c/c++的一些基本内容
什么是指针？
指针也就是内存地址，指针变量是用来存放内存地址的变量。就像其他变量或常量一样，您必须在使用指针存储其他变量地址之前，对其进行声明
如何使用指针？以整型指针为例
#include <stdio.h>
int main ()
{
int var = 20; /* 实际变量的声明 */
int *ip; /* 指针变量的声明 */
ip = &var; /* 在指针变量中存储 var 的地址；&var指向var的内存地址 */
printf("var 变量的地址: %p\n", &var );
/* 在指针变量中存储的地址 */
printf("ip 变量存储的地址: %p\n", ip );
/* 使用指针访问值 */
printf("*ip 变量的值: %d\n", *ip ); /*解引用指针，获取指针所指向的实际值。*/
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
var 变量的地址: 0x7ffeeef168d8
ip 变量存储的地址: 0x7ffeeef168d8
*ip 变量的值: 20
函数指针
函数指针是指向函数的指针变量。
通常我们说的指针变量是指向一个整型、字符型或数组等变量，而函数指针是指向函数。
函数指针可以像一般函数一样，用于调用函数、传递参数。
函数指针类型的声明：
typedef int (*fun_ptr)(int,int); // 声明一个指向同样参数、返回值的函数指针类型
以下实例声明了函数指针变量 p，指向函数 max：
#include <stdio.h>
int max(int x, int y)
{
return x > y ? x : y;
}
int main(void)
{
/* p 是函数指针 */
int (* p)(int, int) = & max; // &可以省略
int a, b, c, d;
printf("请输入三个数字:");
scanf("%d %d %d", & a, & b, & c);
/* 与直接调用函数等价，d = max(max(a, b), c) */
d = p(p(a, b), c);
printf("最大的数字是: %d\n", d);
return 0;
}
回调函数
函数指针作为某个函数的参数
函数指针变量可以作为某个函数的参数来使用的，回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。
简单讲：回调函数是由别人的函数执行时调用你实现的函数。
实例中 populate_array() 函数定义了三个参数，其中第三个参数是函数的指针，通过该函数来设置数组的值。
实例中我们定义了回调函数 getNextRandomValue()，它返回一个随机值，它作为一个函数指针传递给 populate_array() 函数。
populate_array() 将调用 10 次回调函数，并将回调函数的返回值赋值给数组。
实例如下：
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
void populate_array(int *array, size_t arraySize, int (*getNextValue)(void))
{
for (size_t i=0; i<arraySize; i++)
array[i] = getNextValue();
}
// 获取随机值
int getNextRandomValue(void)
{
return rand();
}
int main(void)
{
int myarray[10];
/* getNextRandomValue 不能加括号，否则无法编译，因为加上括号之后相当于传入此参数时传入了 int , 而不是函数指针*/
populate_array(myarray, 10, getNextRandomValue);
for(int i = 0; i < 10; i++) {
printf("%d ", myarray[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}
/*size_t 是一个无符号整数类型，专门用于表示内存大小或对象的大小（例如，数组的元素个数）。
它的大小依赖于平台，通常在 32 位系统上是 32 位，在 64 位系统上是 64 位。
使用 size_t 类型可以确保代码在不同平台上具有良好的可移植性，尤其是在处理内存分配、数组下标和 sizeof 操作时*/
编译执行，输出结果如下：
16807 282475249 1622650073 984943658 1144108930 470211272 101027544 1457850878 1458777923 2007237709
结构体
定义结构
结构体定义由关键字 struct 和结构体名组成，结构体名可以根据需要自行定义。
struct 语句定义了一个包含多个成员的新的数据类型，struct 语句的格式如下：
struct tag {
member-list
member-list
member-list
...
