C语言学习汇总（九）----结构体与内存管理

目录

结构体

定义结构体变量

结构体初始化和引用

结构体类型大小

 结构体指针

typedef 类型另起名函数

结构体复制

内存管理

栈区、堆区

栈内存

---

结构体

在 C 语言中，char、int、float 等属于系统内置的基本数据类型，往往只能解决简单的问题。当遇到比较复杂的问题时，只使用基本数据类型是难以满足实际开发需求的。因此，C 语言允许用户根据实际项目需求，自定义一些数据类型，并且用它们来定义变量。

前面文章中介绍了 C 语言的多种数据类型，例如，整型、字符型、浮点型、数组、指针等。但是在实际开发中，只有这些数据类型还难以胜任复杂的程序设计。例如，在员工信息管理系统中，员工的信息就是一类复杂的数据。每条记录中都包括员工的姓名、年龄、工号、工资等信息。姓名为字符数组，年龄为整型，工号为整型，工资为整型。

对于这类数据，显然不能使用数组存储，因为数组各个元素的类型都是相同的。为了解决这个问题，C 语言提供了一种组合数据类型—结构体。

结构体是一种组合数据类型，由用户自己定义。结构体类型中的元素既可以是基本数据类型，也可以是结构体类型。

定义结构体类型的一般格式为：

struct 结构体名

{

成员列表

};

成员列表由多个成员组成，每个成员都必须作类型声明，成员声明的格式为：

数据类型 成员名；

下面来看一个具体的例子。

struct　Employee

{

char　　　　name[8];

int　　　　 age;

int　　　　 id;

int　　　　 salary;

};

这段代码中 struct 是关键字，Employee 是结构体名，struct Employee 表示一种结构体类型。

该结构体中有 4 个成员，分别为 name、age、id、salary，使用这种结构体类型就可以表示员工的基本信息。

定义结构体变量

C 语言中，定义结构体变量的方式有三种。

第一种，先定义结构体类型，再定义结构体变量

一般形式为：

struct 结构体名

{

成员列表

};

struct 结构体名 变量名；

例如：

struct　Employee

{

char　 name[8];

int　　age;

int　　id;

int　　salary;

};

struct Employee emp;

这种方式和基本类型的变量定义方式相同，其中 struct Employee 是结构体类型名，emp 是结构体变量名。

第二种，在定义结构体类型的同时定义变量

一般形式为：

struct 结构体名

{

成员列表

}变量名；

例如：

struct　Employee

{

char　 name[8];

int　　age;

int　　id;

int　　salary;

}emp;

这种方式将结构体类型定义与变量定义放在一起，可以直接看到结构体的内部结构，比较直观。

第三种，直接定义结构体变量，不需指定结构体名

一般形式为：

struct

{

成员列表

}变量名；

例如：

struct

{

char　　　　name[8];

int　　　　 age;

int　　　　 id;

int　　　　 salary;

}emp;

这种方式由于没有指定结构体名，显然不能再使用该结构体类型去定义其他变量，在实际开发中很少用到。

结构体初始化和引用

1．结构体变量初始化

在 C 语言中，结构体变量初始化，本质上是对结构体变量中的成员进行初始化，方式是使用「{ }」在初始化列表中对结构体变量中各个成员进行初始化，例如：

struct Employee emp={"rupeng",20,1,10000}

或

struct　Employee

{

char　 name[8];

int　　age;

int　　id;

int　　salary;

}emp={"rupeng",20,1,10000};

编译器会将「rupeng」、20、1、10000 按照顺序依次赋值给结构体变量 emp 中的成员 name、age、id、salary。

2．引用结构体变量

引用结构体变量的本质，是引用结构体变量中不同类型的成员，引用的一般形式为：

结构体变量名.成员名；

例如，emp.name 表示引用 emp 变量中的 name 成员，emp.id 表示引用 emp 变量中的 id 成员。

其中「.」是成员运算符，它的优先级在所有运算符中是最高的。

下面通过例子来了解结构体变量的初始化和引用。

例：结构体变量的初始化和引用。

01 #include<stdio.h>

02 struct　Employee

03 {

04　　　char　 name[8];

05　　　int　　age;

06　　　int　　id;

07　　　int　　salary;

08 };

09 int main(void){

10　　　struct　Employee emp={"rupeng",20,1,10000};

11　　　printf("%s\n",emp.name);

12　　　printf("%d\n",emp.age);

13　　　printf("%d\n",emp.id);

14　　　printf("%d\n",emp.salary);

15　　　getchar();

16　　　return 0;

17 }

运行结果如图

【程序分析】

（1）第 2~8 行，定义结构体类型 struct Employee，成员分别为 name、age、id、salary。

（2）第 10 行，定义 struct Employee 类型变量 emp，并使用初始化列表对成员进行初始化。

（3）第 11~14 行，分别输出 emp 中各个成员的值。

除了采用初始化列表，还可以使用赋值运算符，对成员进行初始化。

结构体类型大小

结构体类型大小，也即结构体类型所占字节数，就是结构体各个成员类型所占字节数的总和，例如：

struct Employee

{

char　　name[8]

int　　 age;

int　　 id;

int　　 salary;

};

其中 name 是长度为 8 的字符数组，占 8 个字节，age 是 int 类型，占 4 个字节，id 是 int 类型，占 4 个字节，salary 是 int 类型，占 4 个字节。因此，struct Employee 类型所占字节数为 8+4+4+4=20 个字节。

