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c语言笔记6(结构体，共用体，枚举，文件操作，makefile)

1. 结构体

1.1 结构体的概念

结构体也是构造类型之一，由至少一个基本数据类型或构造类型组成的一种数据结构(集合)，这种数据结构称之为结构体

1.2 结构体的定义

使用结构体之前，先定义结构体，然后使用这个结构体时作为一种数据类型(构造类型)

语法1：只声明结构体，【推荐使用】

struct 结构体类型的名称{
    //声明成员变量，成员变量不要初始化(值)
    int sid;
    char name[32];
};

结构体变量的定义：struct结构体类型名 变量名；

结构体类型的变量的初始化：{按成员顺序从上到下依次赋值}

结构体类型的变量的访问：变量名.成员名

语法2：声明结构体时，同时声明结构体类型的变量

【注】结构类型的变量的内存空间随着定义而创建(栈)，结构体变量的内存空间大小由成员变量决定的。

struct 结构体类型的名称{
    //声明成员变量，成员变量不要初始化(值)
    ...
}变量名,...;

语法3：一次性声明结构体，因为没有结构体类型名，所以无法再定义新的结构体变量

struct {
    //声明成员变量
}变量;

1.3 定义结构体时指定新类型名

语法：

typedef struct 结构体类型名{
    成员变量;
}大写字母的新类型名称;

1.4 结构体变量赋值

1.4.1 从键盘输入数据

结构体中成员变量是可以取地址的

typedef struct stu
{
    int sid;
    char name[32];
}STU;
int main()
{
    STU s;
    scanf("%d %s",&s.sid,s.name);
}

1.4.2 清空数据

可以通过memset()清空结构体变量中成员的数据

memset(&结构体类型的变量名,0,sizeof(struct 结构类型名或typedef定义的新类型名));

typedef struct stu
{
    int sid;
    char name[32];
}STU;
int main()
{
    STU s;
    memset(&s,0,sizeof(STU));//先清空，再使用
    scanf("%d %s",&s.sid,s.name);
}

1.4.3 结构体的成员是指针

如果结构体的成员是指针时，可以直接赋值(常量区的地址)或者可以从堆区中分配空间并向内存空间写数据(strcpy)

struct Data
{
    int n;
    char *name;
};
int main()
{
    struct Data1 d1 = {1,"lucy"};
    printf("%d %s\n",d1.n,d1.name);
    
    struct Data d2;
    d2.n=100;
    //字符数组名 不能直接赋值，因为数组名是常量
    //d2.name = "jack";//指针变量可以指向其他内容，可以修改的
    d2.name = (char*)malloc(32);
    strcpy(d2.name,"lucy");
    printf("%d %s\n",d2.n,d2.name);
    free(d2.name);//手动释放，否则会内存泄露
    return 0;
}

结构体变量中的成员部分在栈区(结构体变量是在栈区分配空间)，当结构体变量释放(自动释放，离开变量的作用域)，堆空间需要手动释放

1.4.4 结构体嵌套赋值

给嵌套的结构体变量赋值时，由外向内引用，逐层引用

struct lrc_time
{
    char hour;
    char minute;
    char second;
};
typedef struct lrc
{
    struct lrc_time start_time;
    char *content;
}LRC;
int main ()
{
    //定义结构体变量并初始化值
    LRC line1 = {{0,0,2},"abc..."};
    
    LRC line2;
    line2.start_time.hour=0;
    line2.start_time.minute=1;
    line2.start_time.second=15;
    line2.content="bbb...";
}

1.4.5 结构体变量赋值引用

两个相同的结构体类型的变量可以相互的赋值(浅拷贝)。

浅拷贝：复制结构变量的内存空间(只复制第一层)

