第9章 第4节：结构体指针（课件）-《C语言程序设计》（电子工业出版社）上好课

C语言程序设计 电子工业出版社 9.4节：结构体指针 理解结构体指针的概念，掌握其定义与使用方 熟练运用->运算符访问结构体成员 能够运用结构体指针编写程序，实现对结构体的高效操作 能够分析和调试包含结构体指针的C语言程序 培养严谨的逻辑思维和程序设计能力 养成良好的编程习惯和代码规范意识 知识目标 能力目标 素养目标 01 02 03 学习目标 目录 Part 01 教学导入 Part 02 知识讲授 Part 03 师生互动 Part 04 课堂练习 Part 05 课堂小结 教学导入：温故知新 回顾：指针的本质 指针是一个特殊的变量，它的值存储的不是普通数据，而是**另一个变量的内存地址**。 在之前的课程中，我们已经掌握了指向基础数据类型（如int,float,char）的指针用法。 🤔 思考题： 如果一个变量的结构本身非常复杂（例如一个包含姓名、学号、成绩的学生信息），也就是一个“结构体”，我们该如何定义指针去指向它？ 回顾：结构体的本质 结构体是一种**用户自定义的复合数据类型**，它打破了单一类型的限制，允许将多个不同类型的数据“打包”在一起，形成一个整体。 struct Student { long num; // 学号 char name[20]; // 姓名 char sex; // 性别 float score; // 成绩 }; 💡 关键提示：结构体变量在内存中占据一块连续的存储空间。 教学导入：问题引入 📝 场景模拟 假设处理一个包含1000个学生信息的数组，传统做法是传递整个结构体： void printStudent(struct Student s) { printf("%ld,%s,%c, %f ",s.num,s.name,s.sex,s.score);} 这样做有什么缺点？ 每次调用函数，都需要复制整个结构体的数据到新的内存空间。 当结构体很大（如包含多个数组、字符串），或者要处理的数组元素数量很多时，会产生巨大的内存开销，并浪费大量CPU时间在数据拷贝上，导致程序效率低下。 解决方案 只需要将结构体变量的地址传递给函数。 函数直接通过地址访问和操作原数据，避免了任何不必要的数据复制，节省内存且效率极高。 今天的主角： 结构体指针 教学导入：课程导航 本节课我们将深入学习结构体与指针的结合应用，掌握两大核心场景： 01指向结构体变量的指针 • 如何定义一个指向结构体变量的指针？ • 如何通过指针访问结构体的成员？ • 核心运算符`->`的使用与优先级解析 02指向结构体数组的指针 • 如何使用指针高效遍历结构体数组？ • 指针在结构体数组中移动的步长逻辑 • 开发中的常见易错点与调试注意事项 知识讲授 结构体指针 指向结构体变量的指针 指向结构体数组的指针 第一部分 指向结构体变量的指针 知识讲授 知识讲授：结构体指针的定义 什么是结构体指针？ 它是一个指向结构体变量的指针，其核心作用是存储结构体变量在计算机内存中的**起始地址**，通过它可以间接访问结构体变量中的数据。 标准语法格式 在定义指针变量时，必须明确指出它指向的结构体类型： struct 结构体名 *指针变量名; 💻 代码示例 // 1. 先定义结构体类型 struct Student { long num; char name[20]; float score; }; // 2. 再定义结构体变量 struct Student stu_1; // 3. 最后定义指向该类型的指针 struct Student *p; ⚠️ 核心要点 指针变量的类型，必须与它要指向的**结构体变量类型**完全一致，就像一把钥匙只能开一把锁，不能混用。 知识讲授：让指针指向结构体变量 核心操作 使用 C 语言的取地址运算符 &，将结构体变量在内存中的起始地址，直接赋值给同类型的结构体指针变量。 内存逻辑 指针变量p中存储了stu_1的起始地址。建立联系后，我们就能通过指针p间接访问并操作stu_1的所有成员数据。 程序文本【9.10】指向结构体变量的指针 struct student { int num; char ename[20]; char sex; int age; float score; char addr[30]; } ; struct student stu_1= {1,"cui lin",'M',19,86.4,"shanghai"}; struct student *p=&stu_1; 知识讲授：访问结构体成员的三种方式 前置假设：struct Student stu_1 = {10101, "Li Lin", 'M', 89.5}; struct Student *p = &stu_1; 方式一：直接访问 (使用 . 运算符) 💡 语法规则： 结构体变量名 . 成员名 📝 代码示例： printf("Name: %s ", stu_1.name); 方式二：间接访问 (使用 (*指针).成员名) 语法：(*指针变量名).成员名 解释：p 表示指针 p 指向的变量 stu_1，再用“.”访问成员。 ⚠️ 注意： p 两侧的括号不可省略！因为“.”的优先级高于“*”。 示例：printf("Name: %s ", (*p).name); 知识讲授：访问结构体成员的第三种方式（重点） 方式三：间接访问 (使用 -> 运算符) 核心语法：指针变量名 -> 成员名 这是C语言为指针访问结构体成员提供的“专用语法糖”。它同时结合了取值运算 (*)和直接成员访问 (.)