topoic=动态存储分配

　　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”。图7.3为链表的示意图。

　　在图7.3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。其过程如图7.6所示。
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。见图7.7(a)
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; 见图7.7(b)
3. 在其它位置插入，见图7.7(c)。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，见图7.7(d)。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。

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