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C语言初学者入门讲座第十二讲结构

C语言初学者入门讲座第十二讲结构

2007-3-19 12:22:49　　文/佚名　　出处:电脑软硬件应用网　　

　　在数组一章中，曾介绍过数组的长度是预先定义好的，在整个程序中固定不变。C语言中不允许动态数组类型。例如： int n;scanf("%d",&n);int a[n]; 用变量表示长度，想对数组的大小作动态说明，这是错误的。但是在实际的编程中，往往会发生这种情况，即所需的内存空间取决于实际输入的数据，而无法预先确定。对于这种问题，用数组的办法很难解决。为了解决上述问题，C语言提供了一些内存管理函数，这些内存管理函数可以按需要动态地分配内存空间，也可把不再使用的空间回收待用，为有效地利用内存资源提供了手段。常用的内存管理函数有以下三个：

　　1.分配内存空间函数malloc

　　调用形式： (类型说明符*) malloc (size) 功能：在内存的动态存储区中分配一块长度为"size" 字节的连续区域。函数的返回值为该区域的首地址。 “类型说明符”表示把该区域用于何种数据类型。(类型说明符*)表示把返回值强制转换为该类型指针。“size”是一个无符号数。例如： pc=(char *) malloc (100); 表示分配100个字节的内存空间，并强制转换为字符数组类型，函数的返回值为指向该字符数组的指针，把该指针赋予指针变量pc。

　　2.分配内存空间函数 calloc

　　calloc 也用于分配内存空间。调用形式： (类型说明符*)calloc(n,size) 功能：在内存动态存储区中分配n块长度为“size”字节的连续区域。函数的返回值为该区域的首地址。(类型说明符*)用于强制类型转换。calloc函数与malloc 函数的区别仅在于一次可以分配n块区域。例如： ps=(struet stu*) calloc(2,sizeof (struct stu)); 其中的sizeof(struct stu)是求stu的结构长度。因此该语句的意思是：按stu的长度分配2块连续区域，强制转换为stu类型，并把其首地址赋予指针变量ps。

　　3.释放内存空间函数free

　　调用形式： 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，它指向被释放区域的首地址。被释放区应是由malloc或calloc函数所分配的区域：[例7.9]分配一块区域，输入一个学生数据。

main()
{
　struct stu
　{
　　int num;
　　char *name;
　　char sex;
　　float score;
　} *ps;
　ps=(struct stu*)malloc(sizeof(struct stu));
　ps->num=102;
　ps->name="Zhang ping";
　ps->sex='M';
　ps->score=62.5;
　printf("Number=%d\nName=%s\n",ps->num,ps->name);
　printf("Sex=%c\nScore=%f\n",ps->sex,ps->score);
　free(ps);
}

　　本例中，定义了结构stu，定义了stu类型指针变量ps。然后分配一块stu大内存区，并把首地址赋予ps，使ps指向该区域。再以ps为指向结构的指针变量对各成员赋值，并用printf 输出各成员值。最后用free函数释放ps指向的内存空间。整个程序包含了申请内存空间、使用内存空间、释放内存空间三个步骤，实现存储空间的动态分配。链表的概念在例7.9中采用了动态分配的办法为一个结构分配内存空间。每一次分配一块空间可用来存放一个学生的数据，我们可称之为一个结点。有多少个学生就应该申请分配多少块内存空间，也就是说要建立多少个结点。当然用结构数组也可以完成上述工作，但如果预先不能准确把握学生人数，也就无法确定数组大小。而且当学生留级、退学之后也不能把该元素占用的空间从数组中释放出来。用动态存储的方法可以很好地解决这些问题。有一个学生就分配一个结点，无须预先确定学生的准确人数，某学生退学，可删去该结点，并释放该结点占用的存储空间。从而节约了宝贵的内存资源。另一方面，用数组的方法必须占用一块连续的内存区域。而使用动态分配时，每个结点之间可以是不连续的(结点内是连续的)。结点之间的联系可以用指针实现。即在结点结构中定义一个成员项用来存放下一结点的首地址，这个用于存放地址的成员，常把它称为指针域。可在第一个结点的指针域内存入第二个结点的首地址，在第二个结点的指针域内又存放第三个结点的首地址，如此串连下去直到最后一个结点。最后一个结点因无后续结点连接，其指针域可赋为0。这样一种连接方式，在数据结构中称为“链表”。

