C语言构造数据类型（2）以及内存管理

1. 结构体数组

概念

结构体数组是数组，数组中的每个元素都是结构体类型。

定义

c

struct 结构体名 数组名[元素个数];
例如：

c

struct student {
char name[32];
char sex;
int age;
int score;
};

struct student s[3]; // 定义了一个包含3个学生的数组

初始化

c

struct student s[3] = {
{"zhangsan", 'm', 19, 100},
{"lisi", 'f', 18, 90},
{"wanger", 'm', 17, 85}
};

访问

通过下标访问每个结构体元素，再使用.或->访问成员。

示例：打印第一个学生的姓名

c

printf("%s\\n", s[0].name);

练习示例

从终端接收N（N≤5）个学生信息，打印出成绩最低的学生的姓名。

注意：需要封装两个函数：

2. 共用体（联合体）

概念

共用体是一种特殊的数据类型，允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。但是，任何时候只能有一个成员带有值。

定义

c

union 共用体名 {
数据类型1 成员变量1;
数据类型2 成员变量2;
…
};

示例

c

union Data {
int i;
float f;
char str[20];
};

内存占用

共用体的大小等于其最大成员的大小。

大小端问题

• 小端：低地址存低字节，高地址存高字节（Intel x86通常是小端）

• 大端：低地址存高字节，高地址存低字节（网络字节序通常是大端）

判断大小端的代码（重要）：

3. 枚举

概念

枚举是C语言中的一种基本数据类型，它可以让数据更简洁易读。

定义

c

enum 枚举名 {
枚举常量1,
枚举常量2,
…
};

默认情况下，第一个枚举常量的值为0，后续依次递增。

示例

c

enum weekday {
Monday, // 0
Tuesday, // 1
Wednesday, // 2
Thursday, // 3
Friday, // 4
Saturday, // 5
Sunday // 6
};
可以指定枚举常量的值：

c

enum color {
red = 1,
green = 2,
blue = 4
};

4. typedef关键字

概念

typedef用于为现有的类型创建一个新的名字（类型别名），以简化代码。

示例

为结构体、共用体、枚举定义类型别名：

c

typedef struct student {
char name[32];
char sex;
int age;
int score;
} stu_t;

typedef union Data {
int i;
float f;
char str[20];
} data_un;

typedef enum weekday {
Monday,
Tuesday,
Wednesday,
Thursday,
Friday,
Saturday,
Sunday
} weekday_en;

使用别名定义变量：

c

stu_t s1;
data_un d1;
weekday_en today = Monday;

5. 位运算

位运算符

• &：按位与

• |：按位或

• ^：按位异或

• ~：按位取反

• <<：左移

• >>：右移

应用场景

6. 内存管理

内存空间分布

C语言程序的内存空间分为以下几个区域：

• 栈区（stack）：由编译器自动分配释放，存放局部变量、函数参数等。

• 堆区（heap）：由程序员手动分配释放，通过malloc、calloc、realloc和free函数操作。

• 全局/静态存储区：存放全局变量和静态变量（static）。

• 常量区：存放常量字符串等。

• 代码区：存放程序的二进制代码。

图示：

堆区内存管理函数

示例

c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int)); // 申请10个整型空间
if (p == NULL) {
printf("内存申请失败\\n");
return -1;
}

for (int i = 0; i < 10; i++) {
p[i] = i;
}

for (int i = 0; i < 10; i++) {
printf("%d ", p[i]);
}
printf("\\n");

free(p); // 释放内存
return 0;
}

栈区与堆区的区别

• 栈区是由操作系统管理，操作系统负责对空间的申请释放，一般用于存放局部变量，执行到变 量定义开辟空间，超过变量作用域，回收变量空间

• 堆区是由程序员手动管理，程序员可以通过malloc申请堆区空间，使用free释放堆区空间 频繁使用的

• 小数据空间一般用栈区

• 大的数据存储空间一般使用堆区

• 栈的增长方向为自高向低增长，堆的增长方向为自低向高增长

练习：

有一个班的4个学生，有5门课程。

struct student { ​ char name[32]; ​ int no; int score[5]; };

​ 1、求第一门课的平均分；

​ 2、找出有两门以上课程不及格的学生，输出他们的学号和全部课程成绩及平均分 ​

3、找出平均分在90分以上或全部课程成绩在85分以上的学生。 ​ 分别编写三个函数来实现以上三个要求