C基础 | 【05】(内存结构以及复合类型)

短命女 2022-11-18 01:16 202阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  内存结构
     *   *  作用域
         *   *  局部变量
             *  全局变量
             *  静态变量
             *   *  静态局部变量
                 *  静态全局变量
             *  全局函数和静态函数
             *   *  静态函数
                 *  全局函数
         *  内存布局
         *   *  内存分区
             *   *  代码区（程序指令）
                 *  数据区（静态区、全局区）
                 *  栈区
                 *  堆区
                 *  堆区动态分配，冒泡排序
             *  存储类型总结内存操作
             *   *  void \*memset(void \*s, int c, size\_t n)
                 *  void \*memcpy(void \*dest, const void \*src, size\_n)
                 *  memmove()
                 *  int memcmp(const void \*s1, const void \*s2, size\_t n)
     *  复合类型
     *   *  结构体
         *   *  初步介绍
             *  结构体指针
             *   *  结构体里包含指针类型
                 *  结构体指针
                 *  结构体作为参数
                 *  嵌套结构体
             *  共用体（联合体）
             *  枚举
             *  typedef

## 内存结构 ##

### 作用域 ###

>  *  代码块作用域
>  *  函数作用域
>  *  文件作用域

#### 局部变量 ####

> 一般在代码块内部的变量
> 
>  *  在该函数内定义，则只在该函数内部有效；
>  *  在复合语句中定义，只在复合语句中有效；  
>     随着调用/语句的结束局部变量的声明周期也结束；  
>     若无赋初值，则内容随机。注意：若为赋值就将变量作为循环或其他语句判断条件的程序会出错！！！

#### 全局变量 ####

>  *  `extern 数据类型 变量名;` 声明一个变量，这个变量在别的文件中已经定义了，这里只是声明，不是定义。

#### 静态变量 ####

##### 静态局部变量 #####

> `static` 局部变量的作用域也是在定义的函数内有效；  
> `static` 局部变量的生命周期和程序运行周期一样，同时 `static` 局部变量的值只初始化一次，但可多次赋值；  
> 若未赋值，则系统自动赋值。`int - 0`； `char - NULL`。

/*使用静态*/ 
    #include<stdio.h>
    
    int main()
    { 
        int i = 0;
        for (i=0; i<10; i++)
        { 
            static int j = 100;
            printf("%d\n", j -=i);
        }
    
        return 0;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTkyNjU0Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

/*使用静态*/ 
    #include<stdio.h>
    
    int main()
    { 
        int i = 0;
        for (i=0; i<10; i++)
        { 
            int j = 100; 		// 运行每次都初始化j，意味着每次运算j都为100
            printf("%d\n", j -=i);
        }
    
        return 0;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTkyNjU0Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

> 由以上俩个运行结果可验证静态变量只能初始化一次，但可赋值。

##### 静态全局变量 #####

>  *  在函数外定义，作用范围被限制在所定义的文件中；
>  *  不同文件静态全局变量阔以重名， 作用域不冲突；
>  *  静态全局变量的生命周期和程序运行周期不一样，同时静态全局变量的值只初始化一次。

#### 全局函数和静态函数 ####

##### 静态函数 #####

> 仅限于当前文件内调用

##### 全局函数 #####

> 可使用于当前项目中

### 内存布局 ###

#### 内存分区 ####

![在这里插入图片描述][20210411103016919.png]

> 在程序没有加载到内存前，分为代码区(`test`)、数据区(`data`)、未初始化数据区(`bss`)

##### 代码区（程序指令） #####

##### 数据区（静态区、全局区） #####

> **初始化数据**
> 
>  *  初始化的全局变量
>  *  初始化的静态全局变量
>  *  初始化的静态局部变量
> 
> **未初始化数据**
> 
>  *  未初始化的静态局部变量，默认未0
>  *  未初始化的全局变量默认初始值为0
>  *  未初始化的静态全局变量，默认未0
> 
> **字符串常量**

##### 栈区 #####

>  *  变量
>  *  数组
>  *  结构体
>  *  指针
>  *  枚举
>  *  函数形参
> 
> **栈区大小**  
> 在不同的操作系统中系统分配给每一个程序的栈区空间大小不同：不是公用，但可被访问
> 
>  *  一般windows为1-8M
>  *  一般Linux为1-16M