} variable-list ;
tag 是结构体标签。
member-list 是标准的变量定义，比如 int i; 或者 float f;，或者其他有效的变量定义。
variable-list 结构变量，定义在结构的末尾，最后一个分号之前，您可以指定一个或多个结构变量。
在一般情况下，tag、member-list、variable-list 这 3 部分至少要出现 2 个。以下为实例：
//此声明声明了拥有3个成员的结构体，分别为整型的a，字符型的b和双精度的c
//同时又声明了结构体变量s1
//这个结构体并没有标明其标签
struct
{
int a;
char b;
double c;
} s1;
//此声明声明了拥有3个成员的结构体，分别为整型的a，字符型的b和双精度的c
//结构体的标签被命名为SIMPLE,没有声明变量
struct SIMPLE
{
int a;
char b;
double c;
};
//用SIMPLE标签的结构体，另外声明了变量t1、t2、t3
struct SIMPLE t1, t2[20], *t3;
//也可以用typedef创建新类型
typedef struct
{
int a;
char b;
double c;
} Simple2;
//现在可以用Simple2作为类型声明新的结构体变量
Simple2 u1, u2[20], *u3;
/*t1：
定义了一个普通的结构体变量。
它在内存中会为 a、b、c 各分配相应的空间。
可以直接访问：t1.a, t1.b, t1.c
t2[20]：
定义了一个结构体数组，包含 20 个 struct SIMPLE 类型的元素。
每个元素都拥有独立的 a, b, c。
可访问方式：t2[0].a, t2[5].c 等。
*t3：
定义了一个结构体指针变量，可以指向某个 struct SIMPLE 类型的对象。
比如可以写：
t3 = &t1; // 让 t3 指向 t1
printf("%d", t3->a); // 用箭头访问结构体成员;t3->a==(*t3).a */
在上面的声明中，第一个和第二声明被编译器当作两个完全不同的类型，即使他们的成员列表是一样的，如果令 t3=&s1，则是非法的。
结构体的成员可以包含其他结构体，也可以包含指向自己结构体类型的指针，而通常这种指针的应用是为了实现一些更高级的数据结构如链表和树等。
//此结构体的声明包含了其他的结构体
struct COMPLEX
{
char string[100];
struct SIMPLE a;
};
//此结构体的声明包含了指向自己类型的指针
struct NODE
{
char string[100];
struct NODE *next_node;
};
如果两个结构体互相包含，则需要对其中一个结构体进行不完整声明，如下所示：
struct B; //对结构体B进行不完整声明
//结构体A中包含指向结构体B的指针
struct A
{
struct B *partner;
//other members;
};
//结构体B中包含指向结构体A的指针，在A声明完后，B也随之进行声明
struct B
{
struct A *partner;
//other members;
};
结构体变量的初始化
和其它类型变量一样，对结构体变量可以在定义时指定初始值。
#include <stdio.h>
struct Books
{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
} book = {"C 语言", "RUNOOB", "编程语言", 123456};
int main()
{
printf("title : %s\nauthor: %s\nsubject: %s\nbook_id: %d\n", book.title, book.author, book.subject, book.book_id);
}
执行输出结果为：
title : C 语言
author: RUNOOB
subject: 编程语言
book_id: 123456
访问结构成员
例如：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Books
{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
};
int main( )
{
struct Books Book1; /* 声明 Book1，类型为 Books */
struct Books Book2; /* 声明 Book2，类型为 Books */
/* Book1 详述 */
strcpy( Book1.title, "C Programming");
strcpy( Book1.author, "Nuha Ali");
strcpy( Book1.subject, "C Programming Tutorial");
Book1.book_id = 6495407;
/* Book2 详述 */
strcpy( Book2.title, "Telecom Billing");
strcpy( Book2.author, "Zara Ali");
strcpy( Book2.subject, "Telecom Billing Tutorial");
Book2.book_id = 6495700;
/* 输出 Book1 信息 */
printf( "Book 1 title : %s\n", Book1.title);
printf( "Book 1 author : %s\n", Book1.author);
printf( "Book 1 subject : %s\n", Book1.subject);
printf( "Book 1 book_id : %d\n", Book1.book_id);
/* 输出 Book2 信息 */
printf( "Book 2 title : %s\n", Book2.title);
printf( "Book 2 author : %s\n", Book2.author);
printf( "Book 2 subject : %s\n", Book2.subject);
printf( "Book 2 book_id : %d\n", Book2.book_id);
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Book 1 title : C Programming
Book 1 author : Nuha Ali
Book 1 subject : C Programming Tutorial
Book 1 book_id : 6495407
Book 2 title : Telecom Billing
Book 2 author : Zara Ali
Book 2 subject : Telecom Billing Tutorial
Book 2 book_id : 6495700
共用体
共用体是一种特殊的数据类型，允许您在相同的内存位置存储不同的数据类型。您可以定义一个带有多成员的共用体，但是任何时候同一时间内只能有一个成员带有值。共用体提供了一种使用相同的内存位置的有效方式。即所有成员共享同一块内存空间
定义共用体
为了定义共用体，您必须使用 union 语句，方式与定义结构类似。union 语句定义了一个新的数据类型，带有多个成员，union 语句的格式如下：
union [union tag]
{
member definition;
member definition;
...