的双重功能，简化书写。 p->name ≡ (*p).name printf("Name: %s ", p->name); 为什么推荐使用 ->？ 代码更简洁，可读性更高 相比需要频繁使用括号的 (*p).name，p->name 的书写更顺手，一眼就能看出是通过指针访问成员，语义清晰。 避免复杂嵌套的括号混乱 在处理“指向结构体的指针的指针”(二级指针)等复杂场景时，-> 能极大减少括号数量，降低代码出错率。 知识讲授：变量成员形式用以下三种形式表示等价 程序文本【9.10】指向结构体变量的指针 struct student { int num; char ename[20]; char sex; int age; float score; char addr[30]; } ; struct student stu_1= {1,"cui lin",'M',19,86.4,"shanghai"……}; struct student *p=&stu_1; 知识讲授：三种方式的等价性总结 假设有定义：struct Student stu_1; struct Student *p = &stu_1;，以下三种访问结构体成员的方式完全等价： stu_1.num 直接通过结构体变量名访问 (*p).num 先对指针解引用，再用点号访问 (注意：圆括号不可省略！) p -> num 通过指针直接访问（最推荐写法） 可读性高，书写更简洁 💡 核心记忆口诀 1.变量用点（.），指针用箭头（->）—— 分清“变量”与“指针”身份。 2. 如果想用指针配合点号，一定要记得加星号和括号（(*p).） —— 养成良好的代码习惯。 背诵记忆 01. 定义 struct 结构体名 *指针名; 声明一个指向结构体类型的指针变量，用于存储结构体变量的地址。 02. 赋值 指针名 = &结构体变量名; 使用取地址运算符 `&` 获取结构体变量的地址，并赋值给对应的指针变量。 03. 访问 • 结构体变量访问成员： . (点运算符) • 结构体指针访问成员： -> (箭头运算符) 💡 等价关系： 指针->成员 ≡ (*指针).成员 程序文本：指向结构体指针变量的定义、输入和输出 #include <stdio.h> struct student { char xh[3], xm[10]; int cj; }s ={"10","王强",85 }; main( ) { struct student *p; p= &s; printf(" 学号 姓名 成绩 "); printf("%7s%7s%7d ",s.xh,s.xm,s.cj ); printf("%7s%7s%7d ",(*p).xh,(*p).xm,(*p).cj ); printf("%7s%7s%7d ",p->xh,p->xm,p->cj ); } 例题分析 1 例题分析 1：指向结构体指针变量的定义、输入和输出 例题分析 2 程序文本：通过指向结构体变量的指针变量输出结构体变量中成员的信息 #include <stdio.h> #include <string.h> int main() {struct student { long num; char name[20]; char sex; float score; }; struct student stu_1; // 定义struct student类型的变量stu_1 struct student * p; // 定义指向struct student 类型数据的指针变量ｐ p=&stu_1; // ｐ指向stu_1 stu_1.num=10101; // 对结构体变量的成员赋值 strcpy(stu_1.name,"Li Lin"); stu_1.sex='M'; stu_1.score=89.5; printf("No.:%ld name:%s sex:%c score:%5.1f ",stu_1.num,stu_1.name,stu_1.sex,stu_1.score); printf(" No.:%ld name:%s sex:%c score:%5.1f ",(*p).num,(*p).name,(*p).sex, (*p).score); } 例题分析 2 课堂问答 Q1. 指针访问结构体成员 struct Person { int age; char name[10];} person1, *p = &person1; 请问以下哪个语句可以正确地将 person1 的年龄设置为 20？ A. p.age = 20; B. *p.age = 20; C. (*p).age = 20; D. p->age = 20; 正确答案：C、D Q2. 语法对比与推荐 `(*p).name` 和 `p->name` 是否完全等价？ 为什么推荐在代码中使用后者？ 是完全等价的。 推荐使用->的原因： 1.代码更简洁：少了一对括号，视觉干扰更少。 2.可读性更高：一眼就能识别是指针访问，尤其在多层嵌套的复杂结构体指针中优势极其明显。 课堂练习 1 📝 练习题目 定义一个结构体Point，包含两个整型成员x和y。编写程序，定义一个 `Point` 类型的变量 `p1` 并初始化其坐标为 (3, 4)。 然后定义一个指向 `Point` 的指针 `pp`，使其指向 `p1`。最后，通过指针 `pp` 将 `p1` 的坐标修改为 (5, 6)，并分别使用`.`、`(*pp).` 和 `pp->`三种方式输出修改后的坐标。 