##### 堆区 #####

> 用于动态内存分配、与物理内存有关
> 
>  *  音频文件
>  *  视频文件
>  *  图像文件
>  *  文本文件
>  *  大的数据

##### 堆区动态分配，冒泡排序 #####

#include<stdio.h>
    #include<time.h>
    #include<stdlib.h>
    
    int main()
    { 
        int i=10, j, k;
        srand((unsigned int)time(NULL));	// 创建随机种子
        int *p = (int *)malloc(sizeof(int) * i);	# 开辟空间
        
        for (j=0; j<i; j++)
        { 
            p[j] = rand() % 50; 
        }
        
        for(j=0; j<i-1; j++)
        { 
            for(k=0; k<i-j-1; k++)
            { 
                if(p[k] < p[k+1])
                { 
                    int temp = p[k];
                    p[k] = p[k+1];
                    p[k+1] = temp;
                }
            }
        }
        
        
        for(j =0; j<10; j++)
        { 
            printf("%5d", p[j]);
        }
        
        return 0;
    }

#### 存储类型总结内存操作 ####

##### void \*memset(void \*s, int c, size\_t n) #####

>  *  作用：将s的内存区域所有字节都填入c
>  *  参数:
>     
>      *  s：需要操作内存s的首地址；
>      *  c：类型必须为`unsigned char` 【0-255】；
>      *  n：指定需要设置的大小
>  *  返回值：s的首地址

##### void \*memcpy(void \*dest, const void \*src, size\_n) #####

>  *  功能：拷贝src中内存中前n个字节到dest内存地址上
>  *  参数：
>     
>      *  dest：目的内存首地址
>      *  src：源内存地址首地址【dest和src内存空间不可重叠】
>      *  n：需要拷贝的字节数
>  *  返回值：dest的首地址

> `memcpy`与`strcpy()`的区别：
> 
>  *  前者是以个数为准，相对广泛。
>  *  后者是以`\0`为结尾。

##### memmove() #####

> 功能用法和memcpy一样。区别再与当`dest`和`src`内存空间重叠时，它阔以处理。但效率低。

##### int memcmp(const void \*s1, const void \*s2, size\_t n) #####

>  *  功能：比较s1和s2所指向内存区域的前n个字节。
>  *  参数：
>     
>      *  s1：s1内存首地址；
>      *  s2：s2内存首地址；
>      *  n：比较前n个字节。
>  *  返回值：
>     
>      *  相等： = 0；
>      *  大于：>0；
>      *  小于：<0。

## 复合类型 ##

### 结构体 ###

#### 初步介绍 ####

**定义**

struct 结构体名称
    { 
    	// 结构体成员列表
    }变量名...; // 可用,分割开定义多个变量名称
    
    // 若前面为定义变量名，后续可用；
    struct 结构体名称 变量名;

**赋值**

/*第一种*/
    struct 结构体名 变量名 = { 按列表顺序值};
    
    /*第二种*/
    变量名.属性 = 值;
    // 需要注意：若遇到字符串，则需要使用strcpy()进行拷贝；由于字符串常量是一个常量数组，可以读取，但不能修改。

**内存**

> 结构体需要根据数据类型进行对齐  
> 【注意】：所以数据类型的大小在内存中存储的地址一定是它的类型的倍数。  
> **如何结构体中节省内存**
> 
>  *  找出结构体中数据类型最大的
>  *  按照排序将每一个都填充满，若有剩余，则下一个刚才满足该空间的，即可在同一个空间，若不满足，则需要下一个空间

> 例如：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTkyNjU0Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
**冒泡排序在结构体中的应用**

#include<stdio.h>
    
    
    
    /***********定义结构体**********/
    struct stu2{ 
        char name[15];
        float score;
    };
    
    
    /***********冒泡排序**********/
    void sortStruct(stu2 *s)
    { 
        for(int i=0; i<3; i++)
        { 
            for(int j=0; j<4-i-1; j++)
            { 
                if(s[j].score < s[j+1].score)
                { 
                    stu2 temp = s[j];
                    s[j] = s[j+1];
                    s[j+1] = temp;
                }
            }
        }
    }
    
    
    int main()
    { 
        struct stu2 s[4];       // 创建结构体
    
        // 循环写入多条数据
        for(int i=0; i<4; i++)
        { 
            printf("请输入姓名和成绩：\n");
            scanf("%s%f", s[i].name, &s[i].score);
        }
    
        // 冒泡排序
        sortStruct(s);
    
        // 循环取出每一条数据
        for(int i=0; i<4; i++)
        { 
            printf("请输入姓名:%s,成绩:%.2f\n", s[i].name, s[i].score);
        }
    }

#### 结构体指针 ####

##### 结构体里包含指针类型 #####

struct stu
    	{ 
    	    char *name;
    	    float score;
    	};

**注意**：

> 在使用指针的时候，使用`malloc`为它开辟堆空间，节省了栈空间。在使用完成后需要对它进行释放`free`。

##### 结构体指针 #####

**定义**

// 结构体
    struct stuInfo
    { 
        char *name;
        int Num;
    }stu_;
    
    int main()
    { 
    	// 创建堆空间结构体
    	
    	// 创建结构体指针
        struct stuInfo *s = &stu_;
    	// 申请空间
        s->name = (char *)malloc(sizeof(char)*15);
        
        strcpy(s->name, "虾米");
        s->Num = 001;
    
        printf("%s, %d", s->name, s->Num);
    	
