C语言之结构体的声明与定义

有的时候，我们所遇到的数据结构，不仅仅是一群数字或者是字符串那么简单。比如我们每一个人的学籍信息，学号是一个长整数，名字却是字符；甚至有更复杂的情况，这种问题在现实生活中并不少见。我们之前学过一种叫数组的数据结构，它可以允许我们把很多同类型的数据集中在一起处理。相对于之前，这已经是一次极大的进步。但是，新的问题，往往又会出现，这个时候，我们就得上更高端的装备——结构体。

相比于数组，结构体有以下的更强大的优势：

批量存储数据

存储不同类型的数据

支持嵌套

结构体的声明与定义

声明

结构体的声明使用struct关键字，如果我们想要把我们的学籍信息组织一下的话，可以这样表示：

structInfo { unsignedlongidentifier;//学号，用无符号长整数表示 charname[20];//名字，用字符数组表示 unsignedintyear;//入学年份，用无符号整数表示 unsignedintyears;//学制，用无符号整数表示 }

这样，我们就相当于描绘好了一个框架，以后要用的话直接定义一个这种类型的变量就好了。

定义

我们刚刚申请了一个名叫Info的结构体类型，那么理论上我们可以像声明其他变量的操作一样，去声明我们的结构体操作，但是C语言中规定，声明结构体变量的时候，struct关键字是不可少的。

struct 结构体类型名 结构体变量名

不过，你可以在某个函数里面定义：

#include structInfo { unsignedlongidentifier;//学号，用无符号长整数表示 charname[20];//名字，用字符数组表示 unsignedintyear;//入学年份，用无符号整数表示 unsignedintyears;//学制，用无符号整数表示 }; intmain(void) { /** *在main函数中声明结构体变量 *结构体变量名叫info *struct关键字不能丢 */ structInfoinfo; ... }

也可以在声明的时候就把变量名定义下来（此时这个变量是全局变量）：

#include structInfo { unsignedlongidentifier;//学号，用无符号长整数表示 charname[20];//名字，用字符数组表示 unsignedintyear;//入学年份，用无符号整数表示 unsignedintyears;//学制，用无符号整数表示 }info; /** *此时直接定义了变量 *该变量是全局变量 *变量名叫info */ intmain(void) { ... }

访问结构体成员

结构体成员的访问有点不同于以往的任何变量，它是采用点号运算符.来访问成员的。比如，info.name就是引用info结构体的name成员，是一个字符数组，而info.year则可以查到入学年份，是个无符号整型。

比如，下面开始录入学生的信息：

//Example01 #include structInfo { unsignedlongidentifier;//学号，用无符号长整数表示 charname[20];//名字，用字符数组表示 unsignedintyear;//入学年份，用无符号整数表示 unsignedintyears;//学制，用无符号整数表示 }; intmain(void) { structInfoinfo; printf("请输入学生的学号："); scanf("%d",&info.identifier); printf("请输入学生的姓名："); scanf("%s",info.name); printf("请输入学生的入学年份："); scanf("%d",&info.year); printf("请输入学生的学制："); scanf("%d",&info.years); printf(" 数据录入完毕 "); printf("学号：%d 姓名：%s 入学年份：%d 学制：%d 毕业时间：%d ", info.identifier,info.name,info.year,info.years,info.year+info.years); return0; }

运行结果如下：

//Consequence 01 请输入学生的学号：20191101 请输入学生的姓名：Harris 请输入学生的入学年份：2019 请输入学生的学制：4 数据录入完毕 学号：20191101 姓名：Harris 入学年份：2019 学制：4 毕业时间：2023

初始化结构体

像数组一样，结构体也可以在定义的时候初始化，方法也几乎一样：

structInfoinfo={ 20191101, "Harris", 2019, 4 };

在C99标准中，还支持给指定元素赋值（就像数组一样）：

structInfoinfo={ .name="Harris", .year=2019 };

对于没有被初始化的成员，则「数值型」成员初始化为0，「字符型」成员初始化为‘’。

对齐

下面这个代码，大家来看看会发生什么：

//EXample02V1 #include intmain(void) { structA { chara; intb; charc; }a={'a',10,'o'}; printf("sizeofa=%d ",sizeof(a)); return0; }

我们之前学过，char类型的变量占1字节，int类型的变量占4字节，那么这么一算，一个结构体A型的变量应该就是6字节了。别急，我们看运行结果：

//COnsequence 02 V1 size of a = 12

怎么变成12了呢？标准更新了？老师教错了？都不是。我们把代码改一下：

//EXample02V2 #include intmain(void) { structA { chara; charc; intb; }a={'a','o',10}; printf("sizeofa=%d ",sizeof(a)); return0; }

结果：

//Consequence 02 V2 size of a = 8

实际上，这是编译器对我们程序的一种优化——内存对齐。在第一个例子中，第一个和第三个成员是char类型是1个字节，而中间的int却有4个字节，为了对齐，两个char也占用了4个字节，于是就是12个字节。

而在第二个例子里面，前两个都是char，最后一个是int，那么前两个可以一起占用4个字节（实际只用2个，第一个例子也同理，只是为了访问速度更快，而不是为了扩展），最后的int占用4字节，合起来就是8个字节。

