C语言的复合类型、内存管理、综合案例

day05：复合类型、内存管理、综合案例

一、复合类型(自定义类型)

1.1 共用体(联合体)

共用体和结构体区别

特性	结构体 (struct)	共用体 (union)
存储方式	各成员顺序存储，拥有独立的内存空间。	所有成员共享同一块起始内存空间。
内存占用	所有成员大小之和（需考虑内存对齐）。	最大成员的大小。
成员访问	所有成员同时有效，可随时访问，互不影响。	同一时间只有一个成员有效，对一个成员赋值会覆盖其他成员。

#include <stdio.h>
#include<stdint.h>// 定义一个联合体（共同体）Text，它包含三个不同类型的成员
// 联合体的特点是所有成员共享同一块内存空间，其大小等于最大成员的大小
union Text{uint8_t a;  // 1字节uint16_t b; // 2字节uint32_t c; // 4字节// 因此，这个联合体的大小为4字节（即uint32_t的大小）
};int main() {union Text text; // 声明一个联合体变量text// 打印各个成员的地址，可以看到它们的地址是相同的// 这是因为联合体的所有成员都共享同一块内存空间printf("%p, %p, %p \n",&text.a,&text.b,&text.c);//地址// 打印联合体变量的大小，结果为4字节（最大成员uint32_t的大小）printf("%d\n",sizeof(text));//最大的数据类型就是共用体的内存// 给成员c赋值，由于联合体共享内存，这个值会同时影响其他成员text.c = 0x44332211;//赋值// 打印各个成员的值：// text.a 只能访问最低的1字节，即0x11// text.b 只能访问最低的2字节，即0x2211// text.c 访问全部4字节，即0x44332211printf("%#x %#x %#x\n",text.a,text.b,text.c);return 0;
}

1.2 枚举

• 枚举：将变量的值一一列举出来，变量的值只限于列举出来的值的范围内

• 语法格式：

  enum  枚举名 { 枚举值表 };
  

• 在枚举值表中应列出所有可用值，也称为枚举元素

  • 枚举值是常量，不能在程序中用赋值语句再对它赋值
  • 枚举元素本身由系统定义了一个表示序号的数值从0开始顺序定义为0，1，2 …

#include <stdio.h>// 定义一个枚举类型color，用于表示颜色
// 枚举类型是一种用户定义的数据类型，它包含一组命名的整型常量
// 默认情况下，第一个枚举值被赋值为0，后续的枚举值依次递增1
enum color{// red 被赋值为 0red,// whild 被赋值为 1whild,// green 被赋值为 2green,// blue 被赋值为 3blue,// yellow 被赋值为 4yellow
};int main() {// 打印red的值，应该是0printf("red  = %d\n",red);// 使用switch语句根据枚举值进行分支处理// 这里使用blue作为switch的条件，blue的值为3switch (blue){// 当值为red(0)时，打印"红色"case red:printf("红色\n");break;// 当值为green(2)时，打印"绿色"case green:printf("绿色\n");break;// 当值为blue(3)时，打印"蓝色"case blue:printf("蓝色\n");break;// 默认情况，当没有匹配的case时执行default:break;}return 0;
}

1.3 typedef

• typedef为C语言的关键字，作用是为一种数据类型(基本类型或自定义数据类型)定义一个新名字，不能创建新类型。

#include <stdio.h>// 使用typedef为unsigned char类型起一个别名u8
// 这样在后续代码中可以直接使用u8来声明变量，提高代码可读性
typedef unsigned char u8;// 使用typedef为枚举类型起别名
// 定义一个枚举类型color，包含几种颜色
// 然后使用typedef将enum color命名为color，这样可以直接使用color来声明变量
typedef enum color{// 默认从0开始计数red,      // red = 0whild,    // whild = 1green,    // green = 2blue,     // blue = 3yellow    // yellow = 4
}color; // 为enum color起别名color// 使用typedef为结构体类型起别名
// 定义一个Student结构体，包含姓名、年龄和性别
// 然后使用typedef将struct Student命名为Student，并将struct Student*命名为PStudent
typedef struct Student{char name[20];  // 姓名，字符数组int age ;       // 年龄，整型char sex ;      // 性别，字符型
}Student,*PStudent;  // Student是struct Student的别名，PStudent是struct Student*的别名int main() {// 使用u8别名声明变量au8 a;// 使用Student别名声明结构体变量sStudent s;// 使用PStudent别名声明结构体指针变量p，并指向sPStudent p = &s;// 通过指针p修改结构体s的age成员p->age = 12;// 打印结构体s的age成员，验证修改成功printf("%d\n",s.age);// 使用color别名声明枚举变量ccolor c;return 0;
}

