2.6 C语言数据类型结构

C语言是当今最常用的语言，其数据类型比较丰富，在这一节将讨论它的主要数据类型。

2.6.1 非结构类型

C语言的非结构类型包括内部类型和用户定义类型两类。

1.内部类型

C语言内部类型比较丰富，给了程序员很大的底层控制权。非结构的内部类型有整型、实型和字符型。

整型分为基本型、短整型、长整型和无符号型。一般短整型最大值不大于基本型的最大值，长整型的最大值不小于基本型的最大值，它们都是整数集合的子集。表2-1展示了各类整型数据类型的特性。

实型又称为浮点型，其值是实数集合的一个子集，可分为单精度和双精度两种类型。表2-2展示了浮点型数据类型的特性。

字符型数据的值是一个有限字符集的元素。在C语言中，int类型与char类型数据在内存单元中的存储没有本质区别(实际存储的字符是ASCII码)，可以给一个字符型的变量赋字符常量或赋数字值，例如

char a；

a='a'；赋字符常量'a'

a=2；赋数字2，尽管2对应的ASCII码不是可见的

由此可见，在C语言中对字符的处理与数字相同，所以有char和unsigned char之分。

在C语言中，没有布尔(bool)型，0就表示false，任意非0值表示true，这样用起来非常方便和随意。

2.用户定义类型

C语言的非结构类型的用户定义类型称为枚举类型(Enum eration)，例如

          enum bool{false，true}；

或

          typedef enum{false，true}bool；

定义了一个新类型，其类型名为bool，可取值为true和false (分别表示真和假，类似于Pascal的类型boolean)。这是一个非结构的用户定义类型，其效果为

① 引入一个新的数据类型，名为bool。

② 定义bool数据类型的取值为false和true。

③ 定义一个顺序：false<true。

④ 隐含对这个新类型的变量可进行赋值和比较等操作。例如程序段

          enum bool{false，true}；
          enum bool b；
          b=true；
          if(b==true){ }

其中，true和false供编译器识别，编译实现时将它们翻译成1和0，在生成的目标(二进制机器)代码中根本就不会出现true和false。甚至可以直接对b赋值1，例如

          b=1；

enum默认元素从0开始对应，但可以显式改变顺序，例如

          typedef enum{false=1，true=2}badbool；

或

          typedef enum{false=1，true=1}verybadbool；

2.6.2 聚合构造

1.数组

C语言中用数组构造实现有限映像，可分为一维数组和二维数组，格式分别为

<类型说明符> <数组名>[常量表达式]

和

<类型说明符> <数组名>[常量表达式][常量表达式]

数组是有序数据的集合，数组中的每个元素都属同一类型，与前面的类型说明符一致。使用一个统一的数组名和下标来唯一确定数组中的元素。下标从0开始，例如

int intarr[5]；命名为intarr的数组包含5个元素，其类型为整型

char chararr[255]；命名为chararr的数组包含255个元素，其类型为字符型

bool boolarr[3]；命名为boolarr的数组包含3个元素，其数型为布尔型

可以进行操作

intarr[2]=4；

chararr[2]='a'；

boolarr[0]=true；

但是操作

intarr[5]=0；

chararr[-2]='5'；

都是不安全的。

C语言可定义二维数组，通常的方法是定义一个一维数组，它的元素又是一个一维数组。例如

float farr[3][4]；

定义一个一维数组farr，它有3个元素farr[0]，farr[1]和farr[2]。其中每个元素又是一个包含4个元素的一维数组。二维数组的排列顺序是按行存放的，即在内存中先存放第一行的元素，再存放第二行的元素。例如数组a[3][4]的存放顺序为

a[0][0] a[0][1] a[0][2] a[0][3]

a[1][0] a[1][1] a[1][2] a[1][3]

a[2][0] a[2][1] a[2][2] a[2][3]

C语言还可定义多维数组，例如char c[2][2][2]。

在C语言中，对数组名的处理相当于常指针，例如

int a[10]；定义a为包含10个整型数的数组

int*pa；定义pa为指向常整型变量的指针变量

pa=a；直接将a值赋给pa

与语句

pa=&a[0]；

等价。

2.结构

构造符struct支持笛卡儿积，其定义形式为

          struct<结构体名>
              {成员表列}；

其中，花括号内是结构体中各成员(或称分量)，由它们组成一个结构体，相当于Pascal的记录类型。对成员类型的说明形式为

<类型标识符><成员名>；

也可以将“成员表列”称为“域表”，每个成员称为结构体中的一个域。例如，学生登记表的一个记录可以表示为

          struct student
              {
              int num；
              char name[20]；
              char sex；
              int age；
              float score；
              char addr[30]；
              }；

