在這個(gè)練習(xí)中你將會學(xué)到如何創(chuàng)建struct，將一個(gè)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(gè)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(gè)成員來描述一個(gè)人。最后我們得到了一個(gè)復(fù)合類型，讓我們通過一個(gè)名字來整體引用這些成員，或它們的每一個(gè)。這就像數(shù)據(jù)庫表中的一行或者OOP語言中的一個(gè)類那樣。

Pearson_create 函數(shù)

我需要一個(gè)方法來創(chuàng)建這些結(jié)構(gòu)體，于是我定義了一個(gè)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。下面是這個(gè)函數(shù)做的幾件重要的事情：

• 使用用于內(nèi)存分配的malloc來向OS申請一塊原始的內(nèi)存。
• 向malloc傳遞sizeof(struct Person)參數(shù)，它計(jì)算結(jié)構(gòu)體的大小，包含其中的所有成員。
• 使用了assert來確保從malloc得到一塊有效的內(nèi)存。有一個(gè)特殊的常亮叫做NULL，表示“未設(shè)置或無效的指針”。這個(gè)assert大致檢查了malloc是否會返回NULL。
• 使用x->y語法來初始化struct Person的每個(gè)成員，它指明了所初始化的成員。
• 使用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(shí)際上類似malloc但是它同時(shí)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(gè)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(cuò)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(gè)方法來打印出人們的信息，這就是這個(gè)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：

• 創(chuàng)建了兩個(gè)人：joe和frank。
• 把它們打印出來，注意我用了%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。
• 把它們的年齡增加20歲，同時(shí)增加它們的體重。
• 之后打印出每個(gè)人。
• 最后銷毀結(jié)構(gòu)體，以正確的方式清理它們。

請仔細(xì)閱讀上面的描述，然后做下面的事情：

• 查詢每個(gè)你不了解的函數(shù)或頭文件。記住你通?？梢允褂?code>man 2 function或者man 3 function來讓它告訴你。你也可以上網(wǎng)搜索資料。
• 在每一行上方編寫注釋，寫下這一行代碼做了什么。
• 跟蹤每一個(gè)函數(shù)調(diào)用和變量，你會知道它在程序中是在哪里出現(xiàn)的。
• 同時(shí)也查詢你不清楚的任何符號。

你會看到什么

在你使用描述性注釋擴(kuò)展程序之后，要確保它實(shí)際上能夠運(yùn)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

解釋結(jié)構(gòu)體

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(gè)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(gè)集合，它們儲存在一塊內(nèi)存中，然而你可以通過獨(dú)立的名字來訪問每個(gè)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(gè)非常簡單的類。讓我們以這種方式來理解它：

• 在上面的代碼中，你創(chuàng)建了一個(gè)結(jié)構(gòu)體，它們的成員用于描述一個(gè)人：名稱、年齡、體重、身高。
• 每個(gè)成員都有一個(gè)類型，比如是int。
• C會將它們打包到一起，于是它們可以用單個(gè)的結(jié)構(gòu)體來存放。
• struct Person是一個(gè)復(fù)合類型，這意味著你可以在同種表達(dá)式中將其引用為其它的數(shù)據(jù)類型。
• 你可以將這一緊密的組合傳遞給其它函數(shù)，就像Person_print那樣。
• 如果結(jié)構(gòu)體是指針的形式，接著你可以使用x->y通過它們的名字來訪問結(jié)構(gòu)體中獨(dú)立的部分。
• 還有一種創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體的方法，不需要指針，通過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(jì)算出大小、打包以及定位出指定內(nèi)容的內(nèi)存片位置。實(shí)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。

如何使它崩潰

使這個(gè)程序崩潰的辦法涉及到使用指針和malloc系統(tǒng)的方法：

• 試著傳遞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(xiàng)。
• 在結(jié)尾處忘記調(diào)用Person_destroy，在Valgrind下運(yùn)行程序，你會看到它報(bào)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(bào)告內(nèi)存如何泄露。
• 忘記在Person_destroy中釋放who->name，并且對比兩次的輸出。同時(shí)，使用正確的選項(xiàng)來讓Valgrind告訴你哪里錯(cuò)了。
• 這一次，向Person_print傳遞NULL，并且觀察Valgrind會輸出什么。
• 你應(yīng)該明白了NULL是個(gè)使程序崩潰的快速方法。

附加題

在這個(gè)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(gè)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：

• 如何在棧上創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體，就像你創(chuàng)建任何其它變量那樣。
• 如何使用x.y而不是x->y來初始化結(jié)構(gòu)體。
• 如何不使用指針來將結(jié)構(gòu)體傳給其它函數(shù)。