访问指针所指向的存储空间

• C语言中提供了地址运算符&来表示变量的地址。其一般形式为:

• &变量名;

• C语言中提供了*来定义指针变量和访问指针变量指向的内存存储空间

• 在定义变量的时候 * 是一个类型说明符,说明定义的这个变量是一个指针变量

int *p=NULL; // 定义指针变量

• 在不是定义变量的时候 *是一个操作符,代表访问指针所指向存储空间

int a = 5;
int *p = &a;
printf("a = %d", *p); // 访问指针变量

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指针类型

• 在同一种编译器环境下,一个指针变量所占用的内存空间是固定的。
  
• 虽然在同一种编译器下, 所有指针占用的内存空间是一样的,但不同类型的变量却占不同的字节数

• 一个int占用4个字节，一个char占用1个字节，而一个double占用8字节；
• 现在只有一个地址，我怎么才能知道要从这个地址开始向后访问多少个字节的存储空间呢，是4个，是1个，还是8个。
• 所以指针变量需要它所指向的数据类型告诉它要访问多少个字节存储空间
  

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二级指针

• 如果一个指针变量存放的又是另一个指针变量的地址,则称这个指针变量为指向指针的指针变量。也称为“二级指针”

    char c = 'a';
    char *cp;
    cp = &c;
    char **cp2;
    cp2 = &cp;
    printf("c = %c", **cp2);

• 多级指针的取值规则

int ***m1;  //取值***m1
int *****m2; //取值*****m2

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练习

• 定义一个函数交换两个变量的值
• 写一个函数，同时返回两个数的和与差

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##数组指针的概念及定义

• 数组元素指针

• 一个变量有地址,一个数组包含若干元素,每个数组元素也有相应的地址, 指针变量也可以保存数组元素的地址
• 只要一个指针变量保存了数组元素的地址, 我们就称之为数组元素指针
  

    printf(“%p %p”, &(a[0]), a); //输出结果:0x1100, 0x1100

• 注意: 数组名a不代表整个数组,只代表数组首元素的地址。
• “p=a;”的作用是“把a数组的首元素的地址赋给指针变量p”,而不是“把数组a各元素的值赋给 p”

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指针访问数组元素

    int main (void)
{
      int a[5] = {2, 4, 6, 8, 22};
      int *p;
      // p = &(a[0]); 
      p = a;
      printf(“%d %d\n”,a[0],*p); // 输出结果: 2, 2
}

• 在指针指向数组元素时,允许以下运算:

• 加一个整数(用+或+=),如p+1
• 减一个整数(用-或-=),如p-1
• 自加运算,如p++,++p
• 自减运算,如p--,--p

• 如果指针变量p已指向数组中的一个元素,则p+1指向同一数组中的下一个元素,p-1指向同 一数组中的上一个元素。

• 结论: 访问数组元素,可用下面两种方法:

• 下标法, 如a[i]形式
• 指针法, *(p+i)形式

• 注意:

• 数组名虽然是数组的首地址，但是数组名所所保存的数组的首地址是不可以更改的

  int x[10];
 x++;  //错误
 int* p = x;
 p++; //正确

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指针与字符串

• 定义字符串的两种方式

• 字符数组

char string[]=”I love lnj!”;
printf("%s\n",string);

• 字符串指针指向字符串

// 数组名保存的是数组第0个元素的地址, 指针也可以保存第0个元素的地址
char *str = "abc"

• 字符串指针使用注意事项

• 可以查看字符串的每一个字符

har *str = "lnj";
for(int i = 0; i < strlen(str);i++)
{
  printf("%c-", *(str+i)); // 输出结果:l-n-j
}

• • 不可以修改字符串内容

//   + 使用字符数组来保存的字符串是保存栈里的,保存栈里面东西是可读可写,所有可以修改字符串中的的字符
//   + 使用字符指针来保存字符串,它保存的是字符串常量地址,常量区是只读的,所以我们不可以修改字符串中的字符
char *str = "lnj";
*(str+2) = 'y'; // 错误

• • 不能够直接接收键盘输入

// 错误的原因是:str是一个野指针,他并没有指向某一块内存空间
// 所以不允许这样写如果给str分配内存空间是可以这样用 的
char *str;
scanf("%s", str);

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指向函数指针

• 为什么指针可以指向一个函数？

• 函数作为一段程序，在内存中也要占据部分存储空间，它也有一个起始地址
• 函数有自己的地址，那就好办了，我们的指针变量就是用来存储地址的。
• 因此可以利用一个指针指向一个函数。其中，函数名就代表着函数的地址。