💡 提示： 理解坐标点在内存中的表示，以及如何通过不同的语法访问结构体成员。 课堂练习 1 程序文本 #include<stdio.h> struct Point{ int x, y; }; int main() { struct Point p1 = {3, 4}; struct Point *pp = &p1; // 指向结构体变量 pp->x = 5; pp->y = 6; // 修改值 printf("Using . : (%d, %d) ", p1.x, p1.y); printf("Using (*pp).:(%d, %d) ",(*pp).x,(*pp).y); printf("Using -> : (%d, %d) ", pp->x, pp->y); return 0; } 课堂练习 1 课堂练习 2 📝 编程任务 任务要求： 1. 定义一个结构体Book，包含三个成员：书名 `title`、作者 `author`、价格 `price`。 2. 声明一个 `Book` 类型的变量 `book1`，并定义一个指向它的指针变量。 3.仅通过指针为 `book1` 赋值：书名 "C Programming"，作者 "K&R"，价格 58.5。 4.仅通过指针将书籍的完整信息打印输出。 课堂练习 2 程序文本 #include<stdio.h> #include<string.h> struct Book { char title[50]; char author[30]; float price; }; int main() { struct Book book1; struct Book *p = &book1; // 指针赋值: 注意字符串用 strcpy strcpy(p->title,"C Programming"); strcpy(p->author,"K&R"); p->price =58.5; printf("Title: %s Price: %.2f ", p->title, p->price); return 0; } 课堂练习 2 第二部分 知识讲授 指向结构体数组的指针 知识讲授：指向结构体数组的指针 01 / 定义与赋值 struct Student stu[3] = { ... }; struct Student *p; p = stu; // 将数组首元素地址赋给指针 p // 等价于：p = &stu[0]; 💡 核心原理： 数组名 `stu` 是一个指向数组第一个元素的**常量指针**。因此，直接将 `stu` 赋值给指针变量 `p`，就实现了指针与数组的关联，这是C语言中最常用的写法。 02 / 内存映射示意图 📍 映射逻辑： • `p` ➔ 指向数组第 1 个元素 `stu[0]`|• `p+1` ➔ 指向数组第 2 个元素 `stu[1]` • `p+i` ➔ 指向数组第 i+1 个元素 `stu[i]` 知识讲授：指针的移动 `p++` 的含义 当指针 `p` 指向一个结构体数组的元素时，执行 `p++` 操作，指针的值并不会简单地加 1，而是会增加一个结构体的整体长度。 举个例子：假设一个 `struct Student` 类型的元素占用 32 字节，那么执行 `p++` 后，指针 `p` 的值会直接增加 32，从而精准地指向数组中的下一个元素。 遍历数组的实现 for(p = stu; p < stu + 3; p++) { // 访问指针指向的当前元素 printf("%s ", p->name); } 利用指针移动的特性，我们可以在循环中直接通过指针的自增操作，轻松地遍历整个结构体数组，比使用数组下标访问更高效、更简洁。 知识讲授：易错点讲解 典型误区 · 错误用法 p = stu[0].name;// 错误！类型不匹配 ❓ 为什么会报错？ •stu[0].name是一个char *类型，指向字符串的第一个字符。 •指针 p被定义为struct Student *类型，用于指向结构体。 不同类型的指针不能直接赋值，这是初学者最容易混淆的地方。 核心概念 · 正确理解 结构体指针p的核心职责是指向一个完整的结构体对象，而非对象中的某一个成员变量。 💡 如果强行赋值，必须进行强制类型转换，但这通常会破坏程序逻辑，且无法通过指针访问结构体的其他成员。 例题分析：指向结构体数组的指针 程序文本【9.11】指向结构体数组的指针 #include<stdio.h> #include<string.h> struct student { int num; char ename[20]; char sex; int age; float score; char addr[30]; }; struct student stu[3]={{1,"Cui Lin",'M',19,86.4,"Shanghai"}, {2,"Zhou Li",'F',19,76.6,"Nanjing"},{3,"Chengyan",'F',18,92.5,"Nanchang"}}; main() { struct student *p; //定义指向结构体数组的指针 p=stu; //指针p指向结构体数组首地址 for(p=stu;p<stu+3;p++) printf("%d,%s,%c,%d,%.2f,%s ",p->num,p->ename,p->sex,p->age,p->score,p->addr); } 例题分析：指向结构体数组的指针 例题分析：指向结构体数组的指针 课堂问答 Q1：循环边界辨析 在例9.11中，如果将for循环的条件改为p <= stu + 2，程序还能正确运行吗？