如：

struct user_s
{
    int uid;
    char *name;
};
struct goods_s
{
    int gid;
    float price;
    char *name;
};
struct order_s
{
    struct user_s user;
    struct goods_s goods;
    float order_price;
    int num; 
    char pay_status; 
}
int main()
{
    struct user_s user1={1,"小明"};
    struct user_s user2={2,"小红"};
    struct goods_s goods1={201,6000.0f,"苹果"};
    struct goods_s goods2={202,5000.0f,"华为"};
    struct order_s order1={user1,goods1,6000.0f,1,1};
    struct order_s order2=order1;
    order2.user.name="小王";
    order2.goods.name="小米";
}

浅拷贝：只复制结构体变量的内存空间，不会复制结构体指针指向的堆空间

深拷贝：将结构体变量的内存空间及所有层次的指针指向的空间也复制出来

1.5 结构体数组

语法：

struct 结构体类型名 变量名[个数];

引用：同数组操作。

struct POS
{
    int x;
    int y;
};
int main()
{
    struct POS two_pos[2];
    memset(&two_pos[0],0,sizeof(struct POS));
    memset(&two_pso[1],0,sizeof(struct POS));
    for(int i=0;i<2;i++)
    {
        printf("输入点坐标:x y");
        scanf("%d %d",&two_pos[i].x,&two_pos[i].y);
    }
}

1.6 结构体指针

结构体指针可以指向已存在的结构体变量，也可以在堆区动态申请空间

结构体指针变量 和一般的指针变量的用法相同

【注】结构体变量引用成员时，必须使用->替换.

语法：

struct 结构体类型名 *变量名;

结构体指针可以指向已存在的结构体变量

结构体指针的变量名 = &结构体变量;

在堆区动态申请空间

结构指针的变量名 = malloc(sizeof(struct 结构体类型名));

struct POS
{
    int x;
    int y;
}
int main()
{
    //struct POS p1 = {0,0};
    //struct POS *p2 = &p1;
    //p2->x=2;
    //p2->y=2;
    struct POS*p1=malloc(sizeof(struct POS));
    p1->x=(int*)malloc(sizeof(int));
    p1->y=(int*)malloc(sizeof(int));
    *(p1->x)=20;
    *(p1->y)=30;
    //回收堆内存,先结构体成员，再结构体
    free(p1->x);
    free(p1->y);
    free(p1);
}

2. 结构体内存分配

结构体变量大小是它所有成员之和

2.1 结构体内存分配

规则1：以多少个字节为单位开辟内存【分配单位】

以成员占最大字节为单位分配的
1）只有一个char，按1B分配
2）只有一个short，按2B
3）只有一个int，float，按4B
4）只有一个long，double 按8B(64位操作系统)或按4B(32位操作系统)

【注意】

1）如果在结构体中出现了数组，数组可以看成多个变量的集合

2）如果出现指针的话，没有占字节数更大的类型的，以4或8字节为单位开辟内存

规则2：字节对齐

1）确认结构体的分配单位(最大的基本数据类型的大小)
2）成员变量的起始地址(编号)，是数据类型大小的整数倍数
3）自动对齐，按分配单位对齐
4）如果成员变量是数组时，可以看成是多个结构体的成员变量
5）分配内存是按从上到下按顺序依次分配

字节对齐用空间来换时间，提高cpu读取数据的效率

指定对齐原则：可以通过#pragma a pack(value)设置结构的分配单位 value只能是：1 2 4 8

指定对齐值与数据类型对齐值相比取较小值

2.2 位段

在结构体中，以位为单位的成员，称之为位段(位域)

【注意】

1）不能对位段成员取地址

2）位段赋值时，不要超出位段定义的范围；

3）位段成员的类型必须指定为整型或字符型

4）一个位段必须存放在一个存储单元中，不能跨两个单元，第一个单元空间不能容纳下一个位段，则该空间不用，而从下一个单元起存放该位段。

位段的存储单元：

(1)char       存储单元是1个字节
(2)short int  存储单元是2个字节
(3)int        存储单元是4个字节
(4)long int   存储单元是4或8字节

