結構指針變量作函數參數
在ANSI C標准中允許用結構變量作函數參數進行整體傳送。 但是這種傳送要將全部成員逐個傳送， 特別是成員為數組時將會使傳送的時間和空間開銷很大，嚴重地降低了程序的效率。 因此最好的辦法就是使用指針，即用指針變量作函數參數進行傳送。 這時由實參傳向形參的只是地址，從而減少了時間和空間的開銷。
[例7.8]題目與例7.4相同，計算一組學生的平均成績和不及格人數。
用結構指針變量作函數參數編程。
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);
}
本程序中定義了函數ave，其形參為結構指針變量ps。boy 被定義為外部結構數組，因此在整個源程序中有效。在main 函數中定義說明了結構指針變量ps，並把boy的首地址賦予它，使ps指向boy 數組。然後以ps作實參調用函數ave。在函數ave 中完成計算平均成績和統計不及格人數的工作並輸出結果。與例7.4程序相比，由於本程序全部采用指針變量作運算和處理，故速度更快，程序效率更高。.
topoic=動態存儲分配
在數組一章中，曾介紹過數組的長度是預先定義好的， 在整個程序中固定不變。C語言中不允許動態數組類型。例如： int n;scanf("%d",&n);int a[n]; 用變量表示長度，想對數組的大小作動態說明， 這是錯誤的。但是在實際的編程中，往往會發生這種情況， 即所需的內存空間取決於實際輸入的數據，而無法預先確定。對於這種問題， 用數組的辦法很難解決。為了解決上述問題，C語言提供了一些內存管理函數，這些內存管理函數可以按需要動態地分配內存空間， 也可把不再使用的空間回收待用，為有效地利用內存資源提供了手段。 常用的內存管理函數有以下三個：
1.分配內存空間函數malloc
調用形式： (類型說明符*) malloc (size) 功能：在內存的動態存儲區中分配一塊長度為"size" 字節的連續區域。函數的返回值為該區域的首地址。 “類型說明符”表示把該區域用於何種數據類型。(類型說明符*)表示把返回值強制轉換為該類型指針。“size”是一個無符號數。例如： pc=(char *) malloc (100); 表示分配100個字節的內存空間，並強制轉換為字符數組類型， 函數的返回值為指向該字符數組的指針， 把該指針賦予指針變量pc。
2.分配內存空間函數 calloc
calloc 也用於分配內存空間。調用形式： (類型說明符*)calloc(n,size) 功能：在內存動態存儲區中分配n塊長度為“size”字節的連續區域。函數的返回值為該區域的首地址。(類型說明符*)用於強制類型轉換。calloc函數與malloc 函數的區別僅在於一次可以分配n塊區域。例如： ps=(struet stu*) calloc(2,sizeof (struct stu)); 其中的sizeof(struct stu)是求stu的結構長度。因此該語句的意思是：按stu的長度分配2塊連續區域，強制轉換為stu類型，並把其首地址賦予指針變量ps。
3.釋放內存空間函數free
調用形式： free(void*ptr); 功能：釋放ptr所指向的一塊內存空間，ptr 是一個任意類型的指針變量，它指向被釋放區域的首地址。被釋放區應是由malloc或calloc函數所分配的區域：[例7.9]分配一塊區域，輸入一個學生數據。
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，定義了結構stu，定義了stu類型指針變量ps。 然後分配一塊stu大內存區，並把首地址賦予ps，使ps指向該區域。再以ps為指向結構的指針變量對各成員賦值，並用printf 輸出各成員值。最後用free函數釋放ps指向的內存空間。 整個程序包含了申請內存空間、使用內存空間、釋放內存空間三個步驟， 實現存儲空間的動態分配。鏈表的概念在例7.9中采用了動態分配的辦法為一個結構分配內存空間。每一次分配一塊空間可用來存放一個學生的數據， 我們可稱之為一個結點。有多少個學生就應該申請分配多少塊內存空間， 也就是說要建立多少個結點。當然用結構數組也可以完成上述工作， 但如果預先不能准確把握學生人數，也就無法確定數組大小。 而且當學生留級、退學之後也不能把該元素占用的空間從數組中釋放出來。 用動態存儲的方法可以很好地解決這些問題。 有一個學生就分配一個結點，無須預先確定學生的准確人數，某學生退學， 可刪去該結點，並釋放該結點占用的存儲空間。從而節約了寶貴的內存資源。 另一方面，用數組的方法必須占用一塊連續的內存區域。 而使用動態分配時，每個結點之間可以是不連續的(結點內是連續的)。 結點之間的聯系可以用指針實現。 即在結點結構中定義一個成員項用來存放下一結點的首地址，這個用於存放地址的成員，常把它稱為指針域。可在第一個結點的指針域內存入第二個結點的首地址， 在第二個結點的指針域內又存放第三個結點的首地址， 如此串連下去直到最後一個結點。最後一個結點因無後續結點連接，其指針域可賦為0。這樣一種連接方式，在數據結構中稱為“鏈表”。