结构体变量不能整体输入和输出，

只能对其中的各个成员分别进行操作。例如

          struct student me，you；定义两个student类型的变量me和you
          strcpy(me.name，"j ohn")；
          me.sex='M'；
          me.age=21；
          me.score=60；
          strcpy(me.addr，"UESTC")；

可以把一个结构体变量整体赋给该结构体另一个变量，例如

you=me；

在内存中，结构体各个成员变量依次存储，而且结构体变量的赋值只是纯粹地按位复写。

C的结构体可以嵌套使用，例如定义

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

在student结构体中加入生日，形成

          struct student
              {int num；
              char name[20]；
              char sex；
              struct date birthday；
              int age；
              float score；
              char addr[30]；
              }；

引用时可以一级一级地找到最低一级的成员，例如

me.birthday.day=7；

即可引用到day，上述语句是对me的结构体赋值，其生日是7。

3.联合

C语言的构造符union(联合)，支持判定或，即变体记录，但它与Pascal变体记录有很大的不同，它没有标识符域，只是把不同类型的变量存放在同一(段)内存单元中，形成变体。一个单元究竟存放的是哪种类型变量的值，编译器不提供任何信息，所以在程序设计时把应该使用哪个数据(类型)的判定完全交给了程序员，显然这是非常不安全的。另外，程序员在编程时还必须知道编译器是如何表示(实现)不同类型的，使得编制程序完全依赖实现。例如，程序员要具体了解编译器把几个字节作为一个字长。

联合结构举例说明如下：

          union data
              {int i；
              char c；
              float f；
              }；
          union data a，b，c；

其访问形式与结构一样，例如

          a.i=2；
          a.c='s'；
          a.f=3.14；

上述程序段中，同一(段)内存单元可用来存放几种不同类型的数据，但在某一瞬间只能存放一类数据，即只有一个成员起作用，不是同时把它们存放起来。存放新成员时，原有的成员就被覆盖了。上述程序段中，实际存放的是a的值3.14。

4.文件

C语言把文件看成一个字符序列，它支持用户定义类型构造的序列。文件是由一个个字符(字节)数据顺序组成的。根据数据的组织形式，可分为ASCII码文件和二进制文件，即把文件看成一个字节流或二进制数据流，不考虑记录的边界。这表明C语言的文件与Pascal语言文件不同，它并不是由记录组成的。文件FILE是由语言预定义的，其格式如下：

      typedef struct
        {
            int    -fd；     文件名
            int    -cleft；  缓冲区中剩下的字符
            int    -mode；   文件操作模式
            char   *-next；  下一字符位置
            char   *-buf；   文件缓冲区位置
        }FILE；

C语言中文件的操作比较丰富，有建立、打开、关闭、定位、读和写文件等操作。除了顺序读/写文件外，也可随机读/写文件。

2.6.3 指针

指针是C语言的第3类数据类型，是非结构的，可用来构造结构数据，支持递归。

C语言规定，所有变量在使用前必须定义，规定其类型。指针变量的值是地址，必须将它定义成“指针变量”。例如

          int    i，j；
          int    *pi，*pj；

定义两个整型变量i，j和两个指向整型数据的指针变量pi和pj。通过赋值语句

pi=&i；

pj=&j；

使pi指向i，pj指向j。

在C语言中没有空指针的概念，可以对指针赋0值表示空。指针用来定义递归类型的数据，例如

          struct tree
              {
              char day；
              struct tree *lchid；
              struct tree * rchild；
              }；
          struct tree *my-tree；

其中，第1个成员为数据项，第2和第3个成员分别为左分支和右分支。语句

          struct tree *my-tree；

定义了一个指向二叉树根结点的指针。语句

          my-tree=0；

构成空二叉树，可以把0指针看成空指针。如何构造一棵二叉树是大家熟知的，这里不再讨论。

2.6.4 空类型

C语言有一种特殊的数据类型void，称为空类型。它也是非结构的，主要有下述两种用途。

C语言没有严格区分过程和函数，它把一般语言的过程和函数统一在函数中。函数一般要返回函数值，过程则无须返回过程值。为了统一起见，表示一个不返回函数值的函数，就定义它的返回值为空类型void。

空类型的另一个用途是void指针。它是一个特殊类型，用它定义的指针变量，内容是一个地址，但这个地址的存储单元的数据类型不确定，可把任意类型的指针赋给它，也可以把它赋给任意类型的指针。

C语言不支持用户定义类型构造机制的幂集。

C语言的类型结构如图2-6所示。