    	// 释放空间
        free(s->name);
        return 0;
    }

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    
    struct stuInfo2
    { 
        char *name;
        float *scores;
    };
    
    int main()
    { 
        struct stuInfo2 *s = (struct stuInfo2 *)malloc(sizeof(struct stuInfo2)*3);
    
        for (int i=0; i<3; i++)
        { 
            s[i].name = (char *)malloc(sizeof(char)*15);
            s[i].scores = (float *)malloc(sizeof(float)*2);
    
            strcpy(s[i].name, "小米");
            s[i].scores[0] = 20.2;
            s[i].scores[1] = 22.2;
        }
    
        for(int i=0; i<3; i++)
        { 
            printf("%s, %.2f, %.2f\n", s[i].name, s[i].scores[0], s[i].scores[1]);
    
            free(s[i].name);
            free(s[i].scores);
        }
    	//注意：先先释放内部的，在释放结构体
        free(s);
    
    
    
    
        return 0;
    }

**获取变量**

> 可以通过 `->` 获取指针变量

##### 结构体作为参数 #####

> 以下包含四种用法

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    
    
    struct stuInfo3
    { 
        char name[15];
        int Num;
    };
    
    // *传入结构体：值传递不会改变实参的值。
    void funCom(struct stuInfo3 s)
    { 
        strcpy(s.name, "小米");
        s.Num = 20;
    
        printf("%s, %d\n", s.name, s.Num);
    }
    
    // *传入结构体指针：传递地址会改变值
    void funPointer(struct stuInfo3 *s)
    { 
        strcpy(s->name, "小栏");
        s->Num = 90;
    }
    
    // *返回结构体
    struct stuInfo3 returnS()
    { 
        struct stuInfo3 s = { "里斯", 29};
    
        return s;
    };
    
    // *返回结构体指针
    struct stuInfo3 *returnPointerS()
    { 
        struct stuInfo3 s;
        strcpy(s.name, "小");
        s.Num = 01;
    
        return &s; // 返回地址后，前面的值在栈区被销毁
    };
    
    int main()
    { 
        //struct stuInfo3 s = {"里斯", 19};
    
        //funCom(s);
    
        //funPointer(&s);
    
        //struct stuInfo3 s = returnS();
    
        struct stuInfo3 *s = returnPointerS();
    
        printf("%s, %d\n", s->name, s->Num);
    
        return 0;
    }

##### 嵌套结构体 #####

> 嵌套的意思就是在结构体内部再创建一个结构体。其调用方法只需在往内层 `.` 一个即可

// 内层
    struct inner
    { 
        int inNum;
        char inName[15];
    };
    // 外层
    struct external
    { 
        int exAge;
        struct inner sIn;
    }; 
    
    
    int main()
    { 
        struct external s;
        s.exAge = 20;
        strcpy(s.sIn.inName, "小米");
        s.sIn.inNum = 2;
    
        printf("%d, %s, %d", s.exAge, s.sIn.inName, s.sIn.inNum);
    
        return 0;
    }

#### 共用体（联合体） ####

>  *  是一个能在同一个存储空间存储`不同数据类型`的类型；
>  *  所占的内存长度等于其`最长成员的长度`；
>  *  同一内存段可以用来存放几种不同类型的成员，但每一瞬时`只有一种`起作用；
>  *  其变量中起作用的成员是`最后一次`存放的成员，在存入一个新的成员后原有的成员的值会被`覆盖`；
>  *  其变量的地址和它的`各成员的地址`都是`同一个地址` 。

**定义**

> `union 共用体名称 成员列表 共用体变量名`

#include<stdio.h>
    
    union 共用体名称
    { 
    	成员列表;
    }共用体变量名;

#### 枚举 ####

>  *  将变量的值一一都列举出来，变量的值只限于列举出来的值的范围内；
>  *  枚举值是常量，不能在程序中用赋值语句再次对它赋值；
>  *  举元素本身由系统定义了一个表示序号的数值从0开始顺序定义为0，1…。

#include<stdio.h>
    
    enum 枚举名
    { 
    	枚举值表(枚举元素);
    }

#### typedef ####

> 自定义数据类型新名字，发生在编译阶段

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTkyNjU0Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221022/47a173cfba73491a860ef7a7b4c2fd93.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTkyNjU0Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221022/531ae53e95004e52bdbca27cde6ab969.png
[20210411103016919.png]: /images/20221022/dc42dd9f84254a208aaceb2e075b15db.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTkyNjU0Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221022/c8d1398c759248429ef8327b40c4a50f.png