　　在链表中，第0个结点称为头结点，它存放有第一个结点的首地址，它没有数据，只是一个指针变量。以下的每个结点都分为两个域，一个是数据域，存放各种实际的数据，如学号num，姓名name，性别sex和成绩score等。另一个域为指针域，存放下一结点的首地址。链表中的每一个结点都是同一种结构类型。例如，一个存放学生学号和成绩的结点应为以下结构：

struct stu
{
　int num;
　int score;
　struct stu *next;
}

　　前两个成员项组成数据域，后一个成员项next构成指针域，它是一个指向stu类型结构的指针变量。链表的基本操作对链表的主要操作有以下几种：

　　1.建立链表；

　　2.结构的查找与输出；

　　3.插入一个结点；

　　4.删除一个结点；

　　下面通过例题来说明这些操作。

　　[例7.10]建立一个三个结点的链表，存放学生数据。为简单起见，我们假定学生数据结构中只有学号和年龄两项。

　　可编写一个建立链表的函数creat。程序如下：

#define NULL 0
#define TYPE struct stu
#define LEN sizeof (struct stu)
struct stu
{
　int num;
　int age;
　struct stu *next;
};
TYPE *creat(int n)
{
　struct stu *head,*pf,*pb;
　int i;
　for(i=0;i<n;i++)
　{
　　pb=(TYPE*) malloc(LEN);
　　printf("input Number and Age\n");
　　scanf("%d%d",&pb->num,&pb->age);
　　if(i==0)
　　　pf=head=pb;
　　else pf->next=pb;
　　pb->next=NULL;
　　pf=pb;
　}
　return(head);
}

　　在函数外首先用宏定义对三个符号常量作了定义。这里用TYPE表示struct stu，用LEN表示sizeof(struct stu)主要的目的是为了在以下程序内减少书写并使阅读更加方便。结构stu定义为外部类型，程序中的各个函数均可使用该定义。

　　creat函数用于建立一个有n个结点的链表，它是一个指针函数，它返回的指针指向stu结构。在creat函数内定义了三个stu结构的指针变量。head为头指针，pf 为指向两相邻结点的前一结点的指针变量。pb为后一结点的指针变量。在for语句内，用malloc函数建立长度与stu长度相等的空间作为一结点，首地址赋予pb。然后输入结点数据。如果当前结点为第一结点(i==0)，则把pb值 (该结点指针)赋予head和pf。如非第一结点，则把pb值赋予pf 所指结点的指针域成员next。而pb所指结点为当前的最后结点，其指针域赋NULL。再把pb值赋予pf以作下一次循环准备。

　　creat函数的形参n，表示所建链表的结点数，作为for语句的循环次数。图7.4表示了creat函数的执行过程。

　　[例7.11]写一个函数，在链表中按学号查找该结点。

TYPE * search (TYPE *head,int n)
{
　TYPE *p;
　int i;
　p=head;
　while (p->num!=n && p->next!=NULL)
　　p=p->next; /* 不是要找的结点后移一步*/
　　if (p->num==n) return (p);
　　if (p->num!=n&& p->next==NULL)
　　printf ("Node %d has not been found!\n",n
}

　　本函数中使用的符号常量TYPE与例7.10的宏定义相同，等于struct　stu。函数有两个形参，head是指向链表的指针变量，n为要查找的学号。进入while语句，逐个检查结点的num成员是否等于n，如果不等于n且指针域不等于NULL(不是最后结点)则后移一个结点，继续循环。如找到该结点则返回结点指针。如循环结束仍未找到该结点则输出“未找到”的提示信息。