二、内存管理

2.1 C代码编译过程(了解)

• 预处理：宏定义展开、头文件展开、条件编译，这里并不会检查语法

• 编译：检查语法，将预处理后文件编译生成汇编文件

• 汇编：将汇编文件生成目标文件(二进制文件)

• 链接：将目标文件链接为可执行程序

2.2 进程的内存分布

• 程序运行起来(没有结束前)就是一个进程

  • windows打开任务管理器：ctrl+shfit+esc

• 程序内存区域划分

  内存区域	存储内容	生存周期	管理方式	主要特点
  代码区 (Text)	程序的可执行代码	整个程序运行期间	系统	只读
  数据区 (Data)	已初始化的全局/静态变量、常量	整个程序运行期间	系统	程序结束时释放
  BSS区 (BSS)	未初始化的全局/静态变量	整个程序运行期间	系统	程序启动时清零
  栈区 (Stack)	函数参数、局部变量、返回值	函数调用期间	编译器自动管理	先进后出 (FILO)，空间有限
  堆区 (Heap)	动态分配的内存 (malloc)	从分配到释放	程序员手动管理	空间较大，需手动释放，易产生碎片

2.3 堆区内存的使用

• 手动管理
• 不手动释放，如果程序没有结束，堆区内存一直在

2.4 内存分布代码分析

2.4.1 返回栈区地址

#include <stdio.h>int *func() {int a = 10;return &a; // 函数调用完毕，因为a是局部变量，a释放
}int main() {int *p = NULL;p = func();*p = 100; // 操作野指针指向的内存,errprintf("11111111111111111\n"); // 这句话可能执行不到，因为上一句话报错return 0;
}

2.4.1.1 返回data区地址

• 在函数内部使用static修饰的变量称为静态局部变量
• 它在程序运行期间只被初始化一次，并且在函数调用结束后也不会被销毁

#include <stdio.h>int *func() {// 静态局部变量，只会初始化一次static int a = 10;return &a; // 函数调用完毕，a不释放
}int main() {int *p = NULL;p = func();*p = 100; // okprintf("*p = %d\n", *p);return 0;
}

2.4.1.1 普通和静态局部变量区别

特性	普通局部变量	静态局部变量
存储位置	栈区 (Stack)	静态数据区 (Data/BSS)
生命周期	函数调用开始 到 函数返回结束	整个程序运行期间
作用域	仅限于声明所在的 函数内部	仅限于声明所在的 函数内部
初始化时机	每次 进入函数时都初始化	仅在第一次 进入函数时初始化一次
默认初始值	不确定值（随机值）	0 或 NULL（由系统自动初始化）
函数调用间的值	每次调用都是新的，不保留 上次的值	会保留 上次调用结束时的值

#include <stdio.h>void normal_func() {int i = 0;i++;printf("局部变量 i = %d\n", i);
}void static_func() {static int j = 0;j++;printf("static局部变量 j = %d\n", j);
}int main() {// 调用3次normal_func()normal_func();normal_func();normal_func();// 调用3次static_func()static_func();static_func();static_func();return 0;
}

2.4.2 返回堆区地址

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int *func() {int *tmp = NULL;// 堆区申请空间tmp = (int *)malloc(sizeof(int));*tmp = 100;return tmp; // 返回堆区地址，函数调用完毕，不释放
}int main() {int *p = NULL;p = func();printf("*p = %d\n", *p); // ok// 堆区空间，使用完毕，手动释放if (p != NULL) {free(p);p = NULL;}return 0;
}