在鏈表中，第0個結點稱為頭結點， 它存放有第一個結點的首地址，它沒有數據，只是一個指針變量。 以下的每個結點都分為兩個域，一個是數據域，存放各種實際的數據，如學號num，姓名name，性別sex和成績score等。另一個域為指針域， 存放下一結點的首地址。鏈表中的每一個結點都是同一種結構類型。例如， 一個存放學生學號和成績的結點應為以下結構：
struct stu
{
int num;
int score;
struct stu *next;
}
前兩個成員項組成數據域，後一個成員項next構成指針域， 它是一個指向stu類型結構的指針變量。鏈表的基本操作對鏈表的主要操作有以下幾種：
1.建立鏈表；
2.結構的查找與輸出；
3.插入一個結點；
4.刪除一個結點；
下面通過例題來說明這些操作。
[例7.10]建立一個三個結點的鏈表，存放學生數據。 為簡單起見， 我們假定學生數據結構中只有學號和年齡兩項。
可編寫一個建立鏈表的函數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;i<n;i++)
{
pb=(TYPE*) malloc(LEN);
printf("input Number and Age\n");
scanf("%d%d",&pb->num,&pb->age);
if(i==0)
pf=head=pb;
else pf->next=pb;
pb->next=NULL;
pf=pb;
}
return(head);
}
在函數外首先用宏定義對三個符號常量作了定義。這裡用TYPE表示struct stu，用LEN表示sizeof(struct stu)主要的目的是為了在以下程序內減少書寫並使閱讀更加方便。結構stu定義為外部類型，程序中的各個函數均可使用該定義。
creat函數用於建立一個有n個結點的鏈表，它是一個指針函數，它返回的指針指向stu結構。在creat函數內定義了三個stu結構的指針變量。head為頭指針，pf 為指向兩相鄰結點的前一結點的指針變量。pb為後一結點的指針變量。在for語句內，用malloc函數建立長度與stu長度相等的空間作為一結點，首地址賦予pb。然後輸入結點數據。如果當前結點為第一結點(i==0)，則把pb值 (該結點指針)賦予head和pf。如非第一結點，則把pb值賦予pf 所指結點的指針域成員next。而pb所指結點為當前的最後結點，其指針域賦NULL。 再把pb值賦予pf以作下一次循環准備。
creat函數的形參n，表示所建鏈表的結點數，作為for語句的循環次數。圖7.4表示了creat函數的執行過程。
[例7.11]寫一個函數，在鏈表中按學號查找該結點。
TYPE * search (TYPE *head,int n)
{
TYPE *p;
int i;
p=head;
while (p->num!=n && p->next!=NULL)
p=p->next; /* 不是要找的結點後移一步*/
if (p->num==n) return (p);
if (p->num!=n&& p->next==NULL)
printf ("Node %d has not been found!\n",n
}
本函數中使用的符號常量TYPE與例7.10的宏定義相同，等於struct stu。函數有兩個形參，head是指向鏈表的指針變量，n為要查找的學號。進入while語句，逐個檢查結點的num成員是否等於n，如果不等於n且指針域不等於NULL(不是最後結點)則後移一個結點，繼續循環。如找到該結點則返回結點指針。 如循環結束仍未找到該結點則輸出“未找到”的提示信息。
[例7.12]寫一個函數，刪除鏈表中的指定結點。刪除一個結點有兩種情況：
1. 被刪除結點是第一個結點。這種情況只需使head指向第二個結點即可。即head=pb->next。其過程如圖7.5所示。
2. 被刪結點不是第一個結點，這種情況使被刪結點的前一結點指向被刪結點的後一結點即可。即pf->next=pb->next。
函數編程如下：
TYPE * delete(TYPE * head,int num)
{
TYPE *pf,*pb;
if(head==NULL) /*如為空表， 輸出提示信息*/
{
printf("\nempty list!\n");
goto end;
}
pb=head;
while (pb->num!=num && pb->next!=NULL)
/*當不是要刪除的結點，而且也不是最後一個結點時，繼續循環*/
{
pf=pb;pb=pb->next;}/*pf指向當前結點，pb指向下一結點*/
if(pb->num==num)
{
if(pb==head) head=pb->next;
