构变量时省略关键字struct：
struct inflatable goose; //keyword struct required in C
inflatable vincent; //keyword struct not required in C++
在C++中，结构标记的用法与基本类型名相同。这种变化强调的是，结构声明定义了一种新类型。在C++中，省略struct不会出错。
由于hat的类型为inflatable，因此可以使用成员运算符（.）来访问各个成员。例如，hat.volume指的是结构的volume成员，hat.price指的是price成员。同样，vincent.price是vincent变量的price成员。总之，通过成员名能够访问结构的成员，就像通过索引能够访问数组的元素一样。由于price成员被声明为double类型，因此hat.price和vincent.price相当于是double类型的变量，可以像使用常规double变量那样来使用它们。总之，hat是一个结构，而hat.price是一个double变量。顺便说一句，访问类成员函数（如cin.getline()）的方式是从访问结构成员变量（如vincent.price）的方式衍生而来的。
4.4.1 在程序中使用结构
介绍结构的主要特征之后，下面在一个使用结构的程序中使用这些概念。程序清单4.11说明了有关结构的这些问题，还演示了如何初始化结构。
程序清单4.11 structur.cpp
//structur.cpp -- a simple structure
#include<iostream>
struct inflatable //structure declaration
{
char name[20];
float volume;
double price;
};
int main()
{
using namespace std;
inflatable guest =
{
"Glorious Gloria", //name value
1.88, //volume value
29.99 //price value
}; //guest is a structure variable of type inflatable
//It's initialized to the indicated values
inflatable pal =
{
"Audacious Arthur",
3.12,
32.99
};//pal is a second variable of type inflatable
//NOTE: some implementations require using
//static inflatable guest =
cout << "Expand your guest list with " << guest.name;
cout << " and " << pal.name << "!\n";
//pal.name is the name member of the pal variable
cout << "You can have both for $";
cout << guest.price + pal.price << "!\n";
return 0;
}
下面是该程序的输出：
Expand your guest list with Glorious Gloria and Audacious Arthur!
You can have both for $62.98!
接下来，请注意初始化方式：
inflatable guest =
{
"Glorious Gloria", //name value
1.88, //volume value
29.99 //price value
};
和数组一样，使用由逗号分隔值列表，并将这些值用花括号括起。在该程序中，每个值占一行，但也可以将它们全部放在同一行中。只是应用逗号将它们分开：
inflatable duck = {“Daphne”, 0.12, 9.98};
可以将结构的每个成员都初始化为适当类型的数据。例如，name成员是一个字符数组，因此可以将其初始化为一个字符串。
可将每个结构成员看作是相应类型的变量。因此，pal.price是一个double变量，而pal.name是一个char数组。当程序使用cout显示pal.name时，将把该成员显示为字符串。另外，由于pal.name是一个字符数组，因此可以用下标来访问其中的各个字符。例如，pal.name[0]是字符A。不过pal[0]没有意义，因为pal是一个结构，而不是数组。
4.4.2 C++11结构初始化
与数组一样，C++11也支持将列表初始化用于结构，且等号（=）是可选的：
inflatable duck{"Daphne", 0.12, 9.98}; //can omit the = in C++11
其次，如果大括号内未包含任何东西，各个成员都将被设置为零。例如，下面的声明导致mayor.volume和mayor.price被设置为零，且mayor.name的每个字节都被设置为零：
inflatable mayor{};
最后，不允许缩窄转换。
4.4.3 结构可以将string类作为成员吗
可以将成员name指定为string对象而不是字符数组吗？即可以像下面这样声明结构吗？
#include<string>
struct inflatable //structure declaration
{
std::string name;
float volume;
double price;
};
答案是肯定的，只要您使用的编译器支持对以string对象作为成员的结构进行初始化。
一定要让结构定义能够访问名称空间std。为此，可以将编译指令using移到结构定义之前；也可以像前面那样，将name的类型声明为std::string。
4.4.4 其他结构属性
C++使用户定义的类型与内置类型尽可能相似。例如，可以将结构作为参数传递给函数，也可以让函数返回一个结构。另外，还可以使用赋值运算符（=）将结构赋给另一个同类型的结构，这样结构中每个成员都将设置为另一个结构中相应成员的值，即使成员是数组。这种赋值被称为成员赋值（memberwise assignment），将在第7章讨论函数时再介绍如何传递和返回结构。下面简要地介绍一下结构赋值，程序清单4.12是一个这样的示例。
程序清单4.12 assgn_st.cpp
//assgn_st.cpp -- assigning structures
#include<iostream>
struct inflatable
{
char name[20];
float volume;
double price;
};
int main()
{
using namespace std;
inflatable bouquet =
{
"sunflowers",
0.20,
12.49
};
inflatable choice;
cout << "bouquet: " << bouquet.name << " for $";