5）位段的长度不能大于存储单元的长度

6）如一个段要从另一个存储单元开始，可以定义位值为0，而且不能有成员名

例1：

struct
{
    char a:6;
    short b:15;
    int c:30;
}p1;//8B

例2：

struct
{
    char a:3;
    char :0;//下一个位段在新的存储单元中存储
    char c:3;
}p2;//2B

例3：

struct
{
    unsigned char a:2;
    unsigned char :1;//占位
    unsigned char b:2;//操作类型
    unsigned char :1;//占位
    unsigned char c:2;//操作类型
}p3;//1B

3. 共用体union

共用体也是一种构造类型的数据结构

定义共用体类型的方法和结构体非常相似，把struct改成union

几个不同的变量(成员)共同占用一段内存的结构

共用体中的成员占用同一段内存空间，共用体的大小是其占内存长度最大的成员的大小。

union data1_uni
{
    char a;
    short b;
    int c;
}data1;
void test()
{
    printf("%ld\n",sizeof(union data1_uni));//4
}

共用体的特点：

1.同一内存段可以用来存放几种不同类型的成员，但一瞬时只有一种起作用

2.共用体变量中起作用的成员是最后一次操作的成员，在修改新的成员数据后原有的成员的值会被覆盖

3.共用体变量的地址和他的各成员的地址都是同一地址

4.共用体变量的初始化，只初始化第一个成员

【注】对共用体成员进行操作时，原则上操作哪一个成员，则用哪一个成员

4. 枚举

将变量的值一一列举出来，变量的值只限于列举出来的值的范围内

枚举也是个构造类型的，用法同struct，union相似

【注】

1）枚举中的成员都是一个常量名，可以在程序中直接使用的，而且在定义时可以给定顺序值(第一个成员常量默认为0)

2）枚举变量仅能取枚举值所列元素(常量)

//一般情况下，枚举的成员名采用全大写字母
typedef enum color_enum
{
    Gray=30,//默认第一个元素的常量值:0
    Red,
    Black,
    Green,
    Yellow,
    Blue
}Color;

【注】在定义枚举类型的时候枚举元素可以用等号给它赋值，用来代表元素从几开始编号在程序中，不能再次对枚举元素赋值，因为枚举元素是常量

5. 文件操作

5.1 文件的概念

文件用来存放程序、文档、音频、视频、图片等数据

文件就是存放在磁盘上的，一些数据的集合

硬盘文件类型：存储在外部介质(如磁盘)上

1）文本文件(记事本、文本编辑器，以字符为单位存储)
2）二进制文件(图片、音频、视频、office文件，以位为单位存储，读取内容时，需要特定格式的软件)

设备文件类型：操作系统中把每一个与主机相连的输入、输出设备看作是一个文件

1）标准输入设备stdin，键盘 fgets(buf,size,stdin);
2）标准输出设备stdout，控制台(终端)  fflush(stdout);
3）标准错误设备stderr，控制台(终端)

5.2 缓冲区的特点

io操作：输入(input)输出(output)操作

文件缓冲是库函数(c语言封装的函数)申请的一段内存，由库函数对其进行操作，程序员没有必要知道存放在哪里，只需要知道对文件操作的时候的一些缓冲特点即可。

1）行缓冲：写数据时遇到换行符，则刷新缓冲

int main(int argc,char const*argv[])
{
    printf("hello,world");
    while(1);
    return 0;
}

如果行缓冲不刷新时，则不会输出结果，因为输出的内容没有遇到换行符(Linux\n),Window(\r\n)。

2）缓冲区满了：自动刷新缓冲区

void test()
{
    char m[32]="abcdefghijklmnabcdefghijklmn";
    while(1)
        printf("%s",m);
    return 0;
}

3）手动刷新缓冲区：fflush(stdout)

void test()
{
    //缓冲区一般是8kb
    char m[33]='abcdefghijklmnabcdefghijklmn\0';
    printf("%s",m);
    fflush(stdout);
    while(1);
    return 0;
}