/*如找到被刪結點，且為第一結點，則使head指向第二個結點，
否則使pf所指結點的指針指向下一結點*/
else pf->next=pb->next;
free(pb);
printf("The node is deleted\n");}
else
printf("The node not been foud!\n");
end:
return head;
}
函數有兩個形參，head為指向鏈表第一結點的指針變量，num刪結點的學號。 首先判斷鏈表是否為空，為空則不可能有被刪結點。若不為空，則使pb指針指向鏈表的第一個結點。進入while語句後逐個查找被刪結點。找到被刪結點之後再看是否為第一結點，若是則使head指向第二結點(即把第一結點從鏈中刪去)，否則使被刪結點的前一結點(pf所指)指向被刪結點的後一結點(被刪結點的指針域所指)。如若循環結束未找到要刪的結點， 則輸出“末找到”的提示信息。最後返回head值。
[例7.13]寫一個函數，在鏈表中指定位置插入一個結點。在一個鏈表的指定位置插入結點， 要求鏈表本身必須是已按某種規律排好序的。例如，在學生數據鏈表中， 要求學號順序插入一個結點。設被插結點的指針為pi。 可在三種不同情況下插入。
1. 原表是空表，只需使head指向被插結點即可。
2. 被插結點值最小，應插入第一結點之前。這種情況下使head指向被插結點，被插結點的指針域指向原來的第一結點則可。即：
pi->next=pb;
head=pi;
3. 在其它位置插入。這種情況下，使插入位置的前一結點的指針域指向被插結點，使被插結點的指針域指向插入位置的後一結點。即為：pi->next=pb;pf->next=pi；
4. 在表末插入。這種情況下使原表末結點指針域指向被插結點，被插結點指針域置為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;/*在第一結點之前插入*/
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;
}
本函數有兩個形參均為指針變量，head指向鏈表，pi 指向被插結點。函數中首先判斷鏈表是否為空，為空則使head指向被插結點。表若不空，則用while語句循環查找插入位置。找到之後再判斷是否在第一結點之前插入，若是則使head 指向被插結點被插結點指針域指向原第一結點，否則在其它位置插入， 若插入的結點大於表中所有結點，則在表末插入。本函數返回一個指針， 是鏈表的頭指針。 當插入的位置在第一個結點之前時， 插入的新結點成為鏈表的第一個結點，因此head的值也有了改變， 故需要把這個指針返回主調函數。
[例7.14]將以上建立鏈表，刪除結點，插入結點的函數組織在一起，再建一個輸出全部結點的函數，然後用main函數調用它們。
#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;i<n;i++)
{
pb=(TYPE *)malloc(LEN);
printf("input Number and Age\n");
scanf("%d%d",&pb->num,&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函數用於輸出鏈表中各個結點數據域值。函數的形參head的初值指向鏈表第一個結點。在while語句中，輸出結點值後，head值被改變，指向下一結點。若保留頭指針head， 則應另設一個指針變量，把head值賦予它，再用它來替代head。在main函數中，n為建立結點的數目， num為待刪結點的數據域值；head為指向鏈表的頭指針，pnum為指向待插結點的指針。 main函數中各行的意義是：
第六行輸入所建鏈表的結點數；
第七行調creat函數建立鏈表並把頭指針返回給head；
第八行調print函數輸出鏈表；
第十行輸入待刪結點的學號；
第十一行調delete函數刪除一個結點；
第十二行調print函數輸出鏈表；
第十四行調malloc函數分配一個結點的內存空間， 並把其地址賦予pnum;
第十五行輸入待插入結點的數據域值；
第十六行調insert函數插入pnum所指的結點；
第十七行再次調print函數輸出鏈表。
從運行結果看，首先建立起3個結點的鏈表，並輸出其值；再刪103號結點，只剩下105，108號結點；又輸入106號結點數據， 插入後鏈表中的結點為105，106，108。聯合“聯合”也是一種構造類型的數據結構。 在一個“聯合”內可以定義多種不同的數據類型， 一個被說明為該“聯合”類型的變量中，允許裝入該“聯合”所定義的任何一種數據。 這在前面的各種數據類型中都是辦不到的。例如， 定義為整型的變量只能裝入整型數據，定義為實型的變量只能賦予實型數據。
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