（C语言入门）复合类型、内存管理

目录

复合类型（自定义类型）

概述：

 结构体变量的定义和初始化：

结构体成员的使用：

结构体做函数参数：

结构体值传参：

结构体地址传参：

共用体（联合体）：

共用体的语法：

共用体和结构体的区别：

枚举：

typedef：

内存管理：

内存分布：

C代码编译过程：

进程的内存分布：

堆区内存的使用：

复合类型（自定义类型）

概述：

  • 有时我们需要将不同类型的数据组合成一个有机的整体，如：一个学生有学号/姓名/性别/年龄/地址等属性，这时候可通过结构体实现。
  • 结构体(struct)可以理解为用户自定义的特殊的复合的“数据类型”。

 结构体变量的定义和初始化：

定义结构体变量的方式：

  • 先声明结构体类型再定义变量名。
  • 在声明类型的同时定义变量。

语法格式：

// 先声明结构体类型再定义变量名
struct 结构体名 {
    成员列表
};
struct 结构体名 变量名;

// 在声明类型的同时定义变量
struct 结构体名 {
    成员列表
}变量名;

示例代码：

// 结构体类型的定义
struct stu {
	char name[50];
	int age;
};

// 先定义类型，再定义变量（常用）
struct stu s1 = {"mike", 18};

// 定义类型同时定义变量
struct stu2 {
	char name[50];
	int age;
}s2 = {"yoyo", 19};

结构体成员的使用：

  • 如果是结构体变量，通过 . 操作成员
  • 如果是结构体指针变量，通过 -> 操作成员

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

// 结构体类型的定义
struct stu {
    char name[50];
    int age;
};

int main() {
    // 定义结构体变量，同时初始化
    struct stu s = {"mike", 18};
    // 打印成员变量
    printf("%s, %d\n", s.name, (&s)->age);
    // 修改成功变量的内容
    strcpy(s.name, "yoyo");
    s.age = 19;
    // 打印成员变量
    printf("%s, %d\n", s.name, (&s)->age);

    return 0;
}

结构体做函数参数：

结构体值传参：

传参是指将参数的值拷贝一份传递给函数，函数内部对该参数的修改不会影响到原来的变量

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

// 结构体类型的定义
struct stu {
    char name[50];
    int age;
};

// 函数定义
void func(struct stu temp) {
    strcpy(temp.name, "yoyo");
    temp.age = 20;
    printf("函数内部：%s, %d\n", temp.name, temp.age);
}

int main() {
    // 定义结构体变量
    struct stu s = {"mike", 18};
    // 调用函数，值传递
    func(s);
    // 打印成员变量
    printf("函数外部：%s, %d\n", s.name, (&s)->age);

    return 0;
}

结构体地址传参：

传址是指将参数的地址传递给函数，函数内部可以通过该地址来访问原变量，并对其进行修改。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

// 结构体类型的定义
struct stu {
    char name[50];
    int age;
};

// 函数定义
void func(struct stu *p) {
    strcpy(p->name, "yoyo");
    p->age = 20;
    printf("函数内部：%s, %d\n", p->name, p->age);
}

int main() {
    // 定义结构体变量
    struct stu s = {"mike", 18};
    // 调用函数，地址传递
    func(&s);
    // 打印成员变量
    printf("函数外部：%s, %d\n", s.name, (&s)->age);

    return 0;
}

共用体（联合体）：

共用体的语法：

  1. 共用体union是一个能在同一个存储空间存储不同类型数据的类型。
  2. 共用体所占的内存长度等于其最长成员的长度。
  3. 同一内存段可以用来存放几种不同类型的成员，但每一瞬时只有一种作用。
  4. 共用体变量中起作用的成员是最后一次存放的成员，在存入一个新的成员后原有的成员的值会被覆盖。
  5. 共用体变量的地址和它的各成员的地址都是同一地址。

示例代码：

#include <stdio.h>

// 共用体也叫联合体
union Test {
    unsigned char a;
    unsigned int b;
    unsigned short c;
};

int main() {
    // 定义共用体变量
    union Test tmp;

    // 1、所有成员的首地址是一样的
    printf("%p, %p, %p\n", &(tmp.a), &(tmp.b), &(tmp.c));

    // 2、共用体大小为最大成员类型的大小
    printf("%llu\n", sizeof(union Test));

    // 3、一个成员赋值，会影响另外的成员
    tmp.b = 0x44332211;

    printf("%x\n", tmp.a); // 11
    printf("%x\n", tmp.c); // 2211

    tmp.a = 0x00;
    printf("short: %x\n", tmp.c); // 2200
    printf("int: %x\n", tmp.b);   // 44332200

    return 0;
}

共用体和结构体的区别：

存储方式：

  • 结构体：结构体中的每个成员都占据独立的内存空间，成员之间按照定义的顺序依次存储。
  • 共同体：共用体中的所有成员共享同一块内存空间，不同成员可以存储在同一个地址上。

