在這個練習(xí)中你將會學(xué)到如何創(chuàng)建struct
,將一個指針指向它們,以及使用它們來理解內(nèi)存的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。我也會借助上一節(jié)課中的指針知識,并且讓你使用malloc
從原始內(nèi)存中構(gòu)造這些結(jié)構(gòu)體。
像往常一樣,下面是我們將要討論的程序,你應(yīng)該把它打下來并且使它正常工作:
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
struct Person {
char *name;
int age;
int height;
int weight;
};
struct Person *Person_create(char *name, int age, int height, int weight)
{
struct Person *who = malloc(sizeof(struct Person));
assert(who != NULL);
who->name = strdup(name);
who->age = age;
who->height = height;
who->weight = weight;
return who;
}
void Person_destroy(struct Person *who)
{
assert(who != NULL);
free(who->name);
free(who);
}
void Person_print(struct Person *who)
{
printf("Name: %s\n", who->name);
printf("\tAge: %d\n", who->age);
printf("\tHeight: %d\n", who->height);
printf("\tWeight: %d\n", who->weight);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
// make two people structures
struct Person *joe = Person_create(
"Joe Alex", 32, 64, 140);
struct Person *frank = Person_create(
"Frank Blank", 20, 72, 180);
// print them out and where they are in memory
printf("Joe is at memory location %p:\n", joe);
Person_print(joe);
printf("Frank is at memory location %p:\n", frank);
Person_print(frank);
// make everyone age 20 years and print them again
joe->age += 20;
joe->height -= 2;
joe->weight += 40;
Person_print(joe);
frank->age += 20;
frank->weight += 20;
Person_print(frank);
// destroy them both so we clean up
Person_destroy(joe);
Person_destroy(frank);
return 0;
}
我打算使用一種和之前不一樣的方法來描述這段程序。我并不會對程序做逐行的拆分,而是由你自己寫出來。我會基于程序所包含的部分來給你提示,你的任務(wù)就是寫出每行是干什么的。
包含(include
)
我包含了一些新的頭文件,來訪問一些新的函數(shù)。每個頭文件都提供了什么東西?
struct Person
這就是我創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體的地方了,結(jié)構(gòu)體含有四個成員來描述一個人。最后我們得到了一個復(fù)合類型,讓我們通過一個名字來整體引用這些成員,或它們的每一個。這就像數(shù)據(jù)庫表中的一行或者OOP語言中的一個類那樣。
Pearson_create
函數(shù)
我需要一個方法來創(chuàng)建這些結(jié)構(gòu)體,于是我定義了一個函數(shù)來實現(xiàn)。下面是這個函數(shù)做的幾件重要的事情:
malloc
來向OS申請一塊原始的內(nèi)存。malloc
傳遞sizeof(struct Person)
參數(shù),它計算結(jié)構(gòu)體的大小,包含其中的所有成員。assert
來確保從malloc
得到一塊有效的內(nèi)存。有一個特殊的常亮叫做NULL
,表示“未設(shè)置或無效的指針”。這個assert
大致檢查了malloc
是否會返回NULL
。x->y
語法來初始化struct Person
的每個成員,它指明了所初始化的成員。strdup
來復(fù)制字符串name
,是為了確保結(jié)構(gòu)體真正擁有它。strdup
的行為實際上類似malloc
但是它同時會將原來的字符串復(fù)制到新創(chuàng)建的內(nèi)存。譯者注:
x->y
是(*x).y
的簡寫。
Person_destroy
函數(shù)
如果定義了創(chuàng)建函數(shù),那么一定需要一個銷毀函數(shù),它會銷毀Person
結(jié)構(gòu)體。我再一次使用了assert
來確保不會得到錯誤的輸入。接著我使用了free
函數(shù)來交還通過malloc
和strdup
得到的內(nèi)存。如果你不這么做則會出現(xiàn)“內(nèi)存泄露”。
譯者注:不想顯式釋放內(nèi)存又能避免內(nèi)存泄露的辦法是引入
libGC
庫。你需要把所有的malloc
換成GC_malloc
,然后把所有的free
刪掉。
Person_print
函數(shù)
接下來我需要一個方法來打印出人們的信息,這就是這個函數(shù)所做的事情。它用了相同的x->y
語法從結(jié)構(gòu)體中獲取成員來打印。
main
函數(shù)
我在main
函數(shù)中使用了所有前面的函數(shù)和struct Person
來執(zhí)行下面的事情:
joe
和frank
。%p
占位符,所以你可以看到程序?qū)嶋H上把結(jié)構(gòu)體放到了哪里。請仔細閱讀上面的描述,然后做下面的事情:
man 3 function
來讓它告訴你。你也可以上網(wǎng)搜索資料。在你使用描述性注釋擴展程序之后,要確保它實際上能夠運行,并且產(chǎn)生下面的輸出:
$ make ex16
cc -Wall -g ex16.c -o ex16
$ ./ex16
Joe is at memory location 0xeba010:
Name: Joe Alex
Age: 32
Height: 64
Weight: 140
Frank is at memory location 0xeba050:
Name: Frank Blank
Age: 20
Height: 72
Weight: 180
Name: Joe Alex
Age: 52
Height: 62
Weight: 180
Name: Frank Blank
Age: 40
Height: 72
Weight: 200
如果你完成了我要求的任務(wù),你應(yīng)該理解了結(jié)構(gòu)體。不過讓我來做一個明確的解釋,確保你真正理解了它。
C中的結(jié)構(gòu)體是其它數(shù)據(jù)類型(變量)的一個集合,它們儲存在一塊內(nèi)存中,然而你可以通過獨立的名字來訪問每個變量。它們就類似于數(shù)據(jù)庫表中的一行記錄,或者面向?qū)ο笳Z言中的一個非常簡單的類。讓我們以這種方式來理解它:
int
。struct Person
是一個復(fù)合類型,這意味著你可以在同種表達式中將其引用為其它的數(shù)據(jù)類型。Person_print
那樣。x->y
通過它們的名字來訪問結(jié)構(gòu)體中獨立的部分。x.y
來訪問。你將會在附加題里面見到它。如果你不使用結(jié)構(gòu)體,則需要自己計算出大小、打包以及定位出指定內(nèi)容的內(nèi)存片位置。實際上,在大多數(shù)早期(甚至現(xiàn)在的一些)的匯編代碼中,這就是唯一的方式。在C中你就可以讓C來處理這些復(fù)合數(shù)據(jù)類型的內(nèi)存構(gòu)造,并且專注于和它們交互。
使這個程序崩潰的辦法涉及到使用指針和malloc
系統(tǒng)的方法:
NULL
給Person_destroy
來看看會發(fā)生什么。如果它沒有崩潰,你必須移除Makefile的CFLAGS
中的-g
選項。Person_destroy
,在Valgrind
下運行程序,你會看到它報告出你忘記釋放內(nèi)存。弄清楚你應(yīng)該向valgrind
傳遞什么參數(shù)來讓它向你報告內(nèi)存如何泄露。Person_destroy
中釋放who->name
,并且對比兩次的輸出。同時,使用正確的選項來讓Valgrind
告訴你哪里錯了。Person_print
傳遞NULL
,并且觀察Valgrind
會輸出什么。NULL
是個使程序崩潰的快速方法。在這個練習(xí)的附加題中我想讓你嘗試一些有難度的東西:將這個程序改為不用指針和malloc
的版本。這可能很困難,所以你需要研究下面這些東西:
x.y
而不是x->y
來初始化結(jié)構(gòu)體。