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C语言万字基础笔记总结（三）下

2022-05-17 99
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简介： 简介：C语言万字基础笔记总结（三）下

七、更灵活的内存管理方式


  • malloc

申请动态内存空间

  • free

释放动态内存空间

  • calloc

申请并初始化一系列内存空间

  • realloc

重新分配内存空间

1、mallloc

函数原型：

void *malloc(size_t size);

malloc函数向系统申请分配size个字节的内存空间，并返回一个指向这块空间的指针。


如果函数调用成功，返回一个指向申请的内存空间的指针，由于返回类型是void 指针（void *），所以它可以被转换成任何类型的数据；如果函数调用失败，返回值是NULL。另外，如果size参数设置为0，返回值也可能是NULL，但并不意味着函数调用失败。


  • 例：


# include<stdio.h>
# include<stdlib.h>
int main()
{
  int *ptr;
  ptr = (void *)malloc(sizeof(int));  
  // ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
  //因为viod类型，可以转换为任意类型，写成int 可以提高可读性 
  if (ptr == NULL)
  {
    printf("分配内存失败！\n");
    exit(1);
  }
  printf("请输入一个整数：");
  scanf("%d", ptr);
  printf("你输入的整数是：%d", *ptr);
  return 0;
}

输出：

请输入一个整数：6
你输入的整数是：6

2、free

函数原型：

void free(void *ptr);

free函数释放ptr参数指向的内存空间。该内存空间必须是由malloc、calloc或realloc函数申请的。否则，该函数将导致未定义行为。如果ptr参数是NULL，则不执行任何操作。

注意：该函数不会修改ptr参数的值，调用它后仍然指向原来的地方。（非法空间）

  • 例：
# include<stdio.h>
# include<stdlib.h>
int main()
{
  int *ptr;
  ptr = (void *)malloc(sizeof(int));  
  // ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
  //因为viod类型，可以转换为任意类型，写成int 可以提高可读性 
  if (ptr == NULL)
  {
    printf("分配内存失败！\n");
    exit(1);
  }
  printf("请输入一个整数：\n");
  scanf("%d", ptr);
  printf("free前，整数是：%d\n", *ptr);
  free(ptr);  //比较释放前后的区别
  printf("free后，整数是：%d\n", *ptr);
  return 0;
}

输出：

请输入一个整数：
6
free前，整数是：6
free后，整数是：13435216

释放后就出现了“错误数值”。

内存泄漏

  • 隐式内存泄漏

（用完内存块没有及时使用free函数释放）

  • 丢失内存块地址

3、calloc

函数原型：

void *calloc(size_t nmemb, size_t size);

calloc函数在内存中动态地申请nmemb个长度为size的连续内存空间（申请的总空间尺寸为nmemb*size），这些内存空间全部被初始化为0。

  • calloc函数与malloc函数的区别：

calloc函数在申请完内存后，自动初始化该内存空间为零。

malloc函数不进行初始化操作，里边的数据是随机的。

  • 例：以下两种写法是等价的


//calloc()分配内存空间并初始化
int *ptr = (int*)calloc(8, sizeof(int));
//malloc() 分配内存空间并用meset()初始化
int *ptr = (int *)malloc(8 * sizeof(int));
memset(ptr, 0, 8 * sizeof(int));

4、realloc

函数原型：

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

以下几点是需要注意的：

  • realloc函数修改ptr指向的内存空间大小为size字节
  • 如果新分配的内存空间比原来的大，则就内存块的数据不会发生变化；如果新的内存空间大小小于旧的内存空间，可能会导致数据丢失。
  • 该函数将移动内存空间的数据并返回新的指针
  • 如果ptr参数为NULL，那么调用该函数就相当于调用malloc
  • 如果调用size参数为0，并且ptr参数不为NULL，那么调用该函数就相当于调用free(ptr)
  • 除非ptr参数为NULL，否则ptr的值必须由先前调用malloc、calloc或者realloc函数返回。
  • 例：
# include <stdio.h>
# include <stdlib.h>
int main()
{
  int i,num;
  int count = 0;
  int *ptr = NULL; //  注意，这里必须初始化为NULL
  do 
  {
    printf("请输入一个整数（输入-1代表结束）：");
    scanf("%d", &num);
    count++;
    ptr = (int *)realloc(ptr, count * sizeof(int));
    if (ptr == NULL)
    {
      exit(1);
     } 
    ptr[count-1] = num; 
   } while(num != -1);   //直到num=-1，循环停止 
   printf("输入的整数分别是：");
   for (i = 0;i < count;i++)
   {
    printf("%d  ", ptr[i]);
   }
   putchar('\n');  //这里是单引号 
   return 0;
 }