• 指针函数的定义

• 格式:返回值类型 (*指针变量名)(形参1, 形参2, ...);

    int sum(int a,int b)
    {
        return a + b;
    }

    int (*p)(int,int);
    p = sum;

• 指针函数定义技巧

• 1、把要指向函数头拷贝过来
• 2、把函数名称使用小括号括起来
• 3、在函数名称前面加上一个*
• 4、修改函数名称

• 应用场景

• 调用函数
• 将函数作为参数在函数间传递

• 注意点:

• 由于这类指针变量存储的是一个函数的入口地址，所以对它们作加减运算(比如p++)是无意义的
• 函数调用中"(指针变量名)"的两边的括号不可少,其中的不应该理解为求值运算,在此处它 只是一种表示符号

什么是结构体

• 结构体和数组一样属于构造类型
• 数组是用于保存一组相同类型数据的, 而结构体是用于保存一组不同类型数组的
• 例如,在学生登记表中,姓名应为字符型;学号可为整型或字符型;年龄应为整型;性别应为字符型;成绩可为整型或实型。
• 显然这组数据不能用数组来存放, 为了解决这个问题,C语言中给出了另一种构造数据类型——“结构(structure)”或叫“结构体”。

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定义结构体类型

• 在使用结构体之前必须先定义结构体类型, 因为C语言不知道你的结构体中需要存储哪些类型数据, 我们必须通过定义结构体类型来告诉C语言, 我们的结构体中需要存储哪些类型的数据
• 格式:

struct 结构体名{
     类型名1 成员名1;
     类型名2 成员名2;
     ……
     类型名n 成员名n;
 };

• 示例:

struct Student {
    char *name; // 姓名
    int age; // 年龄
    float height; // 身高
};

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定义结构体变量

• 定好好结构体类型之后, 我们就可以利用我们定义的结构体类型来定义结构体变量
• 格式:struct 结构体名 结构体变量名;
  
• 先定义结构体类型，再定义变量

struct Student {
     char *name;
     int age;
 };

 struct Student stu;

• 定义结构体类型的同时定义变量

struct Student {
    char *name;
    int age;
} stu;

• 匿名结构体定义结构体变量

struct {
    char *name;
    int age;
} stu;

• 第三种方法与第二种方法的区别在于,第三种方法中省去了结构体类型名称,而直接给出结构变量,这种结构体最大的问题是结构体类型不能复用

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结构体成员访问

• 一般对结构体变量的操作是以成员为单位进行的，引用的一般形式为：结构体变量名.成员名

struct Student {
     char *name;
     int age;
 };
 struct Student stu;
 // 访问stu的age成员
 stu.age = 27;
 printf("age = %d", stu.age);

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结构体变量的初始化

• 定义的同时按顺序初始化

struct Student {
     char *name;
     int age;
 };
struct Student stu = {“lnj", 27};

• 定义的同时不按顺序初始化

struct Student {
     char *name;
     int age;
 };
struct Student stu = {.age = 35, .name = “lnj"};

• 先定义后逐个初始化

struct Student {
     char *name;
     int age;
 };
 struct Student stu;
stu.name = "lnj";
stu.age = 35;

• 先定义后一次性初始化

struct Student {
     char *name;
     int age;
 };
struct Student stu;
stu2 = (struct Student){"lnj", 35};

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结构体类型作用域

• 结构类型定义在函数内部的作用域与局部变量的作用域是相同的

• 从定义的那一行开始, 直到遇到return或者大括号结束为止

• 结构类型定义在函数外部的作用域与全局变量的作用域是相同的

• 从定义的那一行开始,直到本文件结束为止

//定义一个全局结构体,作用域到文件末尾
struct Person{
    int age;
    char *name;
};

int main(int argc, const char * argv[])
{
    //定义局部结构体名为Person,会屏蔽全局结构体
    //局部结构体作用域,从定义开始到“}”块结束
    struct Person{
        int age;
    };
    // 使用局部结构体类型
    struct Person pp;
    pp.age = 50;
    pp.name = "zbz";

    test();
    return 0;
}

void test() {

    //使用全局的结构体定义结构体变量p
    struct Person p = {10,"sb"};
    printf("%d,%s\n",p.age,p.name);
}

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结构体数组

• 结构体数组和普通数组并无太大差异, 只不过是数组中的元素都是结构体而已
• 格式: struct 结构体类型名称 数组名称[元素个数]

struct Student {
    char *name;
    int age;
};
struct Student stu[2]; 