4）程序正常结束 会刷新缓冲区

void test()
{
    char m[33]='abcdefghijklmnabcdefghijklmn\0';
    printf("%s",m);
    return 0;
}

5.3 缓冲的分类

行缓冲：遇到换行符则刷新缓冲

全缓冲：

标准io库函数，往普通文件读写数据的，是全缓冲的

碰到换行符也不刷新缓冲区，只有缓冲区满了，才会刷新缓冲区

无缓冲：

使用系统调用的io函数操作文件时，直接与文件进行交互，中间没有缓冲区

【读写文件的流程】

应用程序空间->内核空间->驱动程序->硬盘上

应用程序和内核程序运行在不同的空间里，目的是为了保护内核。

5.4 文本文件与二进制的比较

译码

文本问价编码基于字符定长，译码容易些；
二进制文件编码是变长的，译码难一些(不同的二进制文件格式，有不同的译码方式) 

空间利用率

二进制文件用一个比特来代表一个意思(位操作)
而文本文件任何一个意思至少是一个字符
二进制文件，空间利用率高

可读性

文本文件用通用的记事本工具就几乎可以浏览所有文本文件
二进制文件需要一个具体的文件解码器，比如读BMP文件，必须用读图软件

总结

文件在硬盘上存储的时候，物理上都是用二进制来存储的
标准io库函数，对文件操作的时候，不管文件的编码格式(字符编码，二进制)，而是按字节对文件进行读写，所以文件又叫流式文件，即把文件看成一个字节流

5.5 文件操作的相关库函数

文件指针在程序中用来标识(代表)一个文件的，在打开文件的时候得到文件指针。对文件进行读、写、关闭等操作的时候，对文件指针进行操作即可。

FILE在stdio.h文件中的文件类型声明：

typedef struct
{
    short level;//缓冲区"满"或"空"的程度
    unsigned flags;//文件状态标志
    char fd;//文件描述符
    unsigned char hold;//如无缓冲区不读取字符
    short bsize;//缓冲区的大小
    unsigned char *buffer;//数据缓冲区的位置
    unsigned char *curp;//指针，当前的指向
    unsigned int istemp;//临时文件，指示器
    short token;//用于有效性检查
}FILE;

定义文件指针的一般形式为：FILE * 指针变量标识符

打开与关闭文件:
FILE * fopen (const char * path,const char *mode);
   path:打开文件的路径(相对的，绝对的)
   mode:打开文件的模式(r,r+,rb,rb+,w,w+,wb,wb+,a,a+,ab+)
   r开头的模式，只读或读写，文件不存在时，会报错
   w开头的模式，写写或读写，文件不存在时，会自动创建。w模式会清空文件内容
   a开头的模式，追加(写)，文件不存在时，会自动创建。打开文件之后光标会移到内容的尾部。
   +模式和r，w，a组合使用，表示扩展读写的
   b模式和r，w，a组合使用，表示以二进制的格式(图片、pdf、音频)等。
打开文件成功时，返回文件指针，反正，返回NULL

int fclose(FILE*fp);关闭文件，成功返回0，反之非0(-1)

一次一个字符读和写：
int fgetc(FITL*stream);从文件中读取一个字符
      返回值：1）t模式：读到文件结尾返回EOF(符号常量 -1)
             2）b模式：读到文件结尾，使用feof()判断
int fputc(int c,FILE*stream);向文件中写一个字符。如果写入字节的值，反之返回EOF

一次一个字符串读和写：
char *fgets(char *s,int size,FILE *stream);
     从stream所指的文件中读取字符，在读取的时候碰到换行符或者是碰到文件的末尾停止读取，或者是读取了size-1个字节停止读取，在读取的内容后面会加一个\0，作为字符串的结尾。
     成功返回目的数组的首地址，即s
     失败返回NULL
int fputs(const char*s,FILE *stream);
     将s指向的字符串，写到stream所代表的文件中
     成功返回1，失败-1 EOF