关于如何声明结构体来节省内存容量，可以阅读下面的这篇文章，作者是艾瑞克·雷蒙，时尚最具争议性的黑客之一，被公认为开源运动的主要领导者之一：

英文原版，中文版

结构体嵌套

在学籍里面，如果我们的日期想要更加详细一些，精确到day，这时候就可以使用结构体嵌套来完成：

#include structDate { unsignedintyear; unsignedintmonth; unsignedintday; }; structInfo { unsignedlongidentifier;//学号，用无符号长整数表示 charname[20];//名字，用字符数组表示 structDatedate;/*---入学日期，用结构体Date表示---*/ unsignedintyears;//学制，用无符号整数表示 }; intmain(void) { ... }

如此一来，比我们单独声明普通变量快多了。

不过，这样访问变量，就必须用点号一层层往下访问。比如要访问day这个成员，那就只能info.date.day而不能直接info.date或者info,day。

//Example03 #include structDate { unsignedintyear; unsignedintmonth; unsignedintday; }; structInfo { unsignedlongidentifier;//学号，用无符号长整数表示 charname[20];//名字，用字符数组表示 structDatedate;/*---入学日期，用结构体Date表示---*/ unsignedintyears;//学制，用无符号整数表示 }; intmain(void) { structInfoinfo; printf("请输入学生的学号："); scanf("%d",&info.identifier); printf("请输入学生的姓名："); scanf("%s",info.name); printf("请输入学生的入学年份："); scanf("%d",&info.date.year); printf("请输入学生的入学月份："); scanf("%d",&info.date.month); printf("请输入学生的入学日期："); scanf("%d",&info.date.day); printf("请输入学生的学制："); scanf("%d",&info.years); printf(" 数据录入完毕 "); printf("学号：%d 姓名：%s 入学时间：%d/%d/%d 学制：%d 毕业时间：%d ", info.identifier,info.name, info.date.year,info.date.month,info.date.day, info.years,info.date.year+info.years); return0; }

运行结果如下：

//Consequence 03 请输入学生的学号：20191101 请输入学生的姓名：Harris 请输入学生的入学年份：2019 请输入学生的入学月份：9 请输入学生的入学日期：7 请输入学生的学制：4 数据录入完毕 学号：20191101 姓名：Harris 入学时间：2019/9/7 学制：4 毕业时间：2023

结构体数组

刚刚我们演示了存储一个学生的学籍信息的时候，使用结构体的例子。那么，如果要录入一批学生，这时候我们就可以沿用之前的思路，使用结构体数组。

我们知道，数组的定义，就是存放一堆相同类型的数据的容器。而结构体一旦被我们声明，那么你就可以把它看作一个类型，只不过是你自己定义的罢了。

定义结构体数组也很简单：

struct结构体类型 { 成员; }数组名[长度]; /****或者这样****/ struct结构体类型 { 成员; }; struct结构体类型数组名[长度];

结构体指针

既然我们可以把结构体看作一个类型，那么也就必然有对应的指针变量。

structInfo*pinfo;

但是在指针这里，结构体和数组就不一样了。我们知道，数组名实际上就是指向这个数组第一个元素的地址，所以可以将数组名直接赋值给指针。而结构体的变量名并不是指向该结构体的地址，所以要使用取地址运算符&才能获取地址：

pinfo=&info;

通过结构体指针来访问结构体有以下两种方法：

(*结构体指针).成员名

结构体指针->成员名

第一个方法由于点号运算符比指针的取值运算符优先级更高，因此需要加一个小括号来确定优先级，让指针先解引用变成结构体变量，在使用点号的方法去访问。

相比之下，第二种方法就直观许多。

这两种方法在实现上是完全等价的，但是点号只能用于结构体变量，而箭头只能够用于指针。

第一种方法：

#include ... intmain(void) { structInfo*p; p=&info; printf("学号： ",(*p).identifier); printf("姓名： ",(*p).name); printf("入学时间：%d/%d/%d ",(*p).date.year,(*p).date.month,(*p).date.day); printf("学制： ",(*p).years); return0; }

第二种方法：

#include ... intmain(void) { structInfo*p; p=&info; printf("学号： ",p->identifier); printf("姓名： ",p->name); printf("入学时间：%d/%d/%d ",p->date.year,p->date.month,p->date.day); printf("学制： ",p->years); return0; }

传递结构体信息

传递结构体变量

我们先来看看下面的代码：

//Example04 #include intmain(void) { structTest { intx; inty; }t1,t2; t1.x=3; t1.y=4; t2=t1; printf("t2.x=%d,t2.y=%d ",t2.x,t2.y); return0; }

运行结果如下：

//Consequence 04 t2.x = 3, t2.y = 4

这么看来，结构体是可以直接赋值的。那么既然这样，作为函数的参数和返回值也自然是没问题的了。

先来试试作为参数:

//Example05 #include structDate { unsignedintyear; unsignedintmonth; unsignedintday; }; structInfo { unsignedlongidentifier; charname[20]; structDatedate; unsignedintyears; }; structInfogetInput(structInfoinfo); voidprintInfo(structInfoinfo); structInfogetInput(structInfoinfo) { printf("请输入学号："); scanf("%d",&info.identifier); printf("请输入姓名："); scanf("%s",info.name); printf("请输入入学年份："); scanf("%d",&info.date.year); printf("请输入月份："); scanf("%d",&info.date.month); printf("请输入日期："); scanf("%d",&info.date.day); printf("请输入学制："); scanf("%d",&info.years); returninfo; } voidprintInfo(structInfoinfo) { printf("学号：%d 姓名：%s 入学时间：%d/%d/%d 学制：%d 毕业时间：%d ", info.identifier,info.name, info.date.year,info.date.month,info.date.day, info.years,info.date.year+info.years); } intmain(void) { structInfoi1={}; structInfoi2={}; printf("请录入第一个同学的信息... "); i1=getInput(i1); putchar(' '); printf("请录入第二个学生的信息... "); i2=getInput(i2); printf(" 录入完毕，现在开始打印... "); printf("打印第一个学生的信息... "); printInfo(i1); putchar(' '); printf("打印第二个学生的信息... "); printInfo(i2); return0; }