• 结构体数组初始化和普通数组也一样, 分为先定义后初始化和定义同时初始化
  • 定义同时初始化

struct Student {
    char *name;
    int age;
};
struct Student stu[2] = {{"lnj", 35},{"zs", 18}}; 

• • 先定义后初始化

struct Student {
    char *name;
    int age;
};
struct Student stu[2]; 
stu[0] = {"lnj", 35};
stu[1] = {"zs", 18};

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结构体指针

• 一个指针变量当用来指向一个结构体变量时,称之为结构体指针变量
• 格式:struct 结构名 *结构指针变量名
• 示例:

      // 定义一个结构体类型
      struct Student {
          char *name;
          int age;
      };

     // 定义一个结构体变量
     struct Student stu = {“lnj", 18};

     // 定义一个指向结构体的指针变量
     struct Student *p;

    // 指向结构体变量stu
    p = &stu;

     /*
      这时候可以用3种方式访问结构体的成员
      */
     // 方式1：结构体变量名.成员名
     printf("name=%s, age = %d \n", stu.name, stu.age);

     // 方式2：(*指针变量名).成员名
     printf("name=%s, age = %d \n", (*p).name, (*p).age);

     // 方式3：指针变量名->成员名
     printf("name=%s, age = %d \n", p->name, p->age);

     return 0;
 }

• 通过结构体指针访问结构体成员, 可以通过以下两种方式

• (*结构指针变量).成员名
• 结构指针变量->成员名(用熟)

• (pstu)两侧的括号不可少,因为成员符“.”的优先级高于“”。
• 如去掉括号写作pstu.num则等效于(pstu.num),这样,意义就完全不对了。

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结构体内存分析

• 给结构体变量开辟存储空间和给普通开辟存储空间一样, 会从内存地址大的位置开始开辟
• 给结构体成员开辟存储空间和给数组元素开辟存储空间一样, 会从所占用内存地址小的位置开始开辟
• 结构体变量占用的内存空间永远是所有成员中占用内存最大成员的倍数(对齐问题)

+多实际的计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制,它们会要求这些数据的起始地址的值是 某个数k的倍数,这就是所谓的内存对齐,而这个k则被称为该数据类型的对齐模数(alignment modulus)。

• 这种强制的要求一来简化了处理器与内存之间传输系统的设计,二来可以提升读取数据的速度。比如这么一种处理器,它每次读写内存的时候都从某个8倍数的地址开始,一次读出或写入8个字节的数据,假如软件能 保证double类型的数据都从8倍数地址开始,那么读或写一个double类型数据就只需要一次内存操作。否则,我们就可能需要两次内存操作才能完成这个动作,因为数据或许恰好横跨在两个符合对齐要求的8字节 内存块上

结构体变量占用存储空间大小

    struct Person{
        int age; // 4
        char ch; // 1
        double score; // 8
    };
    struct Person p;
    printf("sizeof = %i\n", sizeof(p)); // 16

• 占用内存最大属性是score, 占8个字节, 所以第一次会分配8个字节
• 将第一次分配的8个字节分配给age4个,分配给ch1个, 还剩下3个字节
• 当需要分配给score时, 发现只剩下3个字节, 所以会再次开辟8个字节存储空间
• 一共开辟了两次8个字节空间, 所以最终p占用16个字节

    struct Person{
        int age; // 4
        double score; // 8
        char ch; // 1
    };
    struct Person p;
    printf("sizeof = %i\n", sizeof(p)); // 24

• 占用内存最大属性是score, 占8个字节, 所以第一次会分配8个字节
• 将第一次分配的8个字节分配给age4个,还剩下4个字节
• 当需要分配给score时, 发现只剩下4个字节, 所以会再次开辟8个字节存储空间
• 将新分配的8个字节分配给score, 还剩下0个字节
• 当需要分配给ch时, 发现上一次分配的已经没有了, 所以会再次开辟8个字节存储空间
• 一共开辟了3次8个字节空间, 所以最终p占用24个字节

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结构体嵌套定义

• 成员也可以又是一个结构,即构成了嵌套的结构

struct Date{
     int month;
     int day;
     int year;
}
struct  stu{
     int num;
    char *name;
    char sex;
    struct Date birthday;
    Float score;
}

• 在stu中嵌套存储Date结构体内容
  

• 注意:
• 结构体不可以嵌套自己变量,可以嵌套指向自己这种类型的指针

struct Student {
   int age;
   struct Student stu;
};