输出：

请输入一个整数（输入-1代表结束）：9
请输入一个整数（输入-1代表结束）：0
请输入一个整数（输入-1代表结束）：7
请输入一个整数（输入-1代表结束）：-1
输入的整数分别是：9  0  7  -1


八、C语言的内存布局规律

image.png

image.png

  • 代码段

代码段通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常属于只读。在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。

  • 数据段

通常用来存放已经初始化的去那句变量和局部静态变量。

  • BSS段

通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。这个区段中的数据在程序运行前将被自动初始化为数字0。

1、堆

堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩展或缩小。当进程调用malloc等函数分配内存时，新分配的内存就动态添加到堆上；当利用free等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被删除。

2、栈

栈是函数执行的内存区域，通常和堆共享一片区域。

3、堆和栈的区别

  • 申请方式：

堆由程序员手动申请

栈由系统自动分配

  • 释放方式：

堆由程序员手动释放

栈由系统自动释放

  • 生存周期：

堆的生存周期由动态申请到程序猿主动释放为止，不同函数之间均可自由访问

栈的生存周期由函数调用开始到函数返回时结束，函数之间的局部变量不能互相访问

  • 发展方向：

堆是从低地址向高地址发展

栈是由高地址向低地址发展


九、宏定义


1、不带参数的宏定义

  1. 为了和普通的变量进行区分，宏的名字全部由大写字母组成。
  2. 宏定义只是简单地进行替换，并且由于预处理是在编译之前进行，而编译工作的任务之一就是语法检查，所以编译器不会堆宏定义进行语法检查。
  3. 宏定义不是说明或语句，在末尾不必加分号。
  4. 宏定义的作用域是从定义的位置开始到整个程序结束。
    例：计算一个圆的面积
# include <stdio.h>
#define PI 3.14
int main(){
  int r = 4;
  float s;
  s = r * r * PI;
  printf("圆的面积是：%.2f", s);
  return 0;
}

输出结果为：

圆的面积是：50.24
  1. 可以用#undef 来终止宏定义的作用域。
    例：将上例加上#undef
# include <stdio.h>
#define PI 3.14
int main(){
  int r = 4;
  float s;
#undef PI           
  s = r * r * PI;
  printf("圆的面积是：%.2f", s);
  return 0;
}

编译结果：

[Error] 'PI' undeclared (first use in this function)
[Note] each undeclared identifier is reported only once for each function it appears in

可见，到计算面积的时候，PI并没有被定义。原因是#undef终结了作用域。

6. 宏定义允许嵌套。

2、带参数的宏定义

  • 例：输出两个数中较大的那个
# include <stdio.h>
#define MAX(x, y) (((x) > (y)) ? (x) : (y)) 
int main(){
  int x, y;
  printf("请输入两个数：");
  scanf("%d%d", &x, &y);
  printf("两个数中较大的那个是：%d", MAX(x,y));
  return 0;
}

输出结果为：

请输入两个数：9 8
两个数中较大的那个是：9

注意：MAX(x, y)这里的MAX和（x，y）中间不能有空格。

((x) > (y)) ? (x) : (y)   //这里是条件语句，是不是有点忘记了呢?

3、补充：#和##运算符

  • 在带参数的宏定义中，#运算符后面应该跟一个参数，预处理器会把这个参数转换成一个字符串
  • 例：
# include <stdio.h>
# define STR(s)  #s
int main(){
  printf(STR(Hello  %s), STR(World));
  return 0;
}

运算结果：

Hello World
  • ##运算符被称为记号连接运算符，比如我们可以使用##运算符连接两个参数。
  • 例：
# include <stdio.h>
# define LINK(x, y) x ## y
int main(){
  printf("%d\n", LINK(5, 21));
  return 0;
}