运行结果如下：

//Consequence 05 请录入第一个同学的信息... 请输入学号：20191101 请输入姓名：Harris 请输入入学年份：2019 请输入月份：9 请输入日期：7 请输入学制：4 请录入第二个学生的信息... 请输入学号：20191102 请输入姓名：Joy 请输入入学年份：2019 请输入月份：9 请输入日期：8 请输入学制：5 录入完毕，现在开始打印... 打印第一个学生的信息... 学号：20191101 姓名：Harris 入学时间：2019/9/7 学制：4 毕业时间：2023 打印第二个学生的信息... 学号：20191102 姓名：Joy 入学时间：2019/9/8 学制：5 毕业时间：2024

传递指向结构体变量的指针

早期的C语言是不允许直接将结构体作为参数直接传递进去的。主要是考虑到如果结构体的内存占用太大，那么整个程序的内存开销就会爆炸。不过现在的C语言已经放开了这方面的限制。

不过，作为一名合格的开发者，我们应该要去珍惜硬件资源。那么，传递指针就是一个很好的办法。

将刚才的代码修改一下：

//Example06 #include structDate { unsignedintyear; unsignedintmonth; unsignedintday; }; structInfo { unsignedlongidentifier; charname[20]; structDatedate; unsignedintyears; }; voidgetInput(structInfo*info); voidprintInfo(structInfo*info); voidgetInput(structInfo*info) { printf("请输入学号："); scanf("%d",&info->identifier); printf("请输入姓名："); scanf("%s",info->name); printf("请输入入学年份："); scanf("%d",&info->date.year); printf("请输入月份："); scanf("%d",&info->date.month); printf("请输入日期："); scanf("%d",&info->date.day); printf("请输入学制："); scanf("%d",&info->years); } voidprintInfo(structInfo*info) { printf("学号：%d 姓名：%s 入学时间：%d/%d/%d 学制：%d 毕业时间：%d ", info->identifier,info->name, info->date.year,info->date.month,info->date.day, info->years,info->date.year+info->years); } intmain(void) { structInfoi1={}; structInfoi2={}; printf("请录入第一个同学的信息... "); getInput(&i1); putchar(' '); printf("请录入第二个学生的信息... "); getInput(&i2); printf(" 录入完毕，现在开始打印... "); printf("打印第一个学生的信息... "); printInfo(&i1); putchar(' '); printf("打印第二个学生的信息... "); printInfo(&i2); return0; }

此时传递的就是一个指针，而不是一个庞大的结构体。

动态申请结构体

结构体也可以在堆里面动态申请：

//Example01 #include ... intmain(void) { structInfo*i1; structInfo*i2; i1=(structInfo*)malloc(sizeof(structInfo)); i2=(structInfo*)malloc(sizeof(structInfo)); if(i1==NULL||i2==NULL) { printf("内存分配失败！ "); exit(1); } printf("请录入第一个同学的信息... "); getInput(i1); putchar(' '); printf("请录入第二个学生的信息... "); getInput(i2); printf(" 录入完毕，现在开始打印... "); printf("打印第一个学生的信息... "); printInfo(i1); putchar(' '); printf("打印第二个学生的信息... "); printInfo(i2); free(i1); free(i2); return0; }

实战：建立一个图书馆数据库

实际上，我们建立的数组可以是指向结构体指针的数组。

代码实现如下：

//Example02 #include #include #defineMAX_SIZE100 structDate { intyear; intmonth; intday; }; structBook { chartitle[128]; charauthor[48]; floatprice; structDatedate; charpublisher[48]; }; voidgetInput(structBook*book);//录入数据 voidprintBook(structBook*book);//打印数据 voidinitLibrary(structBook*lib[]);//初始化结构体 voidprintLibrary(structBook*lib[]);//打印单本书数据 voidreleaseLibrary(structBook*lib[]);//释放内存 voidgetInput(structBook*book) { printf("请输入书名："); scanf("%s",book->title); printf("请输入作者："); scanf("%s",book->author); printf("请输入售价："); scanf("%f",&book->price); printf("请输入出版日期："); scanf("%d-%d-%d",&book->date.year,&book->date.month,&book->date.day); printf("请输入出版社："); scanf("%s",book->publisher); } voidprintBook(structBook*book) { printf("书名：%s ",book->title); printf("作者：%s ",book->author); printf("售价：%.2f ",book->price); printf("出版日期：%d-%d-%d ",book->date.year,book->date.month,book->date.day); printf("出版社：%s ",book->publisher); } voidinitLibrary(structBook*lib[]) { for(inti=0;i< MAX_SIZE; i++)     {         lib[i] = NULL;     } } void printLibrary(struct Book* lib[]) {     for (int i = 0; i < MAX_SIZE; i++)     {         if (lib[i] != NULL)         {             printBook(lib[i]);             putchar(' ');         }     } } void releaseLibrary(struct Book* lib[]) {     for (int i = 0; i < MAX_SIZE; i++)     {         if (lib[i] != NULL)         {             free(lib[i]);         }     } } int main(void) {     struct Book* lib[MAX_SIZE];     struct Book* p = NULL;     int ch, index = 0;     initLibrary(lib);     while (1)     {         printf("请问是否要录入图书信息(Y/N):");         do         {             ch = getchar();         } while (ch != 'Y' && ch != 'N');         if (ch == 'Y')         {             if (index < MAX_SIZE)             {                 p = (struct Book*)malloc(sizeof(struct Book));                 getInput(p);                 lib[index] = p;                 index++;                 putchar(' ');             }             else             {                 printf("数据库已满！ ");                 break;             }         }         else         {             break;         }     }     printf(" 数据录入完毕，开始打印验证... ");     printLibrary(lib);     releaseLibrary(lib);     return 0; }