内存占用：

  • 结构体：结构体的内存占用是成员变量占用空间之和，每个成员变量都有自己的内存地址。
  • 共用体：共用体的内存占用是最大成员变量所占用的空间大小，不同成员变量共享同一块内存地址。

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
};
  1. 在枚举值表中应列出所有可用值，也称为枚举元素。
  2. 枚举值是常量，不能在程序中用赋值语句再对它赋值。
  3. 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...

示例代码：

#include <stdio.h>

enum weekday {
    sun = 2, mon, tue, wed, thu, fri, sat
} ;

enum bool {
    flase, true
};

int main() {
    enum weekday a, b, c;
    a = sun;
    b = mon;
    c = tue;
    printf("%d,%d,%d\n", a, b, c);

    enum bool flag;
    flag = true;

    if (flag == true) {
        printf("flag为真\n");
    }

    return 0;
}

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。

示例代码：

#include <stdio.h>

// 类型起别名
typedef int INT;
typedef char BYTE;
typedef BYTE T_BYTE;
typedef unsigned char UBYTE;

// struct type 起别名 
// TYPE为普通结构体类型，PTYPE为结构体指针类型
typedef struct type {
    UBYTE a;
    INT b;
    T_BYTE c;
} TYPE, *PTYPE;

int main() {
    TYPE t;
    t.a = 254;
    t.b = 10;
    t.c = 'c';

    PTYPE p = &t;
    printf("%u, %d, %c\n", p->a, p->b, p->c);

    return 0;
}

内存管理：

内存分布：

C代码编译过程：

  • 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

进程的内存分布：

  1. 程序运行起来(没有结束前)就是一个进程
  2. 对于一个C语言程序而言，内存空间主要由五个部分组成 代码区(text)、数据区(data)、未初始化数据区(bss)，堆(heap) 和 栈(stack) 组成
  • 有些人直接把data和bss合起来叫做静态区或全局区

  • 代码区（text segment）
    • 加载的是可执行文件代码段，所有的可执行代码都加载到代码区，这块内存是不可以在运行期间修改的。
  • 未初始化数据区（BSS）
    • 加载的是可执行文件BSS段，位置可以分开亦可以紧靠数据段，存储于数据段的数据（全局未初始化，静态未初始化数据）的生存周期为整个程序运行过程。
  • 全局初始化数据区/静态数据区（data segment）
    • 加载的是可执行文件数据段，存储于数据段（全局初始化，静态初始化数据，文字常量(只读)）的数据的生存周期为整个程序运行过程。
  • 栈区（stack）
    • 栈是一种先进后出的内存结构，由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、返回值、局部变量等。在程序运行过程中实时加载和释放，因此，局部变量的生存周期为申请到释放该段栈空间。
  • 堆区（heap）
    • 堆是一个大容器，它的容量要远远大于栈，但没有栈那样先进后出的顺序。用于动态内存分配。堆在内存中位于BSS区和栈区之间。一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收。

堆区内存的使用：

malloc函数说明：

#include <stdlib.h>
void *malloc(size_t size);
功能：在内存的动态存储区(堆区)中分配一块长度为size字节的连续区域，用来存放类型说明符指定的类型。
	分配的内存空间内容不确定。
参数：
	size：需要分配内存大小(单位：字节)
返回值：
    成功：分配空间的起始地址
    失败：NULL

free函数说明：

#include <stdlib.h>
void free(void *ptr);
功能：释放ptr所指向的一块内存空间，ptr是一个任意类型的指针变量，指向被释放区域的首地址。
	对同一内存空间多次释放会出错。
参数：
	ptr：需要释放空间的首地址，被释放区应是由malloc函数所分配的区域。
返回值：无

示例代码：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int i, *arr, n;
    printf("请输入要申请数组的个数: ");
    scanf("%d", &n);

    // 堆区申请 n * sizeof(int) 空间，等价int arr[n]
    arr = (int *)malloc(n * sizeof(int));
    if (arr == NULL) { // 如果申请失败，提前中断函数
        printf("申请空间失败!\n");
        return -1;
    }

    for (i = 0; i < n; i++){
        // 给数组赋值
        arr[i] = i;
    }

    for (i = 0; i < n; i++) {
        // 输出数组每个元素的值
        printf("%d, ", *(arr+i));
    }
    
    // 释放堆区空间
    free(arr);

    return 0;
}

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