输出结果：

521


十、内联函数


引入内敛函数来解决程序中函数调用的效率问题。


内联函数虽然节省了函数调用的时间消耗，但由于每一个函数出现的地方都要进行替换，因此增加了代码编译的时间。另外，并不是所有的函数都能变化曾内联函数。

现在的编译器也很聪明，就算你不写inline，它也会自动将一些函数优化成内联函数。

所以说，内联函数了解即可！


十一、结构体


1、结构体声明、定义、变量访问及初始化

可以使用结构体（Struct）来存放一组不同类型的数据。

  • 结构体声明
struct  结构体名称
{
     结构体成员1；
     结构体成员2；
     结构体成员3；
     ......
}；


  • 定义结构体类型变量
struct  结构体名称  结构体变量名
  • 访问结构体变量

需要用到 . 运算符。比如book.title就是引用book结构体的title成员，它是一个字符数组。

  • 例：设计一个简单的图书录入系统
# include <stdio.h>
struct Book
{
  char title[120];
  char author[40];
  float price;
 } ;
int main(){
  struct Book book;
  printf("请输入书名：");
  scanf("%s", book.title);
  printf("请输入作者：");
  scanf("%s", book.author);
  printf("请输入价格：");
  scanf("%f", &book.price);
  printf("数据录入完成\n");
  printf("书名：%s\n", book.title);
  printf("作者：%s\n", book.author);
  printf("价格：%.2f\n", book.price);
  return 0;
}

输出结果：

请输入书名：《从容的底气》
请输入作者：林清玄
请输入价格：39.90
数据录入完成
书名：《从容的底气》
作者：林清玄
价格：39.90
  • 初始结构体的指定成员值

例如，上例中，我们只初始化Book的price成员：

struct  Book  book  =  {.price = 50};

2、结构体数组

  • 定义的第一种方法，在声明结构体的时候进行定义
struct  结构体名称
{
    结构体成员;
} 数组名[长度];
  • 定义的第二种方法，先声明一个结构体类型，再用此类型定义一个结构体数组
struct  结构体名称
{
    结构体成员;
};
struct  结构体名称  数组名[长度];
  • 初始化结构体数组
  • 例如：
struct Book book[3] = {
     {"三体Ⅰ", "地球往事"},
     {"三体Ⅱ", "黑暗森林"},
     {"三体Ⅲ", "死神永生"}
};


3、结构体指针

  • 通过结构体指针访问结构体成员的两种方法
第一种：(*结构体指针).成员名
第二种：结构体指针->成员名

4、传递结构体变量

两个结构体变量能直接赋值，但要求数据类型要一致。

  • 例：
# include <stdio.h>
int main(){
  struct Test{
    int x;
    int y;
  }t1, t2;
  t1.x = 3;
  t1.y = 10;  
  t2 = t1;  // 将t1的值赋给t2
  printf("t2.x = %d, t2.y = %d\n", t2.x, t2.y);
  return 0;
}

输出：

t2.x = 3, t2.y = 10
  • 例：一个小的图书录入系统
#include <stdio.h>
struct Date  //结构体声明 
{
  int year;
  int month;
  int day;
};
struct Book   //结构体声明 
{
  char title[120];  //定义一个字符数组 
  char author[40];
  struct Date data;
};
struct Book getInput(struct Book book); 
void printBook(struct Book book); //函数声明
struct Book getInput(struct Book book)  //录入信息子函数，该函数的返回值是一个结构体，参数也是一个结构体 ，只要是机构提，就要有struct关键字 
{
  printf("请输入书名：");
  scanf("%s", book.title);
  printf("请输入作者：");
  scanf("%s", book.author);
  printf("请输入购买日期：");
  scanf("%d-%d-%d", &book.data.year, &book.data.month, &book.data.day);
  return book;
}
void printBook(struct Book book)   //打印子函数 
{
  printf("书名：%s\n", book.title);
  printf("作者：%s\n", book.author);
  printf("购买日期：%d-%d-%d\n", book.data.year, book.data.month, book.data.day);
}
int main()
{
  struct Book b1, b2;  //定义结构体变量 
  printf("请输入第一本书的信息：\n");
  b1 = getInput(b1);
  putchar('\n');
  printf("请输入第二本书的信息：\n");
  b2 = getInput(b2);
  printf("\n\n现在信息已录入完毕，开始打印验证\n\n");
  printf("打印第一本书的信息：\n"); 
  printBook(b1);
  printf("打印第二本书的信息：\n");
  printBook(b2);
  return 0; 
}

