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17-C语言：第18天笔记

news 2025/8/2 16:29:39

C语言：第18天笔记

内容提要

  • 动态内存分配
  • 内存操作

动态内存分配

要实现动态内存分配，需要使用标准C库提供的库函数，我们所说的动态内存分配，其实就是在堆区申请内存（此时的内存回收需要程序员自身来维护）

常用函数

malloc

  • 头文件：#include <stdlib.h>

  • 函数原型：

     void* malloc(size_t size);

  • 功能：分配指定字节数的内存到堆区，返回指向内存块首地址的指针。内存内容未初始化（随机值）。

  • 参数：

    • size：要分配的内存大小（字节），这里的size_t是数据类型 unsigned long int的别名。

  • 返回值：

    • 成功：返回内存指针（申请到的内存的首地址）
    • 失败：失败返回NULL

  • 示例：

    
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main(int argc, char *argv[])
{// 新建一个指针变量，用来接收内存分配后返回的堆内存首地址int *p = malloc(sizeof(int)); // 4字节 这里尽量不使用常量// 对于指针的使用，一定要进行有效性校验，防止野指针if(p == NULL){ // 等价于 !pperror("内存申请失败！");// 这个函数用于向控制台输出异常信息return -1;}// malloc申请的内存空间，默认填充的是随机值，需要我们手动清零memset(p,0,sizeof(int)); // 对指定空间赋值0，支持批量赋值// 向这块空间赋值*p = 100;// 访问这块空间printf("%d\n", *p);// 堆空间使用完毕，一定要释放内存，此时需要程序员写代码释放free(p);// 如果指针对应的内存被释放，此时指针需要置空，防止产生空悬指针p = NULL;return 0;
}

  • 注意事项：

    • 分配内存后需要手动初始化内存，推荐memset或calloc
    • 内存空间连续，不可越界访问
calloc

  • 头文件：#include <stdlib.h>

  • 函数原型：

     void* calloc(size_t nitems, size_t size);

  • 功能：动态分配内存，并初始化为0

  • 参数：

    • nitems：元素个数
    • size：每个元素的字节大小

  • 返回值：

    • 成功：返回内存指针（申请到的内存的首地址）
    • 失败：失败返回NULL

  • 示例：

    
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#define LEN 5int main(int argc, char *argv[])
{// 创建一个指针变量，用来接收内存分配后返回的堆内存地址int *arr = calloc(LEN, sizeof(int)); // 等价于 int *arr = malloc(LEN * sizeof(int); memset(arr,0,LEN * sizeof(int));// 对于指针的使用，一定要进行非空检验，防止野指针if (arr == NULL) // 等价于 !arr{perror("内存申请失败！");return -1;}// 使用for循环快速赋值for (int i = 0; i < LEN; i++){if(i % 2 == 0) continue;arr[i] = (i+1)*10;}// 遍历数组int *p = arr;for (; p < arr + LEN; p++){printf("%-6d", *p);}printf("\n");// 内存使用完毕，释放内存free(arr);// 置空，防止产生空悬指针arr = p = NULL;return 0;
}

  • 使用场景：为数组分配内存时更安全高效。

realloc

  • 头文件：#include <stdlib.h>

  • 函数原型：

     void* realloc(void* ptr, size_t size);

  • 功能：调整已分配内存块的大小，可能迁移数据到新地址。扩容后，空余位置是随机值，需要手动清零。

  • 原理：

    • 当前内存空间后面的剩余空间足够扩容，就在原空间基础上进行扩容，返回原地址；
    • 当前内存空间后面的剩余空间不够扩容，会重新开辟一块空间，将原空间数据按顺序拷贝后，销毁原空间，返回新地址。扩容后的内存空间中的数据是随机的。需要手动清零。

  • 参数：

    • ptr：原内存指针（需要扩容的内存空间的指针，这个ptr的来源（malloc/calloc/realloc））
    • size：指定重新分配内存的大小（字节）

