C语言初学者入门讲座 第十二讲 结构(3)
结构指针变量作函数参数
在ANSI C标准中允许用结构变量作函数参数进行整体传送。 但是这种传送要将全部成员逐个传送，特别是成员为数组时将会使传送的时间和空间开销很大，严重地降低了程序的效率。 因此最好的办法就是使用指针，即用指针变量作函数参数进行传送。这时由实参传向形参的只是地址，从而减少了时间和空间的开销。
[例7.8]题目与例7.4相同，计算一组学生的平均成绩和不及格人数。
用结构指针变量作函数参数编程。
struct stu
{
int num;
char *name;
char sex;
float score;}boy[5]={
{101,"Li ping",'M',45},
{102,"Zhang ping",'M',62.5},
{103,"He fang",'F',92.5},
{104,"Cheng ling",'F',87},
{105,"Wang ming",'M',58},
};
main()
{
struct stu *ps;
void ave(struct stu *ps);
ps=boy;
ave(ps);
}
void ave(struct stu *ps)
{
int c=0,i;
float ave,s=0;
for(i=0;i<5;i++,ps++)
{
s+=ps->score;
if(ps->score<60) c+=1;
}
printf("s=%f/n",s);
ave=s/5;
printf("average=%f/ncount=%d/n",ave,c);
}
本程序中定义了函数ave，其形参为结构指针变量ps。boy 被定义为外部结构数组，因此在整个源程序中有效。在main 函数中定义说明了结构指针变量ps，并把boy的首地址赋予它，使ps指向boy 数组。然后以ps作实参调用函数ave。在函数ave 中完成计算平均成绩和统计不及格人数的工作并输出结果。与例7.4程序相比，由于本程序全部采用指针变量作运算和处理，故速度更快，程序效率更高。.
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”。
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;inum,&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;inum,&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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