# 結構體(Structure)

結構體（struct）
「struct」是個C語言的關鍵字（keyword，又稱保留字），為英文structure的縮寫，中文翻譯作「結構體」，簡稱「結構」，是一種「使用者自訂」的「資料型態i」，並且它是物件導向語言中「類別」（class）的前身。

C語言已經有內建short、long、int、float、double、char … 等「資料型態」，不過由於這些資料型態的變數彼此之間可能會有某種相關性，例如班級中每個學生的成績單上都會有：1.學號（字元陣列或字串型態），2.數學成績（整數型態）3.英文成績（整數型態）4.平均成績（浮點數型態），所以我們就可以說成績單就是一種結構（struct）的資料型態，因為成績單整合（綁定）了字串（在C語言是字元陣列）、整數和浮點數這三種資料型態的變數。

如同成績單的例子，結構（struct）是一種我們自訂的「資料型態」，可以更清楚地表現出變數之間的關聯性，方便我們管理與使用資料。換句話說，struct就像int、float、double、char … 一樣是種「資料型態」，只不過int、float、double、char … 是C語言內建的資料型態，而struct xxx的「xxx」是我們「自訂」的資料型態。

重點是，我們並不是自己創造一個很厲害的資料型態，例如什麼超級整數、快速浮點數、閃電字元…等，這些都是我亂掰的，我們只是「綁定」int、float、double、char … 這些基本的資料型態，成為我們自訂的資料型態。如下圖，我們使用關鍵字struct告訴C語言編譯器，我們現在開始要來做一種自訂的資料型態，我把它命名為「TestScore」來代表成績單使用的資料型態（可任意取名，但名稱要有意義才方便使用），TestScore這種資料型態綁定了char、int、float這三種資料型態（的變數），術語稱為：「TestScore是一種結構化的資料型態（data type）」。


 註：習慣上（約定俗成），對於自訂的資料型態名稱，開頭首個字母會使用大寫以示區別，例如這裡的TestScore。它也融合了駝峰式命名法，和「Test_score」是同樣意思。

在C語言中，定義結構化資料型態的語法如下：

struct 自己取的結構化的「資料型態」的名稱 {
資料型態 成員變數1;
資料型態 成員變數2;
資料型態 成員變數3;
……
資料型態 成員變數n;
} ; // 最後要記得加上分號

剛才，我們把這個結構化的資料型態取名為「TestScore」，是一種用來儲存學生的學號和成績資料的資料型態（data type）。我們把剛才的中文用C語言實際寫出來：

struct TestScore { // TestScore是這個結構化的資料型態（data type）的名稱
char ID_number[10] ; // C語言沒有string（字串）型態，故以字元陣列代表字串
int math , english ; // 數學和英文成績是整數型態
float average ; // 平均成績是浮點數型態
} ; // } 括號的後面還要加上分號（如int a = 8 ;要加分號的道理）

TestScore為一個結構化的「資料型態」的名稱，這種型態整合（綁定）了三種不同資料型態的四個變數，分別為：名稱為ID_number的字元陣列（或說字串型態）、名稱為math和english的整數型態的變數、名稱為average的浮點數型態的變數。

既然TestScore是一個「資料型態」的名稱，和int、float、double、char … 是同樣地位的東西。現在想想我們一般怎麼宣告整數型態的變數 … 「int a ;」，那我們就比照辦理：

struct TestScore 小華;
struct TestScore 小明;
struct TestScore 小美;
struct TestScore 小張;

特別注意，雖然宣告結構化變數和宣告一般變數的方式差不多，但在C語言中，宣告結構化型態的變數，前面還要多寫上「struct」關鍵字，用意是告訴C語言編譯器，後面有「使用者自訂的結構化的資料型態」，這沒什麼道理，只是個（強制性的）語法而已，請讀者自己要特別留意。

如此一來，我們就有四個「結構化的資料型態」的變數，其變數名稱分別為「小華、小明、小美、小張」。

後來，程式設計師們覺得前面要多加一個struct關鍵字確實蠻奇怪的，會破壞C語言語法的一致性，所以另外設計了一個關鍵字「typedef」，就是英文type define的縮寫。「typedef」關鍵字可以讓我們把「struct TestScore」這兩個字給縮減成我們自己設定的另外一個名稱，術語叫alias，就是「別名」或「綽號」的意思，就像把「李奧納多‧狄卡皮歐」給取綽號叫「皮卡丘」是同樣的道理。

typedef關鍵字的語法如下：
typedef struct TestScore Student ; // student是任意取的名稱，但名稱要有意義才方便使用

以上語法，就相當於我們現在可以用Student來取代struct TestScore這兩個字，可讓我們的程式碼更加精簡，也更容易理解，就把它想成Word裡面「尋找及取代」的功能就對了。

 註1：除了以上示範，typedef關鍵字還可以讓我們為任意名稱取綽號，也就是說上面範例的藍色底色的區塊，無論有多少個名稱（就算只有一個也行），都可以被取代為範例中橘色底色的那個名稱（綽號），但是綽號只能有一個。

 註2：typedef關鍵字給了程式設計師一些命名上的彈性，但不要濫用，否則自由過頭了，名稱會變得很混亂，反而讓程式變得不好理解。事實上，typedef較少用在struct以外的地方。

不過，現在我們都沒有登錄任何資料進去，以小美為例，我們要來登錄她的學號和英文成績資料，也就是做初始化的動作：

小美 . ID_number = “ LN2003 ”; // 學號是我隨便亂編的
小美 . english = 88 ; // 把88（分）指派到小美代表英文成績的變數內