  • 返回值：

    • 成功：返回内存指针（申请到的内存的首地址）
    • 失败：失败返回NULL

  • 示例：

    
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#define LEN 5
#define NEW_LEN 8
#define NEW_LEN_MIN 3int main(int argc, char *argv[])
{// 创建一个指针，指向堆内存分配的内存空间int *arr = (int*)calloc(LEN, sizeof(int));// 指针的非空检验，防止野指针if (!arr){perror("内存申请失败！");return -1;}// 使用for循环赋值for (int i = 0; i < LEN; i++){arr[i] = (i+1)*10;}// 遍历数组int *p = arr;for (; p < arr + LEN; p++) printf("%-6d", *p); printf("\n");// 扩容数组int *temp = (int*)realloc(arr, NEW_LEN * sizeof(int)); // 扩容出来的空间，默认是随机值// 非空校验，防止野指针if(!temp){perror("内存申请失败！");free(arr); // 扩容失败，回收原空间return -1;}// 更新数组指针arr = temp;// 对扩容部分清零memset(arr+LEN,0,(NEW_LEN - LEN) * sizeof(int));// 修改数组元素arr[7] = 666;// 遍历数组for (int i = 0; i < NEW_LEN; i++) printf("%-6d", *(arr+i)); printf("\n");// 缩容数组temp = (int*)realloc(arr, 0); // 此时，会回收掉内存，等价于free(arr);// 非空校验，防止野指针if(!temp){perror("内存申请失败！");return -1;}// 更新数组指针arr = temp;// 遍历数组for (int i = 0; i < NEW_LEN; i++) printf("%-6d", *(arr+i)); printf("\n");// 释放内存free(arr);arr = NULL;p = NULL;return 0;
}

  • 注意事项：

    • 分配后需要手动初始化内存，推荐memset
    • 必须用临时变量接收返回值，避免直接覆盖原指针导致内存泄漏。
    • 若size为0，等效于free(ptr)
free
  • 头文件：#include <stdlib.h>
  • 函数原型：void free(void* ptr);
  • 功能：释放动态分配的内存。
  • 注意事项：
    • 只能释放一次，重复释放会导致程序崩溃。
    • 释放后应将指针置为NULL，避免野指针。
    • 栈内存由系统自动释放，无需手动free。

内存操作

我们对于内存操作需要依赖于string.h头文件中相关的库函数。

常用函数

内存填充

  • 头文件：#include <string.h>

  • 函数原型：

    void* memset(void* s, int c, size_t n);

  • 函数功能：将内存块s的前n个字节填充为c，一般用于初始化或者清零操作。

  • 参数说明：

    • s：目标内存首地址
    • c：填充值（以unsigned char形式处理（0~255））
    • n：填充字节数

  • 返回值：

    • 成功：返回s的指针
    • 失败：返回NULL

  • 注意事项：

    • 常用于动态初始化，c通常设置为0（清零）
    • 按字节填充，非整型初始化需要谨慎（如填充int数组时，0是安全的）

  • 案例：

    
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#define LEN 4int main(int argc, char *argv[])
{// 在堆内存申请4个int的连续空间int *p = (int*)malloc(LEN * sizeof(int));// 非空校验if (!p){perror("内存申请失败！");return -1;}// 初始化堆内存空间，填充0，我们也可以称作 清零操作memset(p, 0, LEN * sizeof(int));// 测试输出printf("%d,%d\n", p[1], *(p+1));// 释放内存free(p);  // 等价于 realloc(p,0);// 对指针置空，防止空悬指针p = NULL;return 0;
}
内存拷贝

  • 头文件：#include <string.h>

  • 函数原型：

    • 源与目标内存无重叠时使用

      void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t n);

    • 安全处理内存重叠

      void* memmove(void* dest, const void* src, size_t n);

  • 函数功能：将src的前n个字节拷贝到dest

  • 参数说明：

    • dest：目标内存首地址，支持指针偏移
    • src：源内存首地址，支持指针偏移
    • size_t n：拷贝的字节数

  • 返回值：

    • 成功：返回dest的首地址
    • 失败：返回NULL

  • 注意事项：

    • memmove能正确处理内存重叠，推荐优先使用
    • 确保目标内存足够大，避免溢出。

  • 示例：

    
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main(int argc, char *argv[])
{// 准备两个数组，用来存储源和目标int src[4] = {11,22,33,44}; // 拷贝 22,33  从src+1开始，拷贝2个sizeof(int)int dest[6] = {111,222,333,444,555,666}; // 目的地 dest+1，拷贝后：111,22,33,444,555,666register int i = 0;printf("拷贝前：");for (i = 0; i < 6; i++) printf("%-6d", dest[i]);// 进行拷贝// memcpy(dest+1,src+1,2 * sizeof(int));memmove(dest+1, src+1, 2 * sizeof(int));printf("\n拷贝后：");for (i = 0; i < 6; i++) printf("%-6d", dest[i]); printf("\n");return 0;
}

    在这里插入图片描述

思考：什么是内存重叠？

内存比较

  • 头文件：#include <string.h>

  • 函数原型：

    int memcmp(const void* s1, const void* s2, size_t n);

  • 函数功能：比较s1和s2的前n个字节

  • 返回值：

    • 0：内存内容相同
    • >0：s1中第一个不同字节大于s2
    • <0：s1中第一个不同字节小于s2

  • 注意事项：比较按字节进行，非字符串需确保长度一致（总字节数一致）。

  • 示例：

    
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main(int argc, char *argv[])
{// 准备两个测试用的数组int src[] = {111,22,33,44};int dest[] = {111,22,10,44,555,666};// 进行比较int result = memcmp(src, dest, 4 * sizeof(int)); printf("%d与%d的比较结果是%d\n",*src, *dest, result);return 0;
}
内存查找