• 对嵌套结构体成员的访问
  • 如果某个成员也是结构体变量，可以连续使用成员运算符"."访问最低一级成员

struct Date {
       int year;
       int month;
       int day;
  };

  struct Student {
      char *name;
      struct Date birthday;
 };

 struct Student stu;
 stu.birthday.year = 1986;
 stu.birthday.month = 9;
 stu.birthday.day = 10;

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结构体和函数

• 结构体虽然是构造类型, 但是结构体之间赋值是值拷贝, 而不是地址传递

    struct Person{
        char *name;
        int age;
    };
    struct Person p1 = {"lnj", 35};
    struct Person p2;
    p2 = p1;
    p2.name = "zs"; // 修改p2不会影响p1
    printf("p1.name = %s\n", p1.name); // lnj
    printf("p2.name = %s\n", p2.name); //  zs

• 所以结构体变量作为函数形参时也是值传递, 在函数内修改形参, 不会影响外界实参

#include <stdio.h>

struct Person{
    char *name;
    int age;
};

void test(struct Person per);

int main()
{
    struct Person p1 = {"lnj", 35};
    printf("p1.name = %s\n", p1.name); // lnj
    test(p1);
    printf("p1.name = %s\n", p1.name); // lnj
    return 0;
}
void test(struct Person per){
    per.name = "zs";
}

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共用体

• 和结构体不同的是, 结构体的每个成员都是占用一块独立的存储空间, 而共用体所有的成员都占用同一块存储空间
• 和结构体一样, 共用体在使用之前必须先定义共用体类型, 再定义共用体变量
• 定义共用体类型格式:

union 共用体名{
    数据类型 属性名称;
    数据类型 属性名称;
    ...   ....
};

• 定义共用体类型变量格式:

union 共用体名 共用体变量名称;

• 特点: 由于所有属性共享同一块内存空间, 所以只要其中一个属性发生了改变, 其它的属性都会受到影响
• 示例:

    union Test{
        int age;
        char ch;
    };
    union Test t;
    printf("sizeof(p) = %i\n", sizeof(t));

    t.age = 33;
    printf("t.age = %i\n", t.age); // 33
    t.ch = 'a';
    printf("t.ch = %c\n", t.ch); // a
    printf("t.age = %i\n", t.age); // 97

• 共用体的应用场景
  • （1）通信中的数据包会用到共用体，因为不知道对方会发送什么样的数据包过来，用共用体的话就简单了，定义几种格式的包，收到包之后就可以根据包的格式取出数据。
  • （2）节约内存。如果有2个很长的数据结构，但不会同时使用，比如一个表示老师，一个表示学生，要统计老师和学生的情况，用结构体就比较浪费内存，这时就可以考虑用共用体来设计。+（3）某些应用需要大量的临时变量，这些变量类型不同，而且会随时更换。而你的堆栈空间有限，不能同时分配那么多临时变量。这时可以使用共用体让这些变量共享同一个内存空间，这些临时变量不用长期保存，用完即丢，和寄存器差不多，不用维护。

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枚举

• 什么是枚举类型?

• 在实际问题中,有些变量的取值被限定在一个有限的范围内。例如,一个星期内只有七天,一年只有十二个月,一个班每周有六门课程等等。如果把这些量说明为整型,字符型或其它类型 显然是不妥当的。
• C语言提供了一种称为“枚举”的类型。在“枚举”类型的定义中列举出所有可能的取值, 被说明为该“枚举”类型的变量取值不能超过定义的范围。
• 该说明的是,枚举类型是一种基本数据类型,而不是一种构造类型,因为它不能再分解为任何基本类型。
  

• 枚举类型的定义

• 格式:

enum 枚举名 {
    枚举元素1,
    枚举元素2,
    ……
};

• 示例:

// 表示一年四季
enum Season {
    Spring,
    Summer,
    Autumn,
    Winter
};

• 枚举变量

• 先定义枚举类型，再定义枚举变量

enum Season {
    Spring,
    Summer,
    Autumn,
    Winter
};
enum Season s;

• 定义枚举类型的同时定义枚举变量

enum Season {
    Spring,
    Summer,
    Autumn,
    Winter
} s;

• 省略枚举名称，直接定义枚举变量

enum {
    Spring,
    Summer,
    Autumn,
    Winter
} s;

• 枚举类型变量的赋值和使用

enum Season {
    Spring,
    Summer,
    Autumn,
    Winter
} s;
s = Spring; // 等价于 s = 0;
s = 3; // 等价于 s = winter;
printf("%d", s);