运行结果如下：

//Consequence 02 请问是否要录入图书信息(Y/N):Y 请输入书名：人类简史 请输入作者：尤瓦尔·赫拉利 请输入售价：32.25 请输入出版日期：2016-3-4 请输入出版社：中信出版集团 请问是否要录入图书信息(Y/N):N 数据录入完毕，开始打印验证... 书名：人类简史 作者：尤瓦尔·赫拉利 售价：32.25 出版日期：2016-3-4 出版社：中信出版集团

单链表

我们知道，数组变量在内存中，是连续的，而且不可拓展。显然在一些情况下，这种数据结构拥有很大的局限性。比如移动数据的时候，会牵一发而动全身，尤其是反转这种操作更加令人窒息。那么，需要需要一种数据结构来弄出一种更加灵活的“数组”，那么这，就是「链表」。

本节我们只讲讲单链表。

所谓链表，就是由一个个「结点」组成的一个数据结构。每个结点都有「数据域」和「指针域」组成。其中数据域用来存储你想要存储的信息，而指针域用来存储下一个结点的地址。如图：

单链表

当然，链表最前面还有一个头指针，用来存储头结点的地址。

这样一来，链表中的每一个结点都可以不用挨个存放，因为有了指针把他们串起来。因此结点放在哪都无所谓，反正指针总是能够指向下一个元素。我们只需要知道头指针，就能够顺藤摸瓜地找到整个链表。

因此对于学籍数据库来说，我们只需要在Info结构体中加上一个指向自身类型的成员即可：

structInfo { unsignedlongidentifier; charname[20]; structDatedate; unsignedintyears; structInfo*next; };

在单链表中插入元素

头插法

这种每次都将数据插入单链表的头部（头指针后面）的插入法就叫头插法。

如果要把学生信息加入到单链表，可以这么写：

voidaddInfo(structInfo**students)//students是头指针 { structInfo*info,*temp; info=(structInfo*)malloc(sizeof(structInfo)); if(info==NULL) { printf("内存分配失败！ "); exit(1); } getInput(info); if(*students!=NULL) { temp=*students; *students=info; info->next=temp; } else { *students=info; info->next=NULL; } }

❝

由于students存放的是头指针，因此我们需要传入它的地址传递给函数，才能够改变它本身的值。而students本身又是一个指向Info结构体的指针，所以参数的类型应该就是struct Info**。

❞

往单链表里面添加一个结点，也就是先申请一个结点，然后判断链表是否为空。如果为空，那么直接将头指针指向它，然后next成员指向NULL。若不为空，那么先将next指向头指针原本指向的结点，然后将头指针指向新结点即可。

那么，打印链表也变得很简单：

voidprintStu(structInfo*students) { structInfo*info; intcount=1; info=students; while(book!=NULL) { printf("Student%d: ",count); printf("姓名：%s ",info->name); printf("学号：%d ",info->identifier); info=info->next; count++; } }

想要读取单链表里面的数据，只需要迭代单链表中的每一个结点，直到next成员为NULL，即表示单链表的结束。

最后，当然还是别忘了释放空间：

voidreleaseStu(structInfo**students) { structInfo*temp; while(*students!=NULL) { temp=*students; *students=(*students)->next; free(temp); } }

尾插法

与头插法类似，尾插法就是把每一个数据都插入到链表的末尾。

voidaddInfo(structInfo**students) { structInfo*info,*temp; info=(structInfo*)malloc(sizeof(structInfo)); if(info==NULL) { printf("内存分配失败！ "); exit(1); } getInput(info); if(*students!=NULL) { temp=*students; *students=info; //定位到链表的末尾的位置 while(temp->next!=NULL) { temp=temp->next; } //插入数据 temp->next=info; info->next=temp; } else { *students=info; info->next=NULL; } }

这么一来，程序执行的效率难免要降低很多，因为每次插入数据，都要先遍历一次链表。如果链表很长，那么对于插入数据来说就是一次灾难。不过，我们可以给程序添加一个指针，让它永远都指向链表的尾部，这样一来，就可以用很少的空间换取很高的程序执行效率。

代码更改如下：

voidaddInfo(structInfo**students) { structInfo*info,*temp; staticstructInfo*tail;//设置静态指针 info=(structInfo*)malloc(sizeof(structInfo)); if(info==NULL) { printf("内存分配失败！ "); exit(1); } getInput(info); if(*students!=NULL) { tail->next=info; info->next=NULL; } else { *students=info; info->next=NULL; } }