  • 头文件：#include <string.h>

  • 函数原型：

    • 正向查找，C语言标准库函数

      void* memchr(const void* s, int c, size_t n);

    • 逆向查找，这个不是C语言标准库函数，属于GNU扩展

      void* memrchr(const void* s, int c, size_t n);

  • 函数功能：在s的前n个字节中查找字符c

  • 返回值：

    • 成功：返回找到内容对应的地址
    • 失败：返回NULL

  • 注意事项：

    • memrchr是GNU扩展函数，需手动声明（只要不是C语言标准提供，编译的时候都需要手动声明或链接）
    • 查找单位为字节值，非整型数据需要注意内存布局

  • 示例：

    
#include <stdio.h>
#include <string.h>
// #include <stddef.h>// 逆向查找函数 memrchr是GNU扩展函数，这个函数需要额外声明
extern void* memrchr(const void*, int, size_t);//void* memrchr(const void* s, int c, size_t n) {
//	const unsigned char* ptr = (const unsigned char*)s + n;
//	while (n--) {
//		if (*--ptr == (unsigned char)c) {
//			return (void*)ptr;
//		}
//	}
//	return NULL;
//}int main(int argc, char *argv[])
{// 准备一个测试数组char str[] = {'A','B','C','B'};// 查找字符 Bchar* first = (char*)memchr(str, 'B', sizeof(str)); // 返回 低地址对应的字符地址char* last  = (char*)memrchr(str, 'B', sizeof(str)); // GNU扩展函数，返回 高地址对应的字符地址printf("first=%p,last=%p\n", first, last);// first=0x7fff65a47875,last=0x7fff65a47877printf("第1个B的位置：%ld\n", first - str);// 1printf("最后1个B的位置：%ld\n", last - str);// 3return 0;
}

综合案例：学生成绩管理系统v2.0

  • 需求:

    要求实现一个基于指针的学生成绩管理系统，具体功能如下：

    1. 添加学生信息：输入学号和三门成绩，存储到数组中。
    2. 显示所有学生信息：遍历数组，输出每个学生的学号和成绩。
    3. 计算每个学生的平均分和总分：遍历数组，计算每行的总分和平均分。
    4. 根据某科成绩排序：用户选择科目，然后按该科成绩排序，可以升序或降序。
    5. 查找学生信息：按学号查找，显示该生的成绩和平均分。
    6. 退出程序。