按块的方式读和写：
size_t fread(void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *stream);
      从stream文件中读取数据，一块是size个字节，共nmemb块，存放到ptr指向的内存空间。
size_t fwrite(void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *stream);
       将ptr指向的内存空间的nmemb块的size的大小写入到文件中。

格式化写与读：
fprintf(FILE *file,char *format,...);
fscanf(FILE *file,char *format,...);

随机读取：
rewind(FILE *file);光标位置的复位
long ftell(FILE *file);获取当前光标的位置(相对于开始偏移了多少个字节)，返回字节数
int fseek(FILE *stream,long offset,int whence);移动文件流的读写位置
      whence:
             文件开头 SEEK_SET 0
             文件当前位置 SEEK_CUR 1
             文件末尾 SEEK_END 2

6. makefile

6.1 make和makefile区别

make是个命令，是个可执行程序，用来解析Makefile文件的命令

makefile是个文件，这个文件中描述了项目资源的编译规则。

采用Makefile的好处

1）简化编译程序的时候输入的命令，编译的时候只需要敲make命令就可以了
2）可以节省编译时间，提高编译效率
【自动检查源文件哪些发生了变化，只有被修改的源文件才会再次编译】

6.2 make的概念

GNU make是一种代码维护工具，make工具会根据makefile文件定义的规则和步骤，完成整个软件项目的代码维护工作。

makefile文件：在Window上的集成开发环境下，会自动生成，在Linux下需要手动编写。

make主要解决两个问题：

1）大量代码的关系维护
2）减少重复编译时间

make的命令：自动从当前工作目录下找makefile文件(GNUmakefile、makefile、Makefile)

make 编译目标
make -f makefile文件名[makefile中第一个编译目标]

检查是否存在make命令：

which make
make --version

6.3 makefile语法规则

语法：

[变量名=变量值]
[...]
编译目标: [依赖文件列表]
<tab>命令

定义变量的方式：

在makefle编译目标的上面，可以定义一些变量，变量在下方使用时，可以通过$(变量名)或${变量名}引用。一个变量占一行

依赖文件列表

多个依赖文件使用空格分隔
一个编译目标可以不需要依赖文件，只是执行目标的命令

命令

编译c文件或库文件等常用Linux命令，如：gcc，ar，rm
【注】如果存在多个命令时，每一个命令占一行

项目编译的命令

make
make main
make clean

6.4 makefile中的变量

makefile中的变量可以在编译目标内的命令中使用

在makefile中的变量分三种：

1）环境变量
   在执行make命令编译makefile之前，会将系统的环境变量加载到makefile中
2）预定义变量
    是makefile中特有的变量：
    $@ 表示编译目标
    $< 表示依赖文件列表中的第一个
    $^ 表示依赖文件列表中去重之后的内容
3）自定义变量    

注意：1.变量名是大小写敏感的

​ 2.变量名一般都在makefile的头部定义(编译目标上方)

​ 3.变量名几乎可在makefile的任何地方使用

makefile中可以使用通配符：%(表示任意多或零个字符)，%在编译的目标中使用时，可能会被执行多次，每一次一个目标。

如：

cc=gcc
obj=main.o link.o
main:$(obj)
    $(cc) $^ -o $@
%.o:%.c
    $(cc) -c $< -o $@
clean:
    rm -rf *.o main

6.5 makefile中常用的预定量

AR 归档维护程序的程序名，默认值是ar
ARFLAGS 归档维护程序的选项
AS 汇编程序的名称，默认值为as
ASFLAGS 汇编程序的选项
CC C 编译器的名称，默认为CC，软链接到/usr/bin/gcc上
CFLAGS C 编译器的选项
CPP C 预编译的名称，默认值为$(CC) -E
CPPFLAGS C 预编译的选项
CXX C++编译器的名称，默认值为g++
CXXFLAGS C++编译器的选项

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