搜索单链表

单链表是我们用来存储数据的一个容器，那么有时候需要快速查找信息就需要开发相关搜索的功能。比如说输入学号，查找同学的所有信息。

structInfo*searchInfo(structInfo*students,long*target) { structInfo*info; info=students; while(info!=NULL) { if(info->identifier==target) { break; } info=info->next; } returnbook; }; voidprintInfo(structInfo*info) { ... } ... intmain(void) { ... printf(" 请输入学生学号："); scanf("%d",input); info=searchInfo(students,input); if(info==NULL) { printf("抱歉，未找到相关结果！ "); } else { do { printf("相关结果如下： "); printInfo(book); }while((info=searchInfo(info->next,input))!=NULL); } releaseInfo(...); return0; }

插入结点到指定位置

到了这里，才体现出链表真正的优势。

设想一下，如果有一个有序数组，现在要求你去插入一个数字，插入完成之后，数组依然保持有序。你会怎么做？

没错，你应该会挨个去比较，然后找到合适的位置（当然这里也可以使用二分法，比较节省算力），把这个位置后面的所有数都往后移动一个位置，然后将我们要插入的数字放入刚刚我们腾出来的空间里面。

你会发现，这样的处理方法，经常需要移动大量的数据，对于程序的执行效率来说，是一个不利因素。那么链表，就无所谓。反正在内存中，链表的存储毫无逻辑，我们只需要改变指针的值就可以实现链表的中间插入。

//Example03 #include #include structNode { intvalue; structNode*next; }; voidinsNode(structNode**head,intvalue) { structNode*pre; structNode*cur; structNode*New; cur=*head; pre=NULL; while(cur!=NULL&&cur->value< value)     {         pre = cur;         cur = cur->next; } New=(structNode*)malloc(sizeof(structNode)); if(New==NULL) { printf("内存分配失败！ "); exit(1); } New->value=value; New->next=cur; if(pre==NULL) { *head=New; } else { pre->next=New; } } voidprintNode(structNode*head) { structNode*cur; cur=head; while(cur!=NULL) { printf("%d",cur->value); cur=cur->next; } putchar(' '); } intmain(void) { structNode*head=NULL; intinput; printf("开始插入整数... "); while(1) { printf("请输入一个整数，输入-1表示结束："); scanf("%d",&input); if(input==-1) { break; } insNode(&head,input); printNode(head); } return0; }

运行结果如下：

//Consequence 03 开始插入整数... 请输入一个整数，输入-1表示结束：4 4 请输入一个整数，输入-1表示结束：5 4 5 请输入一个整数，输入-1表示结束：3 3 4 5 请输入一个整数，输入-1表示结束：6 3 4 5 6 请输入一个整数，输入-1表示结束：2 2 3 4 5 6 请输入一个整数，输入-1表示结束：5 2 3 4 5 5 6 请输入一个整数，输入-1表示结束：1 1 2 3 4 5 5 6 请输入一个整数，输入-1表示结束：7 1 2 3 4 5 5 6 7 请输入一个整数，输入-1表示结束：-1

删除结点

删除结点的思路也差不多，首先修改待删除的结点的上一个结点的指针，将其指向待删除结点的下一个结点。然后释放待删除结点的空间。

... voiddelNode(structNode**head,intvalue) { structNode*pre; structNode*cur; cur=*head; pre=NULL; while(cur!=NULL&&cur->value!=value) { pre=cur; cur=cur->next; } if(cur==NULL) { printf("未找到匹配项! "); return; } else { if(pre==NULL) { *head=cur->next; } else { pre->next=cur->next; } free(cur); } }

内存池

C语言的内存管理，从来都是一个让人头秃的问题。要想更自由地管理内存，就必须去堆中申请，然后还需要考虑何时释放，万一释放不当，或者没有及时释放，造成的后果都是难以估量的。

当然如果就这些，那倒也还不算什么。问题就在于，如果大量地使用malloc和free函数来申请内存，首先使要经历一个从应用层切入系统内核层，调用完成之后，再返回应用层的一系列步骤，实际上使非常浪费时间的。更重要的是，还会产生大量的内存碎片。比如，先申请了一个1KB的空间，紧接着又申请了一个8KB的空间。而后，这个1KB使用完了，被释放，但是这个空间却只有等到下一次有刚好1KB的空间申请，才能够被重新调用。这么一来，极限情况下，整个堆有可能被弄得支离破碎，最终导致大量内存浪费。

那么这种情况下，我们解决这类问题的思路，就是创建一个内存池。

内存池，实际上就是我们让程序创建出来的一块额外的缓存区域，如果有需要释放内存，先不必使用free函数，如果内存池有空，那么直接放入内存池。同样的道理，下一次程序申请空间的时候，先检查下内存池里面有没有合适的内存，如果有，则直接拿出来调用，如果没有，那么再使用malloc。