member definition;
} [one or more union variables];
union tag 是可选的，每个 member definition 是标准的变量定义，比如 int i; 或者 float f; 或者其他有效的变量定义。在共用体定义的末尾，最后一个分号之前，您可以指定一个或多个共用体变量，这是可选的。
下面定义一个名为 Data 的共用体类型，有三个成员 i、f 和 str：
union Data
{
int i;
float f;
char str[20];
} data;
共用体占用的内存应足够存储共用体中最大的成员。例如，在上面的实例中，Data 将占用 20 个字节的内存空间，因为在各个成员中，字符串所占用的空间是最大的。
访问共用体成员
为了访问共用体的成员，我们使用成员访问运算符（.）。成员访问运算符是共用体变量名称和我们要访问的共用体成员之间的一个句号。您可以使用 union 关键字来定义共用体类型的变量。下面的实例演示了共用体的用法：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
union Data
{
int i;
float f;
char str[20];
};
int main( )
{
union Data data; //声明共用体变量data
data.i = 10;
data.f = 220.5;
strcpy( data.str, "C Programming");
printf( "data.i : %d\n", data.i);
printf( "data.f : %f\n", data.f);
printf( "data.str : %s\n", data.str);
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
data.i : 1917853763
data.f : 4122360580327794860452759994368.000000
data.str : C Programming
在这里，我们可以看到共用体的 i 和 f 成员的值有损坏，因为最后赋给变量的值占用了内存位置，这也是 str 成员能够完好输出的原因。现在让我们再来看一个相同的实例，这次我们在同一时间只使用一个变量，这也演示了使用共用体的主要目的：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
union Data
{
int i;
float f;
char str[20];
};
int main( )
{
union Data data;
data.i = 10;
printf( "data.i : %d\n", data.i);
data.f = 220.5;
printf( "data.f : %f\n", data.f);
strcpy( data.str, "C Programming");
printf( "data.str : %s\n", data.str);
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
data.i : 10
data.f : 220.500000
data.str : C Programming
在这里，所有的成员都能完好输出，因为同一时间只用到一个成员。
位域
首先要清楚几个常见的类型：char:1个字节；int:4个字节;double:8个字节；float：4个字节
1个字节=8bit(位);1 位（Bit） 的取值只有两种：0 或 1
C 语言的位域（bit-field）是一种特殊的结构体成员，允许我们按位对成员进行定义，指定其占用的位数。位域的优势 —— 节省内存
让我们看看下面的实例来理解这个概念：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/* 定义简单的结构 */
struct
{
unsigned int widthValidated;
unsigned int heightValidated;
} status1;
/* 定义位域结构 */
struct
{
unsigned int widthValidated : 1; /表示只占用一位
unsigned int heightValidated : 1;
} status2;/两个成员各只占用一位，即存放在同一个int(4字节=32位中）
int main( )
{
printf( "Memory size occupied by status1 : %d\n", sizeof(status1));
printf( "Memory size occupied by status2 : %d\n", sizeof(status2));
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Memory size occupied by status1 : 8
Memory size occupied by status2 : 4
位域的特点和使用方法如下：
- 定义位域时，可以指定成员的位域宽度，即成员所占用的位数。
- 位域的宽度不能超过其数据类型的大小，因为位域必须适应所使用的整数类型。
- 位域的数据类型可以是
int、unsigned int、signed int等整数类型，也可以是枚举类型。 - 位域可以单独使用，也可以与其他成员一起组成结构体。
- 位域的访问是通过点运算符（
.）来实现的，与普通的结构体成员访问方式相同。
再来看几个例子来更好的理解位域：
#include <stdio.h>
struct packed_struct {