下面通过例子来了解一下。

例：计算结构体类型大小。

01 #include<stdio.h>

02 struct Employee

03 {

04　　 char　　name[8];

05　　 int　　 age;

06　　 int　　 id;

07　　 int　　 salary;

08 };

09 int main(void)

10 {

11　　 printf("%d\n",sizeof(struct Employee));

12　　 getchar();

13　　 return 0;

14 }

运行结果如图

 

程序分析：

1．第 2~8 行，定义结构体类型 struct Employee。

2．第 11 行，使用 sizeof 函数计算 struct Employee 类型所占字节数，并输出结果 20。

 结构体指针

指向结构体变量的指针就是结构体指针，如果指针变量中保存一个结构体变量的地址，则这个指针变量指向该结构体变量，需要注意的是指针变量的类型必须和结构体变量的类型相同。

定义结构体指针变量的一般形式为：

struct 结构体名 *指针变量名

例如：

struct Employee emp;

struct Employee * p_emp=&emp;

其中 emp 为结构体变量，p_emp 为结构体指针，将 emp 取地址赋给指针变量 p_emp，表示 p_emp 指向 emp。

在 C 语言中，通过结构体指针 p 也可以引用结构体中的成员，主要有以下两种方式：

（1）（*p）.成员名；

（2）p→ 成员名。

例如：

struct Employee * p_emp=&emp;

（*p_emp）表示指向的结构体变量 emp，（*p_emp）.age 表示指向的结构体变量 emp 中的成员 age。注意，「.」运算符优先级是最高的，（*p_emp）两侧的括号不能省略。

为了简化操作，C 语言允许将「（*p）.成员名」用「p-> 成员名」替换，（*p_emp）.age 等价于 p_emp->age，「->」称为指向运算符。

typedef 类型另起名函数

在 C 语言中，除了使用 C 语言提供的标准类型名：char、int、double 以及自定义的结构体类型，还可以使用 typedef 关键字指定一个新的类型名来代替已有的类型名，相当于给已有类型另起名。类似于现实生活中，给一个人起外号一样。

typedef 的一般使用形式为：

typedef 原类型名 新类型名

例如：

typedef int integer

其中 integer 是 int 类型的别名

结构体复制

在 C 语言中，允许相同类型的结构体变量之间相互赋值。

例如：

t_Employee emp={"rupeng",20,1,10000};

t_Employee emp2=emp;

执行 emp2=emp，会将结构体变量 emp 中各个成员的值复制一份到变量 emp2 各个成员中。和基本类型变量的赋值规则相同，emp2 是 emp 的一个复制体。这种赋值方式，被称为「结构体复制」。

内存管理

内存管理
在 C 语言中，当一个程序被加载到内存中运行时，系统会为该程序分配一块独立的内存空间，并且这块内存空间又可以再被细分为很多区域，如栈区、堆区、静态区、全局区等。本章将介绍内存空间中常用的区域：栈区、堆区。

栈区、堆区

在 C 语言程序中，栈区、堆区是最常使用的内存区域。

栈区：保存局部变量。存储在栈区的变量，在函数执行结束后，会被系统自动释放。

堆区：由 malloc、calloc、realloc 等函数分配内存。其生命周期由 free 函数控制，在没有被释放之前一直存在，直到程序运行结束。

栈内存

定义在函数内部的局部变量，都保存在栈区。栈区的特点是：函数执行结束后，系统会「自动回收」局部变量所对应的内存空间。所谓的「自动回收」其实是操作系统将这块栈内存又分配给其他函数中的局部变量使用。

可以将栈区比作餐厅，局部变量比作客人，局部变量对应的栈内存比作餐具。客人吃饭时使用的餐具，在客人离开后由餐厅负责回收、清洗，然后再给其他客人使用。同理，局部变量与栈内存的关系也是如此，当定义局部变量时，系统会在栈区为其分配一块内存空间，当函数执行结束后系统负责回收这块内存，再分配给其他局部变量使用。

由于局部变量在函数执行结束后，会被系统「自动回收」并分配给其他函数中的局部变量使用。因此，在 C 语言程序中，不能将局部变量地址作为函数返回值，否则会出现一些错误结果。

使用 malloc 系列函数分配的内存都属于堆区，使用完后需调用 free 函数将其释放，否则可能会造成内存泄漏。

举个例子，堆区相当于自己家，malloc 分配的堆内存相当于盘子。在家里吃饭时使用的盘子，吃完后必须手动进行清洗，否则盘子将不能再使用。同理，堆内存也是如此，使用完毕后，需要调用 free 函数手动释放，否则这块堆内存将无法再次被使用。

malloc 函数

【函数原型】

void *malloc(int size);

【头文件】

#include <stdlib.h>

【形参列表】

size：分配多少个字节。

【函数功能】

申请指定大小的堆内存。

【返回值】

如果分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针 NULL。

注意：void*表示「不确定指向类型」的指针，使用前必须进行强制类型转换，将 void*转化为「确定指向类型」的指针。

free 函数

【函数原型】

void free(void* ptr);

【头文件】

#include <stdlib.h>

【形参列表】

ptr：指向要被释放的堆内存。

【函数功能】

释放 ptr 指向的内存空间。

栈内存由系统自动分配、释放。常见形式如函数形参、局部变量等。栈内存比较小，在 VS2012 中，栈内存默认最大为 1Mb，如果局部变量占用的栈内存过大，会发生栈溢出。