其实内存池我们就可以使用单链表来进行维护，下面通过一个通讯录的程序来说明内存池的运用。

普通的版本：

//Example04V1 #include #include #include structPerson { charname[40]; charphone[20]; structPerson*next; }; voidgetInput(structPerson*person); voidprintPerson(structPerson*person); voidaddPerson(structPerson**contects); voidchangePerson(structPerson*contacts); voiddelPerson(structPerson**contacts); structPerson*findPerson(structPerson*contacts); voiddisplayContacts(structPerson*contacts); voidreleaseContacts(structPerson**contacts); voidgetInput(structPerson*person) { printf("请输入姓名："); scanf("%s",person->name); printf("请输入电话："); scanf("%s",person->phone); } voidaddPerson(structPerson**contacts) { structPerson*person; structPerson*temp; person=(structPerson*)malloc(sizeof(structPerson)); if(person==NULL) { printf("内存分配失败！ "); exit(1); } getInput(person); //将person添加到通讯录中 if(*contacts!=NULL) { temp=*contacts; *contacts=person; person->next=temp; } else { *contacts=person; person->next=NULL; } } voidprintPerson(structPerson*person) { printf("联系人：%s ",person->name); printf("电话：%s ",person->phone); } structPerson*findPerson(structPerson*contacts) { structPerson*current; charinput[40]; printf("请输入联系人："); scanf("%s",input); current=contacts; while(current!=NULL&&strcmp(current->name,input)) { current=current->next; } returncurrent; } voidchangePerson(structPerson*contacts) { structPerson*person; person=findPerson(contacts); if(person==NULL) { printf("找不到联系人！ "); } else { printf("请输入联系电话："); scanf("%s",person->phone); } } voiddelPerson(structPerson**contacts) { structPerson*person; structPerson*current; structPerson*previous; //先找到待删除的节点的指针 person=findPerson(*contacts); if(person==NULL) { printf("找不到该联系人！ "); } else { current=*contacts; previous=NULL; //将current定位到待删除的节点 while(current!=NULL&¤t!=person) { previous=current; current=current->next; } if(previous==NULL) { //若待删除的是第一个节点 *contacts=current->next; } else { //若待删除的不是第一个节点 previous->next=current->next; } free(person);//将内存空间释放 } } voiddisplayContacts(structPerson*contacts) { structPerson*current; current=contacts; while(current!=NULL) { printPerson(current); current=current->next; } } voidreleaseContacts(structPerson**contacts) { structPerson*temp; while(*contacts!=NULL) { temp=*contacts; *contacts=(*contacts)->next; free(temp); } } intmain(void) { intcode; structPerson*contacts=NULL; structPerson*person; printf("|欢迎使用通讯录管理程序| "); printf("|---1:插入新的联系人---| "); printf("|---2:查找现有联系人---| "); printf("|---3:更改现有联系人---| "); printf("|---4:删除现有联系人---| "); printf("|---5:显示当前通讯录---| "); printf("|---6:退出通讯录程序---| "); while(1) { printf(" 请输入指令代码："); scanf("%d",&code); switch(code) { case1:addPerson(&contacts);break; case2:person=findPerson(contacts); if(person==NULL) { printf("找不到该联系人！ "); } else { printPerson(person); } break; case3:changePerson(contacts);break; case4:delPerson(&contacts);break; case5:displayContacts(contacts);break; case6:gotoEND; } } END://此处直接跳出恒循环 releaseContacts(&contacts); return0; }

运行结果如下：

//Consequence 04 V1 | 欢迎使用通讯录管理程序 | |--- 1:插入新的联系人 ---| |--- 2:查找现有联系人 ---| |--- 3:更改现有联系人 ---| |--- 4:删除现有联系人 ---| |--- 5:显示当前通讯录 ---| |--- 6:退出通讯录程序 ---| 请输入指令代码：1 请输入姓名：HarrisWilde 请输入电话：[phone] 请输入指令代码：1 请输入姓名：Jack 请输入电话：[phone] 请输入指令代码：1 请输入姓名：Rose 请输入电话：[phone] 请输入指令代码：2 请输入联系人：HarrisWilde 联系人：HarrisWilde 电话：[phone] 请输入指令代码：2 请输入联系人：Mike 找不到该联系人！ 请输入指令代码：5 联系人：Rose 电话：[phone] 联系人：Jack 电话：[phone] 联系人：HarrisWilde 电话：[phone] 请输入指令代码：3 请输入联系人：HarrisWilde 请输入联系电话：[phone] 请输入指令代码：5 联系人：Rose 电话：[phone] 联系人：Jack 电话：[phone] 联系人：HarrisWilde 电话：[phone] 请输入指令代码：6