• 枚举使用的注意

• C语言编译器会将枚举元素(spring、summer等)作为整型常量处理，称为枚举常量。
• 枚举元素的值取决于定义时各枚举元素排列的先后顺序。默认情况下，第一个枚举元素的值为0，第二个为1，依次顺序加1。
• 也可以在定义枚举类型时改变枚举元素的值

enum Season {
    Spring,
    Summer,
    Autumn,
    Winter
};
// 也就是说spring的值为0，summer的值为1，autumn的值为2，winter的值为3

enum Season {
    Spring = 9,
    Summer,
    Autumn,
    Winter
};
// 也就是说spring的值为9，summer的值为10，autumn的值为11，winter的值为12

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全局变量和局部变量

• 变量作用域基本概念

• 变量作用域：变量的可用范围
• 按照作用域的不同，变量可以分为：局部变量和全局变量

• 局部变量

• 定义在函数内部的变量以及函数的形参, 我们称为局部变量
• 作用域：从定义的那一行开始, 直到遇到}结束或者遇到return为止
• 生命周期: 从程序运行到定义哪一行开始分配存储空间到程序离开该变量所在的作用域
• 存储位置: 局部变量会存储在内存的栈区中
• 特点：
• 相同作用域内不可以定义同名变量
• 不同作用范围可以定义同名变量，内部作用域的变量会覆盖外部作用域的变量

• 全局变量

• 定义在函数外面的变量称为全局变量
• 作用域范围：从定义哪行开始直到文件结尾
• 生命周期:程序一启动就会分配存储空间,直到程序结束
• 存储位置：静态存储区
• 特点: 多个同名的全局变量指向同一块存储空间

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auto和register关键字

• auto关键字(忘记)

• 只能修饰局部变量, 局部变量如果没有其它修饰符, 默认就是auto的
• 特点: 随用随开, 用完即销

auto int num; // 等价于 int num;

• register关键字(忘记)

• 只能修饰局部变量, 原则上将内存中变量提升到CPU寄存器中存储, 这样访问速度会更快
• 但是由于CPU寄存器数量相当有限, 通常不同平台和编译器在优化阶段会自动转换为auto

register int num; 

static关键字

• 对局部变量的作用

• 延长局部变量的生命周期,从程序启动到程序退出,但是它并没有改变变量的作用域
• 定义变量的代码在整个程序运行期间仅仅会执行一次

#include <stdio.h>
void test();
int main()
{
    test();
    test();
    test();

    return 0;
}
void test(){
    static int num = 0; // 局部变量
    num++; 
    // 如果不加static输出 1 1 1
    // 如果添加static输出 1 2 3
    printf("num = %i\n", num); 
}

• 对全局变量的作用
• 全局变量分类：

• 内部变量:只能在本文件中访问的变量
• 外部变量:可以在其他文件中访问的变量,默认所有全局变量都是外部变量

• 默认情况下多个同名的全局变量共享一块空间, 这样会导致全局变量污染问题
• 如果想让某个全局变量只在某个文件中使用, 并且不和其他文件中同名全局变量共享同一块存储空间, 那么就可以使用static

// A文件中的代码
int num; // 和B文件中的num共享
void test(){
    printf("ds.c中的 num = %i\n", num);
}

// B文件中的代码
#include <stdio.h>
#include "ds.h"

int num; // 和A文件中的num共享
int main()
{
    num = 666;
    test(); // test中输出666
    return 0;
}

// A文件中的代码
static int num; // 不和B文件中的num共享
void test(){
    printf("ds.c中的 num = %i\n", num);
}

// B文件中的代码
#include <stdio.h>
#include "ds.h"

int num; // 不和A文件中的num共享
int main()
{
    num = 666;
    test(); // test中输出0
    return 0;
}

---

extern关键字

• 对局部变量的作用

• extern不能用于局部变量
• extern代表声明一个变量, 而不是定义一个变量, 变量只有定义才会开辟存储空间
• 所以如果是局部变量, 虽然提前声明有某个局部变量, 但是局部变量只有执行到才会分配存储空间

#include <stdio.h>

int main()
{
    extern int num;
    num = 998; // 使用时并没有存储空间可用, 所以声明了也没用
    int num; // 这里才会开辟
    printf("num = %i\n", num);
    return 0;
}

• 对全局变量的作用

• 声明一个全局变量, 代表告诉编译器我在其它地方定义了这个变量, 你可以放心使用

#include <stdio.h>

int main()
{
    extern int num; // 声明我们有名称叫做num变量
    num = 998; // 使用时已经有对应的存储空间
    printf("num = %i\n", num);
    return 0;
}
int num; // 全局变量, 程序启动就会分配存储空间