　　[例7.12]写一个函数，删除链表中的指定结点。删除一个结点有两种情况：

　　1. 被删除结点是第一个结点。这种情况只需使head指向第二个结点即可。即head=pb->next。其过程如图7.5所示。

　　2. 被删结点不是第一个结点，这种情况使被删结点的前一结点指向被删结点的后一结点即可。即pf->next=pb->next。

　　函数编程如下：

TYPE * delete(TYPE * head,int num)
{
　TYPE *pf,*pb;
　if(head==NULL) /*如为空表，输出提示信息*/
　{
　　printf("\nempty list!\n");
　　goto end;
　}
　pb=head;
　while (pb->num!=num && pb->next!=NULL)
　　/*当不是要删除的结点，而且也不是最后一个结点时，继续循环*/
　{
　　pf=pb;pb=pb->next;}/*pf指向当前结点，pb指向下一结点*/
　　if(pb->num==num)
　　{
　　　if(pb==head) head=pb->next;
　　　　/*如找到被删结点，且为第一结点，则使head指向第二个结点，
　　　　　否则使pf所指结点的指针指向下一结点*/
　　　else pf->next=pb->next;
　　　free(pb);
　　　printf("The node is deleted\n");}
　　else
　　　printf("The node not been foud!\n");
　　　end:
　　return head;
　}

　　函数有两个形参，head为指向链表第一结点的指针变量，num删结点的学号。首先判断链表是否为空，为空则不可能有被删结点。若不为空，则使pb指针指向链表的第一个结点。进入while语句后逐个查找被删结点。找到被删结点之后再看是否为第一结点，若是则使head指向第二结点(即把第一结点从链中删去)，否则使被删结点的前一结点(pf所指)指向被删结点的后一结点(被删结点的指针域所指)。如若循环结束未找到要删的结点，则输出“末找到”的提示信息。最后返回head值。

　　[例7.13]写一个函数，在链表中指定位置插入一个结点。在一个链表的指定位置插入结点，要求链表本身必须是已按某种规律排好序的。例如，在学生数据链表中，要求学号顺序插入一个结点。设被插结点的指针为pi。可在三种不同情况下插入。

　　1. 原表是空表，只需使head指向被插结点即可。

　　2. 被插结点值最小，应插入第一结点之前。这种情况下使head指向被插结点，被插结点的指针域指向原来的第一结点则可。即：

pi->next=pb;
head=pi;

　　3. 在其它位置插入。这种情况下，使插入位置的前一结点的指针域指向被插结点，使被插结点的指针域指向插入位置的后一结点。即为：pi->next=pb;pf->next=pi；

　　4. 在表末插入。这种情况下使原表末结点指针域指向被插结点，被插结点指针域置为NULL。即：

pb->next=pi;
pi->next=NULL； TYPE * insert(TYPE * head,TYPE *pi)
{
　TYPE *pf,*pb;
　pb=head;
　if(head==NULL) /*空表插入*/
　　(head=pi;
　　pi->next=NULL;}
　else
　{
　　while((pi->num>pb->num)&&(pb->next!=NULL))
　　{
　　　pf=pb;
　　　pb=pb->next;
　　}/*找插入位置*/
　　if(pi->num<=pb->num)
　　{
　　　if(head==pb)head=pi;/*在第一结点之前插入*/
　　　else pf->next=pi;/*在其它位置插入*/
　　　pi->next=pb; }
　　else
　　{
　　　pb->next=pi;
　　　pi->next=NULL;
　　} /*在表末插入*/
　}
　return head;
}

　　本函数有两个形参均为指针变量，head指向链表，pi 指向被插结点。函数中首先判断链表是否为空，为空则使head指向被插结点。表若不空，则用while语句循环查找插入位置。找到之后再判断是否在第一结点之前插入，若是则使head 指向被插结点被插结点指针域指向原第一结点，否则在其它位置插入，若插入的结点大于表中所有结点，则在表末插入。本函数返回一个指针，是链表的头指针。当插入的位置在第一个结点之前时，插入的新结点成为链表的第一个结点，因此head的值也有了改变，故需要把这个指针返回主调函数。