下面加入内存池：

//Example04V2 #include #include #include #defineMAX1024 structPerson { charname[40]; charphone[20]; structPerson*next; }; structPerson*pool=NULL; intcount; voidgetInput(structPerson*person); voidprintPerson(structPerson*person); voidaddPerson(structPerson**contects); voidchangePerson(structPerson*contacts); voiddelPerson(structPerson**contacts); structPerson*findPerson(structPerson*contacts); voiddisplayContacts(structPerson*contacts); voidreleaseContacts(structPerson**contacts); voidreleasePool(void); voidgetInput(structPerson*person) { printf("请输入姓名："); scanf("%s",person->name); printf("请输入电话："); scanf("%s",person->phone); } voidaddPerson(structPerson**contacts) { structPerson*person; structPerson*temp; //如果内存池不是空的，那么首先从里面获取空间 if(pool!=NULL) { person=pool; pool=pool->next; count--; } //内存池为空，则直接申请 else { person=(structPerson*)malloc(sizeof(structPerson)); if(person==NULL) { printf("内存分配失败！ "); exit(1); } } getInput(person); //将person添加到通讯录中 if(*contacts!=NULL) { temp=*contacts; *contacts=person; person->next=temp; } else { *contacts=person; person->next=NULL; } } voidprintPerson(structPerson*person) { printf("联系人：%s ",person->name); printf("电话：%s ",person->phone); } structPerson*findPerson(structPerson*contacts) { structPerson*current; charinput[40]; printf("请输入联系人："); scanf("%s",input); current=contacts; while(current!=NULL&&strcmp(current->name,input)) { current=current->next; } returncurrent; } voidchangePerson(structPerson*contacts) { structPerson*person; person=findPerson(contacts); if(person==NULL) { printf("找不到联系人！ "); } else { printf("请输入联系电话："); scanf("%s",person->phone); } } voiddelPerson(structPerson**contacts) { structPerson*person; structPerson*current; structPerson*previous; structPerson*temp; { }; //先找到待删除的节点的指针 person=findPerson(*contacts); if(person==NULL) { printf("找不到该联系人！ "); } else { current=*contacts; previous=NULL; //将current定位到待删除的节点 while(current!=NULL&¤t!=person) { previous=current; current=current->next; } if(previous==NULL) { //若待删除的是第一个节点 *contacts=current->next; } else { //若待删除的不是第一个节点 previous->next=current->next; } //判断内存池中有没有空位 if(count< MAX)   {    //使用头插法将person指向的空间插入内存池中    if (pool != NULL)    {     temp = pool;     pool = person;     person->next=temp; } else { pool=person; person->next=NULL; } count++; } //没有空位，直接释放 else { free(person);//将内存空间释放 } } } voiddisplayContacts(structPerson*contacts) { structPerson*current; current=contacts; while(current!=NULL) { printPerson(current); current=current->next; } } voidreleaseContacts(structPerson**contacts) { structPerson*temp; while(*contacts!=NULL) { temp=*contacts; *contacts=(*contacts)->next; free(temp); } } voidreleasePool(void) { structPerson*temp; while(pool!=NULL) { temp=pool; pool=pool->next; free(temp); } } intmain(void) { intcode; structPerson*contacts=NULL; structPerson*person; printf("|欢迎使用通讯录管理程序| "); printf("|---1:插入新的联系人---| "); printf("|---2:查找现有联系人---| "); printf("|---3:更改现有联系人---| "); printf("|---4:删除现有联系人---| "); printf("|---5:显示当前通讯录---| "); printf("|---6:退出通讯录程序---| "); while(1) { printf(" 请输入指令代码："); scanf("%d",&code); switch(code) { case1:addPerson(&contacts);break; case2:person=findPerson(contacts); if(person==NULL) { printf("找不到该联系人！ "); } else { printPerson(person); } break; case3:changePerson(contacts);break; case4:delPerson(&contacts);break; case5:displayContacts(contacts);break; case6:gotoEND; } } END://此处直接跳出恒循环 releaseContacts(&contacts); releasePool(); return0; }

typedef

给数据类型起别名

C语言是一门古老的语言，它是在1969至1973年间，由两位天才丹尼斯·里奇和肯·汤普逊在贝尔实验室以B语言为基础开发出来的，用于他们的重写UNIX计划（这也为后来UNIX系统的可移植性打下了基础，之前的UNIX是使用汇编语言编写的，当然也是这两位为了玩一个自己设计的游戏而编写的）。天才就是和咱常人不一样，不过他俩的故事，在这篇里面不多啰嗦，我们回到话题。

虽然C语言诞生的很早，但是却依旧不是最早的高级编程语言。目前公认的最早的高级编程语言，是IBM公司于1957年开发的FORTRAN语言。C语言诞生之时，FORTRAN已经统领行业数十年之久。因此，C语言要想快速吸纳FORTRAN中的潜在用户，就必须做出一些妥协。

我们知道，不同的语言的语法，一般来说是不同的，甚至还有较大的差距。比如：

C:

inta,b,c; floati,j,k;

而FORTRAN语言是这样的：

integer :: a, b, c; real :: i, j, k;

如果让FORTRAN用户使用原来的变量名称进行使用，那么就能够快速迁移到C语言上面来，这就是typedef的用处之一。

我们使用FORTRAN语言的类型名，那就这么办：

typedefintinteger; typedeffloatreal; integera,b,c; reali,j,k;

结构体的搭档

虽然结构体的出现能够让我们有一个更科学的数据结构来管理数据，但是每次使用结构体都需要struct...，未免显得有些冗长和麻烦。有了typedef的助攻，我们就可以很轻松地给结构体类型起一个容易理解的名字：

typedefstructdate { intyear; intmonth; intday; }DATE;//为了区分，一般用全大写 intmain(void) { DATE*date; ... }

甚至还可以顺便给它的指针也定义一个别名：

typedefstructdate { intyear; intmonth; intday; }DATE,*PDATE;

进阶

我们还可以利用typedef来简化一些比较复杂的命令。

比如：

int(*ptr)[5];

我们知道这是一个数组指针，指向一个5元素的数组。那么我们可以改写成这样：

typedefint(*PTR_TO_ARRAY)[3];

这样就可以把很复杂的声明变得很简单：

PTR_TO_ARRAYa=&array;

取名的时候要尽量使用容易理解的名字，这样才能达到使用typedef的最终目的。

共用体

共用体也称联合体。

声明

和结构体还是有点像：

union共用体名称 { 成员1; 成员2; 成员3; };

但是两者有本质的不同。共用体的每一个成员共用一段内存，那么这也就意味着它们不可能同时被正确地访问。如：

//Example05 #include #include unionTest { inti; doublepi; charstr[9]; }; intmain(void) { unionTesttest; test.i=10; test.pi=3.14; strcpy(test.str,"TechZone"); printf("test.i:%d ",test.i); printf("test.pi:%.2f ",test.pi); printf("test.str:%s ",test.str); return0; }

执行结果如下：

//Consequence 05 test.i: 1751344468 test.pi: 3946574856045802736197446431383475413237648487838717723111623714247921409395495328582015991082102150186282825269379326297769425957893182570875995348588904500564659454087397032067072.00 test.str: TechZone