cout << bouquet.price << endl;
choice = bouquet; //assign one structure to another
cout << "choice: " << choice.name << " for $";
cout << choice.price << endl;
return 0;
}
下面是该程序的输出：
bouquet: sunflowers for $12.49
choice: sunflowers for $12.49
从中可以看出，成员赋值是有效的，因为choice结构的成员值与bouquet结构中存储的值相同。
可以同时完成定义结构和创建结构变量的工作。为此，只需将变量名放在结束括号的后面即可：
struct perks
{
int key_number;
char car[12];
}mr_smith, ms_jones; //two perks variables
甚至可以初始化以这种方式创建的变量：
struct perks
{
int key_number;
char car[12];
}mr_glitz =
{
7, //value for mr_glitz.key_number member
"Packard" //value for mr_glitz.car member
};
然而，将结构定义和变量声明分开，可以使程序更易于阅读和理解。
还可以声明没有名称的结构类型，方法是省略名称，同时定义一种结构类型和一个这种类型的变量：
struct //no tag
{
int x; //2 members
int y;
}position; //a structure variable
这样将创建一个名为position的结构变量。可以使用成员运算符来访问它的成员（如position.x），但这种类型没有名称，因此以后无法创建这种类型的变量。本书将不使用这种形式的结构。
除了C++程序可以使用结构标记作为类型名称外，C结构具有到目前为止讨论的C++结构的所有特性（C++11特性除外），但C++结构的特性更多。例如，与C结构不同，C++结构除了成员变量之外，还可以有成员函数。但这些高级特性通常被用于类中，而不是结构中，因此将在讨论类的时候（从第10章开始）介绍它们。
4.4.5 结构数组
inflatable结构包含一个数组（name）。也可以创建元素为结构的数组，方法和创建基本类型数组完全相同。例如，要创建一个包含100个inflatable结构的数组，可以这样做：
inflatable gifts[100]; //array of 100 inflatable structures
这样，gifts将是一个inflatable数组，其中的每个元素（如gifts[0]或gifts[99]）都是inflatable对象，可以与成员运算符一起使用：
cin >> gifts[0].volume; //use volume member of first struct
cout << gifts[99].price << endl; //display price member of last struct
记住，gifts本身是一个数组，而不是结构，因此像gifts.price这样的表述是无效的。
要初始化结构数组，可以结合使用初始化数组的规则（用逗号分隔每个元素的值，并将这些值用花括号括起）和初始化结构的规则（用逗号分隔每个成员的值，并将这些值用花括号括起）。由于数组中的每个元素都是结构，因此可以使用结构初始化的方式来提供它的值。因此，最终结果为一个被括在花括号中、用逗号分隔的值列表，其中每个值本身又是一个被括在花括号中、用逗号分隔的值列表：
inflatable guests[2] = //initializing an array of structs
{
{"Bambi", 0.5, 21.99}, //first structure in array
{"Godzilla", 2000, 565.99} //next structure in array
};
可以按自己喜欢的方式来格式化它们。例如，两个初始化位于同一行，而每个结构成员的初始化各占一行。
程序清单4.13是一个使用结构数组的简短示例。由于guests是一个inflatable数组，因此guests[0]的类型为inflatable，可以使用它和句点运算符来访问相应inflatable结构的成员。
程序清单4.13 arrstruc.cpp
//arrstruc.cpp -- an array of structures
#include<iostream>
struct inflatable
{
char name[20];
float volume;
double price;
};
int main()
{
using namespace std;
inflatable guests[2] = //initializing an array of structs
{
{"Bambi", 0.5, 21.99}, //first structure in array
{"Godzilla", 2000, 565.99} //next structure in array
};
cout << "The guests " << guests[0].name << " and " << guests[1].name
<< "\nhave a combined volume of "
<< guests[0].volume + guests[1].volume << " cubic feet.\n";
return 0;
}
下面是该程序的输出：
The guests Bambi and Godzilla
have a combined volume of 2000.5 cubic feet.
4.4.6 结构中的位字段
与C语言一样，C++也允许指定占用特定位数的结构成员，这使得创建与某个硬件设备上的寄存器对应的数据结构非常方便。字段的类型应为整数或枚举（稍后将介绍），接下来是冒号，冒号后面是一个数字，它指定了使用的位数。可以使用没有名称的字段来提供间距。每个成员都被称为位字段（bit field）。下面是一个例子：
struct torgle_register
{
unsigned int SN : 4; //4 bits for SN value
unsigned int : 4; //4 bits unused
bool goodIn : 1; //valid input(1 bit)
bool goodTorgle : 1; //successful torgling
};
可以像通常那样初始化这些字段，还可以使用标准的结构表示法来访问位字段：
torgle_register tr = { 14,true,false };
...
if(tr.goodIn) //if statement covered in Chapter 6
...
位字段通常用在低级编程中。一般来说，可以使用整型和附录E介绍的按位运算符来代替这种方式。