输出结果为：

请输入第一本书的信息：
请输入书名：《远方的星》
请输入作者：星
请输入购买日期：2021-7-27
请输入第二本书的信息：
请输入书名：《星》
请输入作者：远方的星
请输入购买日期：2021-7-27
现在信息已录入完毕，开始打印验证
打印第一本书的信息：
书名：《远方的星》
作者：星
购买日期：2021-7-27
打印第二本书的信息：
书名：《星》
作者：远方的星
购买日期：2021-7-27

5、传递指向结构体变量的指针。

  • 例：将上例进行简单修改
#include <stdio.h>
struct Date  
{
  int year;
  int month;
  int day;
};
struct Book    
{
  char title[120];  
  char author[40];
  struct Date data;
};
void getInput(struct Book *book); 
void printBook(struct Book *book); 
void getInput(struct Book *book)  //由于用到指针，这里就不需要返回值了 
{
  printf("请输入书名：");
  scanf("%s", book->title);
  printf("请输入作者：");
  scanf("%s", book->author);
  printf("请输入购买日期：");
  scanf("%d-%d-%d", &book->data.year, &book->data.month, &book->data.day);  //因为前面没有把data定义为指针，所以data.year等地方不需要修改 
}
void printBook(struct Book *book)   
{
  printf("书名：%s\n", book->title);
  printf("作者：%s\n", book->author);
  printf("购买日期：%d-%d-%d\n", book->data.year, book->data.month, book->data.day);
}
int main()
{
  struct Book b1, b2;  //定义结构体变量 
  printf("请输入第一本书的信息：\n");
  getInput(&b1);   //传入地址 
  putchar('\n');
  printf("请输入第二本书的信息：\n");
  getInput(&b2);
  printf("\n\n现在信息已录入完毕，开始打印验证\n\n");
  printf("打印第一本书的信息：\n"); 
  printBook(&b1);
  printf("打印第二本书的信息：\n");
  printBook(&b2);
  return 0; 
}

结果与上例一致。

6、动态申请结构体

使用malloc函数为结构体分配存储空间

例：对上例继续做简单的改变

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>    //exit需要的头文件 
struct Date  
{
  int year;
  int month;
  int day;
};
struct Book    
{
  char title[120];  
  char author[40];
  struct Date data;
};
void getInput(struct Book *book); 
void printBook(struct Book *book); 
void getInput(struct Book *book)  //由于用到指针，这里就不需要返回值了 
{
  printf("请输入书名：");
  scanf("%s", book->title);
  printf("请输入作者：");
  scanf("%s", book->author);
  printf("请输入购买日期：");
  scanf("%d-%d-%d", &book->data.year, &book->data.month, &book->data.day);  //因为前面没有把data定义为指针，所以data.year等地方不需要修改 
}
void printBook(struct Book *book)   
{
  printf("书名：%s\n", book->title);
  printf("作者：%s\n", book->author);
  printf("购买日期：%d-%d-%d\n", book->data.year, book->data.month, book->data.day);
}
int main()
{
  struct Book *b1, *b2;  //定义结构体变量 
  b1 = (struct Book *)malloc(sizeof(struct Book));  //强制转换为一个指向Book的指针 
  b2 = (struct Book *)malloc(sizeof(struct Book)); 
  if (b1 == NULL || b2 == NULL) 
  {
    printf("内存分配失败！\n");
    exit(1);
  }
  printf("请输入第一本书的信息：\n");
  getInput(b1);   
  putchar('\n');
  printf("请输入第二本书的信息：\n");
  getInput(b2);
  printf("\n\n现在信息已录入完毕，开始打印验证\n\n");
  printf("打印第一本书的信息：\n"); 
  printBook(b1);
  printf("打印第二本书的信息：\n");
  printBook(b2);
  free(b1);
  free(b2);  //最后不能忘记释放 
  return 0; 
}

结果仍然一致！


十二、未完待续


这一阶段的笔记就先记录到这里，下一篇，应该是最后一篇啦，加油！

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

大家一起加油吧！

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