　　[例7.14]将以上建立链表，删除结点，插入结点的函数组织在一起，再建一个输出全部结点的函数，然后用main函数调用它们。

#define NULL 0
#define TYPE struct stu
#define LEN sizeof(struct stu)
struct stu
{
　int num;
　int age;
　struct stu *next;
};
TYPE * creat(int n)
{
　struct stu *head,*pf,*pb;
　int i;
　for(i=0;i<n;i++)
　{
　　pb=(TYPE *)malloc(LEN);
　　printf("input Number and Age\n");
　　scanf("%d%d",&pb->num,&pb->age);
　　if(i==0)
　　　pf=head=pb;
　　else pf->next=pb;
　　pb->next=NULL;
　　pf=pb;
　}
　return(head);
}
TYPE * delete(TYPE * head,int num)
{
　TYPE *pf,*pb;
　if(head==NULL)
　{
　　printf("\nempty list!\n");
　　goto end;
　}
　pb=head;
　while (pb->num!=num && pb->next!=NULL)
　{
　　pf=pb;pb=pb->next;
　}
　if(pb->num==num)
　{
　　if(pb==head) head=pb->next;
　　else pf->next=pb->next;
　　printf("The node is deleted\n");
　}
　else
　　free(pb);
　　printf("The node not been found!\n");
　end:
　return head;
}
TYPE * insert(TYPE * head,TYPE * pi)
{
　TYPE *pb ,*pf;
　pb=head;
　if(head==NULL)
　{
　　head=pi;
　　pi->next=NULL;
　}
　else
　{
　　while((pi->num>pb->num)&&(pb->next!=NULL))
　　{
　　　pf=pb;
　　　pb=pb->next;
　　}
　　if(pi->num<=pb->num)
　　{
　　　if(head==pb) head=pi;
　　　else pf->next=pi;
　　　pi->next=pb;
　　}
　　else
　　{
　　　pb->next=pi;
　　　pi->next=NULL;
　　}
　}
　return head;
}
void print(TYPE * head)
{
　printf("Number\t\tAge\n");
　while(head!=NULL)
　{
　　printf("%d\t\t%d\n",head->num,head->age);
　　head=head->next;
　}
}
main()
{
　TYPE * head,*pnum;
　int n,num;
　printf("input number of node: ");
　scanf("%d",&n);
　head=creat(n);
　print(head);
　printf("Input the deleted number: ");
　scanf("%d",&num);
　head=delete(head,num);
　print(head);
　printf("Input the inserted number and age: ");
　pnum=(TYPE *)malloc(LEN);
　scanf("%d%d",&pnum->num,&pnum->age);
　head=insert(head,pnum);
　print(head);
}

　　本例中，print函数用于输出链表中各个结点数据域值。函数的形参head的初值指向链表第一个结点。在while语句中，输出结点值后，head值被改变，指向下一结点。若保留头指针head，则应另设一个指针变量，把head值赋予它，再用它来替代head。在main函数中，n为建立结点的数目， num为待删结点的数据域值；head为指向链表的头指针，pnum为指向待插结点的指针。 main函数中各行的意义是：

　　第六行输入所建链表的结点数；

　　第七行调creat函数建立链表并把头指针返回给head；

　　第八行调print函数输出链表；

　　第十行输入待删结点的学号；

　　第十一行调delete函数删除一个结点；

　　第十二行调print函数输出链表；

　　第十四行调malloc函数分配一个结点的内存空间，并把其地址赋予pnum;

　　第十五行输入待插入结点的数据域值；

　　第十六行调insert函数插入pnum所指的结点；

　　第十七行再次调print函数输出链表。

　　从运行结果看，首先建立起3个结点的链表，并输出其值；再删103号结点，只剩下105，108号结点；又输入106号结点数据，插入后链表中的结点为105，106，108。联合“联合”也是一种构造类型的数据结构。在一个“联合”内可以定义多种不同的数据类型，一个被说明为该“联合”类型的变量中，允许装入该“联合”所定义的任何一种数据。这在前面的各种数据类型中都是办不到的。例如，定义为整型的变量只能装入整型数据，定义为实型的变量只能赋予实型数据。

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