unsigned int f1 : 1; // 1位的位域
unsigned int f2 : 1; // 1位的位域
unsigned int f3 : 1; // 1位的位域
unsigned int f4 : 1; // 1位的位域
unsigned int type : 4; // 4位的位域
unsigned int my_int : 9; // 9位的位域
};/一共17位；17<32,故存放再同一个int中；即结构体的大小位4字节
int main() {
struct packed_struct pack;/声明结构体变量
pack.f1 = 1;
pack.f2 = 0;
pack.f3 = 1;
pack.f4 = 0;
pack.type = 7;
pack.my_int = 255;
printf("f1: %u\n", pack.f1);
printf("f2: %u\n", pack.f2);
printf("f3: %u\n", pack.f3);
printf("f4: %u\n", pack.f4);
printf("type: %u\n", pack.type);
printf("my_int: %u\n", pack.my_int);
return 0;
}
输出结果为：
f1: 1
f2: 0
f3: 1
f4: 0
type: 7
my_int: 255
实例2：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct
{
unsigned int age : 3;
} Age;
int main( )
{
Age.age = 4;
printf( "Sizeof( Age ) : %d\n", sizeof(Age) );
printf( "Age.age : %d\n", Age.age );
Age.age = 7;
printf( "Age.age : %d\n", Age.age );
Age.age = 8; // 二进制表示为 1000 有四位，超出
printf( "Age.age : %d\n", Age.age );
return 0;
}
当上面的代码被编译时，它会带有警告，当上面的代码被执行时，它会产生下列结果：
Sizeof( Age ) : 4
Age.age : 4
Age.age : 7
Age.age : 0
对于位域的定义尚有以下几点说明：
一个位域存储在同一个字节中，如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，则会从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。例如：
struct bs{
unsigned a:4;
unsigned :4; /* 空域 */
unsigned b:4; /* 从下一单元开始存放 */
unsigned c:4
}
-
在这个位域定义中，a 占第一字节的 4 位，后 4 位填 0 表示不使用，b 从第二字节开始，占用 4 位，c 占用 4 位。
-
位域的宽度不能超过它所依附的数据类型的长度，成员变量都是有类型的，这个类型限制了成员变量的最大长度，: 后面的数字不能超过这个长度。
位域的使用
位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为：
位域变量名.位域名
位域变量名->位域名
位域允许用各种格式输出。
请看下面的实例：
#include <stdio.h>
int main(){
struct bs{
unsigned a:1;
unsigned b:3;
unsigned c:4;
} bit,*pbit;
bit.a=1; /* 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围） */
bit.b=7; /* 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围） */
bit.c=15; /* 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围） */
printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c); /* 以整型量格式输出三个域的内容 */
pbit=&bit; /* 把位域变量 bit 的地址送给指针变量 pbit */
pbit->a=0; /* 用指针方式给位域 a 重新赋值，赋为 0 */
pbit->b&=3; /* 使用了复合的位运算符 "&="，相当于：pbit->b=pbit->b&3，位域 b 中原有值为 7，与 3 作按位与运算的结果为 3（111&011=011，十进制值为 3） */
pbit->c|=1; /* 使用了复合位运算符"|="，相当于：pbit->c=pbit->c|1，其结果为 15 */
printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c); /* 用指针方式输出了这三个域的值 */
}
内存管理
C 语言为内存的分配和管理提供了几个函数。这些函数可以在 <stdlib.h> 头文件中找到。
在 C 语言中，内存是通过指针变量来管理的。指针是一个变量，它存储了一个内存地址，这个内存地址可以指向任何数据类型的变量，包括整数、浮点数、字符和数组等。C 语言提供了一些函数和运算符，使得程序员可以对内存进行操作，包括分配、释放、移动和复制等。
| 序号 | 函数和描述 |
|---|---|