上面的語法中，英文的句點「.」此時可想成是中文的「的」，等於我們跟電腦要求，我們現在要指派小美「的」學號，以及小美「的」英文成績，然後和往常一樣把等號右邊的東西指派到等號左邊去。

如果我們想看（印出）小美「的」學號是幾號，以及小美「的」英文考幾分，那我們就使用以下語法：

printf（小美 . ID_number）; // 學號是字串（字元陣列）型態
printf（小美 . english）; // 英文成績是整數型態

則螢幕上就會顯示：LN2003和88（分）。
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結構（stuct）還可以與陣列（array）做搭配，會更方便記錄大量資料。範例承上，語法如下：

struct TestScore stumath[4] ; // 宣告一個結構化的陣列，名為stumath，內有4個元素
stumath[0].math = 75 ;
stumath[1].math = 67 ;
stumath[2].math = 82 ;
stumath[3].math = 95 ;

於是，我們這樣就把這四個人的數學成績，放到stumath[4]陣列（student_math的簡寫）儲存起來了。

以上的寫法比較囉嗦，相當於我們先宣告一個變數，並且分開來做初始化，例如：
int a ;
a = 8 ;

我們知道可以把上面2句程式碼合併寫成「int a = 8 ;」，更簡短而且可讀性更高。同理，宣告結構變數時也可以同時做初始化，例如以下語法，可以在定義TestScore型態時順便宣告兩個結構化型態的變數x和y，可以讓程式碼變得更加精簡，可讀性更高，讀者可以把它背起來：

struct TestScore {
char idNumber[10];
int eng, math ;
float avg ;
} x, y ; // x,y寫在 } 後面，並且結尾記得加上分號

依此類推，其實也可以同時宣告更多個變數，如x,y,z，和「int x,y,z,a,b,c,d ;」…是同樣的道理。

再舉一個例子，這次我們在宣告一個結構化資料型態的時候，同時將這個結構化陣列的名字取為members[4]，並且同時做初始化的動作（宣告時就賦值給member[4]陣列）：

struct TestScore {
char ID_number[10];
int math ;
} members[4] = {{“LN2001”,75},{“LN2002”,67},{“LN2003”,82},{“LN2004”,95}};

members[4]陣列存放的是四個人的學號和數學成績。

 註1：members[4]陣列是一個兩層的「巢狀」陣列，這樣的寫法只有指出第一層的元素數量（4個）。
 註2：為了簡化說明，這邊忽略英文成績和平均成績。

 補充練習：
定義一個結構化的資料型態，名為Contact（通訊錄）。而結構成員有姓名、年齡和電話，並且做初始化：

struct Contact {
char name[ ]; // 可以不指定陣列的元素數量，讓系統自己判斷
int age ;
char phone[ ]; // 可以不指定陣列的元素數量，讓系統自己判斷
} my_contact[ ] = {{“Mary”,25,”0933308752”},{“John”,38,”0955125478”},{“Jack”,52,”0912451265”},{“Jerry”,28,”0912153074”}} ;

注意以上練習是隨便掰了四個人的通訊錄資料，然後電話號碼是「字串」（字元陣列）而不是數值資料。

再提醒一下，struct是告訴電腦：「我們現在要開始創建一個自訂的結構化的資料型態」的關鍵字，而Contact才是這個結構化的「資料型態」的名稱（如同int、float、double、char…的地位），而my_contact是Contact這個結構化的資料型態的變數或陣列的名稱（如同「int a;」 的a）。

struct是系統內定的關鍵字（keyword），而Contact和my_contact都是我們自己取的名稱，雖然可以任意取名，但要取個有意義的名字才方便使用，命名規則與一般變數的命名規則相同。

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從struct到class：邁入「物件導向」的設計概念

C語言是種「程序導向」的語言，沒有物件導向的概念，但是C語言發明的struct直接導致了物件導向程式設計（Object-Oriented Programming）的誕生。

我們從剛才的解說中發現，C語言的struct，在結構化的資料型態內只能整合「變數」，無法整合「函數」。後來的程式語言發現了這件事情，因此把它加以改進，讓它也能整合（綁定）函數，並把擴充之後的struct改稱為「類別」（class）。

例如，C++語言最為知名的特色，就是它在C語言中加入了一整套物件導向的觀念，並自認為是C語言的升級版，所以取這個名字。雖然C++不是第一個有物件導向觀念的語言，但因為C++知名度和市占率很高，故後進者們都紛紛加入了物件導向的功能，並在JAVA發揚光大，遍地開花。

class作為struct的升級版（大致上可以這麼認為），class之內除了變數外還可以整合函數，讓class比struct更為廣義，實用性大為提升，甚至形成一個一個可以互動的基礎單元，奠定了更廣義的程式設計概念，使物件導向程式設計成為主流，直到今日。

我們把類別（class）的大括號{ }裡的變數稱為成員變數，或以物件導向的觀點來說，又稱為「屬性」（property）或欄位（field）。而類別的大括號{ }裡的函數稱為成員函數，或者以物件導向的觀點來說，又把成員函數稱為「使用方法」（method、或簡稱「方法」）。這雖然都只是名詞而已，但還是要明白，才知道別人在說什麼。

所以，理解C語言struct的觀念之後，再學習C++、Java、C#、Python…等「物件導向」的程式語言，就會覺得很容易理解了。

 註：由於已經有class（類別）可用，所以Java和Python直接把struct功能給廢掉了，不過C++和C# 仍把它保留下來，但不常用到就是了。