  • 代码：

    
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#define MAX_STUDENTS 50    // 最大学生数
#define COURSE_NUM 3       // 课程科目数量
#define ID_LENGTH 4        // 学号长度/** 函数原型声明 **/
// 添加学生信息
void addStudent(int (*scores)[COURSE_NUM], char (*ids)[ID_LENGTH], int *count);
// 显示所有记录
void displayAll(int (*scores)[COURSE_NUM], char (*ids)[ID_LENGTH], int count);
// 查看统计信息
void showStatistics(int (*scores)[COURSE_NUM], char (*ids)[ID_LENGTH], int count);
// 成绩排序
// 查找学生
// 校验学号 1-校验合格  0-校验不合格
int validateId(char *id);/*** @brief 入口函数* * @param argc * @param argv * * @return */
int main(int argc, char *argv[])
{int choice;               // 用户菜单选择int studentCount = 0;     // 记录当前学生的数量// 学生数据存储（二维数组）char studentIds[MAX_STUDENTS][ID_LENGTH];       // 学生学号int scores[MAX_STUDENTS][COURSE_NUM];           // 学生成绩// 主循环do{// 系统菜单界面printf("\033[1;32m+-----------------------+\033[0m\n"); // 绿色边框printf("\033[1;32m| \033[1;33m学生成绩管理系统 v2.0\033[1;32m |\033[0m\n"); printf("\033[1;32m| \033[1;33m作者：冯鹏飞\033[1;32m          |\033[0m\n"); printf("\033[1;32m+-----------------------+\033[0m\n");printf("\033[31m1. 添加学生信息\033[0m\n");printf("\033[31m2. 显示所有记录\033[0m\n");printf("\033[31m3. 查看统计信息\033[0m\n");printf("\033[31m4. 成绩排序\033[0m\n");printf("\033[31m5. 查找学生\033[0m\n");printf("\033[31m6. 退出系统\033[0m\n");printf("\n请输入您的选择: ");scanf("%d", &choice);switch (choice) {case 1: // 添加学生信息addStudent(scores, studentIds, &studentCount);break;case 2: // 显示所有记录displayAll(scores, studentIds, studentCount);break;case 3: // 查看统计信息showStatistics(scores, studentIds, studentCount);break;case 4: // 成绩排序printf("该功能未开放！\n");break;case 5: // 查找学生printf("该功能未开放！\n");break;case 6: // 退出系统printf("系统已退出，感谢您的使用！\n");return 0;default://TODObreak;}}while(1);return 0;
}/*** @brief 添加学生信息* * @param scores 学生成绩数组* @param ids    学生学号数组* @param count  当前学生数量*/
void addStudent(int (*scores)[COURSE_NUM], char (*ids)[ID_LENGTH], int *count)
{// 校验存储空间是否已满if (*count >= MAX_STUDENTS){printf("错误信息：存储空间已满！\n");return;}printf("\n--- 添加学生信息 ---\n");// 创建一个数组，用来存放学生学号char tempId[ID_LENGTH + 1]; // 控制台输入的字符串以\0结尾// 学号验证do{printf("请输入4位学号：");scanf("%4s", tempId);// 清空缓冲区while(getchar() != '\n');}while(!validateId(tempId));// 检查学号是否存在register int i;for (i = 0; i < *count; i++){// 使用内存比较函数，比较两块内存中的数据是否相等if (memcmp(ids[i], tempId, ID_LENGTH) == 0){printf("该学号已存在！\n");return;}}// 向数组中存入学号memcpy(ids[*count], tempId, ID_LENGTH);// 输入成绩printf("请输入%d门课程成绩（0~100）:\n", COURSE_NUM);for (i = 0; i < COURSE_NUM;){printf("课程%d：", i + 1);// 1.非法字符校验int tempScore = scanf("%d", &scores[*count][i]);if (tempScore != 1){printf("成绩无效：请重新输入！\n");while(getchar() != '\n'); // 清空缓冲区continue;}// 2.输入范围校验if (scores[*count][i] < 0 || scores[*count][i] > 100){printf("成绩无效：请重新输入！\n");continue;}i++;  // i++ 写在这里，会受到continue的影响}// 更新序号，管理当前学生人数(*count)++;printf("学生信息添加成功！\n");
}/*** @brief 显示所有记录* * @param scores * @param ids * @param count */
void displayAll(int (*scores)[COURSE_NUM], char (*ids)[ID_LENGTH], int count)
{printf("\n--- 学生成绩列表 ---\n");// 校验是否存在数据if (count == 0){printf("暂无学生数据！\n");return;}// 表格数据// 表头 （学号，语文，数学，英语）printf("%s\t%s\t%s\t%s\n","学号","语文","数学","英语");// 数据for (int i = 0; i < count; i++) // 人{// 学号printf("%.4s\t",ids[i]);// 成绩for (int j = 0; j < COURSE_NUM; j++) // 科目{printf("%d\t", *(*(scores + i) + j)); // scores[i][j]}printf("\n");}printf("\n");
}/*** @brief 查询统计信息* * @param scores 学生成绩数组* @param ids    学生学号数组* @param count  当前学生数*/
void showStatistics(int (*scores)[COURSE_NUM], char (*ids)[ID_LENGTH], int count)
{// 校验是否存在学生if (count == 0){printf("暂无学生数据！\n");return;}// 创建一个数组，用来存储每一科总分int courseTotal[COURSE_NUM] = {0};// 创建一个数组，用来存储每一科最高分int courseMax[COURSE_NUM] = {0};// 创建一个数组，用来存储每一科最低分int courseMin[COURSE_NUM] = {100,100,100};// 遍历：计算每一科总分，最高分，最低分for (int i = 0; i < count; i++) // 遍历得到每一个学生，行{for (int j = 0; j < COURSE_NUM; j++) // 遍历得到每一个学生的每一门成绩，列{// 获取每一个成绩int score = scores[i][j];// 单科总分courseTotal[j] += score;// 单科最高分if (score > courseMax[j]) courseMax[j] = score;// 单科最低分if (score < courseMin[j]) courseMin[j] = score;}}// 输出信息printf("\n--- 课程统计信息 ---\n");char *courses[] = {"语文","数学","英语"};for (int i = 0; i < COURSE_NUM; i++){printf("%s：\n",courses[i]); // 语文 数学 英语printf("  平均分：%.2f\n", (float)courseTotal[i] / count); printf("  最高分：%d\n", courseMax[i]);printf("  最低分：%d\n", courseMin[i]);}
}/*** @brief 学号校验* * @param id 学号指针* * @return 1-合法，0-非法*/
int validateId(char *id)
{char *p = id;int len = 0;// 1.校验学号是否是数字while (*p && len < ID_LENGTH){// 校验输入的是否是数字if(!(*p >= '0' && *p <= '9')){printf("学号必须为数字！\n");return 0;// 不合法}p++;len++;}// 2. 校验学号的位数是否满足if (len != ID_LENGTH || *p != '\0'){printf("学号必须为4位！\n");return 0;}return 1;}
http://www.dtcms.com/a/308869.html

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