| 1 | void *calloc(int num, int size); 在内存中动态地分配 num 个长度为 size 的连续空间，并将每一个字节都初始化为 0。所以它的结果是分配了 num*size 个字节长度的内存空间，并且每个字节的值都是 0。 |
| 2 | void free(void *address); 该函数释放 address 所指向的内存块,释放的是动态分配的内存空间。 |
| 3 | void *malloc(int num); 在堆区分配一块指定大小的内存空间，用来存放数据。这块内存空间在函数执行完成后不会被初始化，它们的值是未知的。 |
| 4 | void *realloc(void *address, int newsize); 该函数重新分配内存，把内存扩展到 newsize。 |
注意：void * 类型表示未确定类型的指针。C、C++ 规定 void * 类型可以通过类型转换强制转换为任何其它类型的指针。
实例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
char name[100];
char *description;
strcpy(name, "Zara Ali");
/* 动态分配内存 */
description = (char *)malloc( 200 * sizeof(char) );
if( description == NULL )
{
fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
}
else
{
strcpy( description, "Zara ali a DPS student in class 10th");
}
printf("Name = %s\n", name );
printf("Description: %s\n", description );
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Name = Zara Ali
Description: Zara ali a DPS student in class 10th
上面的程序也可以使用 calloc() 来编写，只需要把 malloc 替换为 calloc 即可，如下所示：
calloc(200, sizeof(char));
当动态分配内存时，您有完全控制权，可以传递任何大小的值。而那些预先定义了大小的数组，一旦定义则无法改变大小。
重新调整内存的大小和释放内存
当程序退出时，操作系统会自动释放所有分配给程序的内存，但是，建议您在不需要内存时，都应该调用函数 free() 来释放内存。
或者，您可以通过调用函数 realloc() 来增加或减少已分配的内存块的大小。让我们使用 realloc() 和 free() 函数，再次查看上面的实例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
char name[100];
char *description;
strcpy(name, "Zara Ali");
/* 动态分配内存 */
description = (char *)malloc( 30 * sizeof(char) );
if( description == NULL )
{
fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
}
else
{
strcpy( description, "Zara ali a DPS student.");
}
/* 假设您想要存储更大的描述信息 */
description = (char *) realloc( description, 100 * sizeof(char) );
if( description == NULL )
{
fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
}
else
{
strcat( description, "She is in class 10th");
}
printf("Name = %s\n", name );
printf("Description: %s\n", description );
/*description 是一个 指针，它存储了一个字符串的 内存地址。
%s 期望一个 字符指针地址，它会从该指针指向的地址开始输出字符，直到遇到 \0 为止。
因此，description 存储的是字符串的起始地址，printf 会自动读取并输出该地址指向的完整字符串。*/
/* 使用 free() 函数释放内存 */
free(description);
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Name = Zara Ali
Description: Zara ali a DPS student.She is in class 10th
您可以尝试一下不重新分配额外的内存，strcat() 函数会生成一个错误，因为存储 description 时可用的内存不足。
sizeof 运算符：用于获取数据类型或变量的大小（以字节为单位）
memcpy() 函数：用于从源内存区域复制数据到目标内存区域。它接受三个参数，即目标内存区域的指针、源内存区域的指针和要复制的数据大小（以字节为单位）。
memmove() 函数：类似于 memcpy() 函数，但它可以处理重叠的内存区域。它接受三个参数，即目标内存区域的指针、源内存区域的指针和要复制的数据大小（以字节为单位）。这里重叠的内存区域是指：源内存区域和目标内存区域重叠的内存区域
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