为什么？ 答案：能。因为stu + 2正好是最后一个元素stu[2]的地址。条件p <= stu + 2和原来的p < stu + 3的效果是完全一致的，都能遍历数组所有元素。 Q2：指针与数组的等价写法 假设有代码片段： struct Student stu[5], *p = stu; 请问：表达式(p+2)等价于什么？(p+2)->num等价于什么？ 答案：根据指针运算规则： 1.(p+2)等价于stu[2](指向数组的第3个元素) 2.(p+2)->num等价于stu[2].num(访问该元素的 num 成员) 背诵记忆 01 数组名即地址 结构体数组名代表数组首元素的地址，本质是一个指向结构体类型的指针常量。 02 指针赋值 执行`p = stu;`操作，即可使指针变量 `p` 指向结构体数组 `stu` 的第一个元素。 03 指针移动 执行`p++`时，指针将向后移动一个结构体长度，指向数组的下一个完整元素。 04 访问元素成员 使用`p->member`或`(*p).member`两种方式，访问指针当前指向元素的指定成员。 05 核心禁忌 严禁将结构体成员的地址直接赋值给结构体类型指针，类型不匹配会导致逻辑错误。 课堂练习：寻找高薪员工 📝 编程挑战：寻找高薪员工 1. 定义一个结构体Employee，包含id (工号)、name (姓名)、salary (工资)三个字段。 2. 创建并初始化一个包含 4 个员工信息的结构体数组。 3. 使用结构体指针遍历数组，找出薪资最高的员工。 4. 打印出该员工的完整个人信息。 课堂练习：寻找高薪员工 程序文本 #include<stdio.h> struct Employee { int id; char name[20]; float salary; }; int main() { struct Employee emp[4] = {{101,"Alice",8500}, {102,"Bob",9200},{103,"Job",9000},{104,"Kelly",19200}}; struct Employee *p, *max_emp = emp; // 初始化指针 for(p = emp; p < emp+4; p++) if(p->salary > max_emp->salary) max_emp = p; printf("最高薪员工: %s (ID: %d), 薪资: %.2f ",max_emp->name,max_emp->id,max_emp->salary); } 课堂练习：寻找高薪员工 课堂练习：冒泡排序 📝 题目要求 使用结构体指针，将一个结构体数组中的元素，按照结构体内部的 `num`（学号）字段，从小到大进行排序。 课堂练习：冒泡排序 程序文本 #include<stdio.h> struct Student { int num; char name[20]; }; int main() { struct Student stu[3] = {{103, "Tom"}, {101, "Jerry"}, {102, "Mike"}}; struct Student *p, *q, temp; printf("排序前： "); // 输出：排序前的结构体数组 for (p = stu; p < stu + 3; p++) printf("学号：%d\t姓名：%s ", p->num, p->name); for(p = stu; p < stu + 2; p++) // 核心：指针操作结构体进行冒泡排序与交换 for(q = p+1; q < stu+3; q++) if(p->num > q->num) { temp = *p; *p = *q; *q = temp; } printf(" 排序后： ");// 输出：排序后的结构体数组 for (p = stu; p < stu + 3; p++) printf("学号：%d\t姓名：%s ", p->num, p->name); } 课堂练习：冒泡排序 课堂小结 指向结构体变量的指针 掌握结构体指针的定义与赋值方法，重点理解并区分通过 `->` 和 `(*p).` 两种方式来访问结构体的成员变量。 指向结构体数组的指针 学会利用指针遍历结构体数组，深入理解指针 `p++` 的移动逻辑，即移动一个“结构体元素”所占的字节数，实现高效的数据遍历。 💡 核心思想 指针本质是一种“间接访问”内存的手段。对于复杂的结构体类型，直接传递指针比复制整个结构体更节省内存开销，同时让程序逻辑更灵活、执行效率更高。 🚩 核心原则 “变量用点，指针用箭头” 区分访问方式：结构体变量名使用 `.`，指针变量使用 `->` 课堂小结 课后任务 01 基础题 编写一个程序，定义一个表示矩形的结构体Rectangle，包含width和height。 定义一个结构体变量，并使用指针计算并输出该矩形的周长和面积。 02 进阶题 定义结构体Car，包含品牌(brand)、型号(model)和价格(price)。 创建含5个汽车信息的结构体数组并初始化。 用结构体指针遍历数组，找出价格最低的汽车并打印信息。 03 综合题 定义结构体Student，包含学号(num)、姓名(name)和两门课程成绩(score[2])。 创建含3个学生信息的结构体数组并初始化。 用结构体指针完成： 1. 计算并输出每个学生的平均分； 2. 按平均分对数组降序排序； 3. 输出排序后的完整信息。 谢谢观看 THANKS $