可以看到，共用体只能正确地展示出最后一次被赋值的成员。共用体的内存应该要能够满足最大的成员能够正常存储。但是并不一定等于最大的成员的尺寸，因为还要考虑内存对齐的问题。

共用体可以类似结构体一样来定义和声明，但是共用体还可以允许不带名字：

union { inti; charch; floatf; }a,b;

初始化

共用体不能在同一时间存放多个成员，所以不能批量初始化

uniondata { inti; charch; floatf; }; uniondataa={520};//初始化第一个成员 uniondatab=a;//直接使用一个共用体初始化另一个共用体 uniondatac={.ch='C'};//C99的特性，指定初始化成员

枚举

枚举是一个基本的数据类型，它可以让数据更简洁。

如果写一个判断星期的文章，我们当然可以使用宏定义来使代码更加易懂，不过：

#defineMON1 #defineTUE2 #defineWED3 #defineTHU4 #defineFRI5 #defineSAT6 #defineSUN7

这样的写法有点费键盘。那么枚举就简单多了：

enumDAY { MON=1,TUE,WED,THU,FRI,SAT,SUN };

❝

**注意：**第一个枚举成员的默认值为整型的 0，后续枚举成员的值在前一个成员上加 1。我们在这个实例中把第一个枚举成员的值定义为 1，第二个就为 2，以此类推。

❞

枚举变量的定义和声明方法和共用体一样，也可以省略枚举名，直接声明变量名。

//Example06 #include #include intmain() { enumcolor{red=1,green,blue}; enumcolorfavorite_color; printf("请输入你喜欢的颜色:(1.red,2.green,3.blue):"); scanf("%d",&favorite_color); //输出结果 switch(favorite_color) { casered: printf("你喜欢的颜色是红色"); break; casegreen: printf("你喜欢的颜色是绿色"); break; caseblue: printf("你喜欢的颜色是蓝色"); break; default: printf("你没有选择你喜欢的颜色"); } return0; }

执行结果如下：

//Consequence 06 请输入你喜欢的颜色: (1. red, 2. green, 3. blue): 3 你喜欢的颜色是蓝色

也可以把整数转换为枚举类型：

//Example07 #include #include intmain() { enumday { saturday, sunday, monday, tuesday, wednesday, thursday, friday }workday; inta=1; enumdayweekend; weekend=(enumday)a;//使用强制类型转换 //weekend=a;//错误 printf("weekend:%d",weekend); return0; }

运行结果如下：

//Consequence 07 weekend:1

位域

C语言除了开发桌面应用等，还有一个很重要的领域，那就是「单片机」开发。单片机上的硬件资源十分有限，容不得我们去肆意挥洒。单片机使一种集成电路芯片，使采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的CPU、RAM、ROM、I/O、中断系统、定时器/计数器等功能（有的还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工控领域使用广泛。

对于这样的设备，通常内存只有256B，那么能够给我们利用的资源就十分珍贵了。在这种情况下，如果我们只需要定义一个变量来存放布尔值，一般就申请一个整型变量，通过1和0来间接存储。但是，显然1和0只用1个bit就能够放完，而一个整型却是4个字节，也就是32bit。这就造成了内存的浪费。

好在，C语言为我们提供了一种数据结构，称为「位域」（也叫位端、位字段）。也就是把一个字节中的二进制位划分，并且你能够指定每个区域的位数。每个域有一个域名，并允许程序中按域名进行单独操作。

使用位域的做法是在结构体定义的时候，在结构体成员后面使用冒号（:）和数字来表示该成员所占的位数。

//Example08 #include intmain(void) { structTest { unsignedinta:1; unsignedintb:1; unsignedintc:2; }test; test.a=0; test.b=1; test.c=2; printf("a=%d,b=%d,c=%d ",test.a,test.b,test.c); printf("sizeoftest=%d ",sizeof(test)); return0; }

运行结果如下：

//Consequence 08 a = 0, b = 1, c = 2 size of test = 4

如此一来，结构体test只用了4bit，却存放下了0、1、2三个整数。但是由于2在二进制中是10，因此占了2个bit。如果把test.b赋值为2，那么：

//Consequence 08 V2 a = 0, b = 0, c = 2 size of test = 4

可以看到，b中的10溢出了，只剩下0。

当然，位域的宽度不能够超过本身类型的长度，比如：

unsignedinta:100;

那么就会报错：

错误C2034“main::a”: 位域类型对位数太小

位域成员也可以没有名称，只要给出类型和宽度即可：

structTest { unsignedintx:1; unsignedinty:2; unsignedintz:3; unsignedint:26; };

无名位域一般用来作为填充或者调整成员的位置，因为没有名称，所以无名位域并不能够拿来使用。

❝

C语言的标准只说明unsigned int和signed int支持位域，然后C99增加了_Bool类型也支持位域，其他数据类型理论上是不支持的。不过大多数编译器在具体实现时都进行了扩展，额外支持了signed char、unsigned char以及枚举类型，所以如果对char类型的结构体成员使用位域，基本上也没什么问题。但如果考虑到程序的可移植性，就需要谨慎对待了。另外，由于内存的基本单位是字节，而位域只是字节的一部分，所以并不能对位域进行取地址运算。

❞

虽然科技发展日新月异，但是秉承着节约成本这个放之四海而皆准的原则，还是要注意使用！毕竟5毛钱可能是小钱，但是乘以5000万呢？