三、学生信息管理系统

• 函数版学生信息管理系统

#include <stdio.h>
#include<string.h>// 定义学生数组的最大容量
#define MAX 50// 定义学生结构体，包含姓名、年龄和性别
// 使用typedef为struct {...}起别名为Student
typedef struct {char name[20];  // 学生姓名，最多19个字符+1个结束符int age ;       // 学生年龄char sex ;      // 学生性别，'m'表示男性，'f'表示女性
}Student;// 初始化学生数组，包含4个学生的信息
Student stu [MAX]={{"feifei",18,'m'},{"mamafei",18,'f'},{"koko",18,'f'},{"yoyo",20,'f'},
};// 当前学生数组中的实际学生数量
int len = 4 ;// 根据姓名查找学生在数组中的索引
// 参数：p - 要查找的学生姓名
// 返回值：找到则返回索引，未找到返回-1
int find_by_name(char * p){for (int i = 0; i < len; i++){// 使用strcmp比较字符串，相等时返回0if(strcmp(stu[i].name,p)==0){return i ; }}return -1;
}// 显示帮助菜单
void help_menu() {printf("\n");printf("     欢迎使用本学生信息管理系统\n");printf("* ================================ *\n");printf("* 1. 添加                          *\n");printf("* 2. 显示                          *\n");printf("* 3. 查询                          *\n");printf("* 4. 修改                          *\n");printf("* 5. 删除                          *\n");printf("* 6. 退出                          *\n");printf("* ================================ *\n");
}// 添加学生信息
void add(){printf("增加第%d的学生的信息\n",len+1);printf("请输入新的学生的名字\n");scanf("%s",stu[len].name);  // 读取学生姓名printf("请输入新的学生的年龄\n");scanf("%d",&stu[len].age);  // 读取学生年龄printf("请输入新的学生的性别(m,f)\n");scanf(" %c",&stu[len].sex); // 读取学生性别，注意前面有空格用于跳过换行符len++;  // 学生数量增加printf("添加成功\n");}// 显示所有学生信息
void show(){printf("姓名\t年龄\t性别\n");for (int i = 0; i < len; i++){printf("%s\t%d\t%c\n",stu[i].name,stu[i].age,stu[i].sex);}// 检查是否达到最大容量if (len >MAX){printf("不能在存储数据了\n");}}// 查询单个学生信息
void show_one(){char tamp [20];  // 临时存储输入的姓名printf("请输入姓名\n");scanf("%s",tamp);int sop = find_by_name(tamp);  // 查找学生if (sop != -1){// 如果找到学生，显示其信息printf("%s\t%d\t%c\n",stu[sop].name,stu[sop].age,stu[sop].sex);}else{printf("请重新输入名字，%s不存在\n",tamp);}}// 修改学生信息
void updata(){char tamp [20];  // 临时存储输入的姓名printf("请输入姓名\n");scanf("%s",tamp);int sop = find_by_name(tamp);  // 查找学生if (sop != -1){//printf("%s\t%d\t%c\n",stu[sop].name,stu[sop].age,stu[sop].sex);//=======================修改printf("请输入需要修改学生的名字\n");scanf("%s",stu[sop].name);  // 修改姓名printf("请输入学生修改后的年龄\n");scanf("%d",&stu[sop].age);  // 修改年龄printf("请输入新的学生修改后的性别(m,f)\n");scanf(" %c",&stu[sop].sex); // 修改性别printf("修改成功\n");}else{printf("请重新输入名字，%s不存在\n",tamp);}}// 删除学生信息
void delete(){char tamp [20];  // 临时存储输入的姓名printf("请输入姓名\n");scanf("%s",tamp);int sop = find_by_name(tamp);  // 查找学生if (sop != -1){//=======================删除// 将数组最后一个元素复制到要删除的位置，然后减少数组长度// 这是一种简单的删除方法，避免了数组元素的移动stu[sop] = stu[len-1];len--;printf("%s删除成功\n",tamp);}else{printf("请重新输入名字，%s不存在\n",tamp);}}// 主函数，程序入口
int main() {// 无限循环，直到用户选择退出while (1){help_menu();  // 显示菜单int a ;printf("请输入一个数字 ");scanf("%d",&a);  // 读取用户选择// 根据用户输入执行相应操作if (a==1){printf("添加\n");add();  // 添加学生}else if (a==2){printf("显示\n");show();  // 显示所有学生}else if (a==3){printf("查询\n");show_one();  // 查询单个学生}else if (a==4){printf("修改\n");updata();  // 修改学生信息}else if (a==5){printf("删除\n");delete();  // 删除学生信息}else if (a==6){printf("退出\n");break;  // 退出循环，结束程序}else{printf("请重新输入数字\n");  // 输入无效时提示}
} return 0;
}