# 練習16：結構體和指向它們的指針 > 原文：[Exercise 16: Structs And Pointers To Them](http://c.learncodethehardway.org/book/ex16.html) > 譯者：[飛龍](https://github.com/wizardforcel) 在這個練習中你將會學到如何創建`struct`，將一個指針指向它們，以及使用它們來理解內存的內部結構。我也會借助上一節課中的指針知識，并且讓你使用`malloc`從原始內存中構造這些結構體。 像往常一樣，下面是我們將要討論的程序，你應該把它打下來并且使它正常工作： ```c #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。每個頭文件都提供了什么東西？ `struct Person` 這就是我創建結構體的地方了，結構體含有四個成員來描述一個人。最后我們得到了一個復合類型，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。這就像數據庫表中的一行或者OOP語言中的一個類那樣。 `Pearson_create` 函數 我需要一個方法來創建這些結構體，于是我定義了一個函數來實現。下面是這個函數做的幾件重要的事情： + 使用用于內存分配的`malloc`來向OS申請一塊原始的內存。 + 向`malloc`傳遞`sizeof(struct Person)`參數，它計算結構體的大小，包含其中的所有成員。 + 使用了`assert`來確保從`malloc`得到一塊有效的內存。有一個特殊的常亮叫做`NULL`，表示“未設置或無效的指針”。這個`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`的每個成員，它指明了所初始化的成員。 + 使用`strdup`來復制字符串`name`，是為了確保結構體真正擁有它。`strdup`的行為實際上類似`malloc`但是它同時會將原來的字符串復制到新創建的內存。 > 譯者注：`x->y`是`(*x).y`的簡寫。 `Person_destroy` 函數 如果定義了創建函數，那么一定需要一個銷毀函數，它會銷毀`Person`結構體。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`函數來交還通過`malloc`和`strdup`得到的內存。如果你不這么做則會出現“內存泄露”。 > 譯者注：不想顯式釋放內存又能避免內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 接下來我需要一個方法來打印出人們的信息，這就是這個函數所做的事情。它用了相同的`x->y`語法從結構體中獲取成員來打印。 `main` 函數 我在`main`函數中使用了所有前面的函數和`struct Person`來執行下面的事情： + 創建了兩個人：`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實際上把結構體放到了哪里。 + 把它們的年齡增加20歲，同時增加它們的體重。 + 之后打印出每個人。 + 最后銷毀結構體，以正確的方式清理它們。 請仔細閱讀上面的描述，然后做下面的事情： + 查詢每個你不了解的函數或頭文件。記住你通常可以使用`man 2 function`或者`man 3 function`來讓它告訴你。你也可以上網搜索資料。 + 在每一行上方編寫注釋，寫下這一行代碼做了什么。 + 跟蹤每一個函數調用和變量，你會知道它在程序中是在哪里出現的。 + 同時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展程序之后，要確保它實際上能夠運行，并且產生下面的輸出： ```sh $ 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 ``` ## 解釋結構體 如果你完成了我要求的任務，你應該理解了結構體。不過讓我來做一個明確的解釋，確保你真正理解了它。 C中的結構體是其它數據類型（變量）的一個集合，它們儲存在一塊內存中，然而你可以通過獨立的名字來訪問每個變量。它們就類似于數據庫表中的一行記錄，或者面向對象語言中的一個非常簡單的類。讓我們以這種方式來理解它： + 在上面的代碼中，你創建了一個結構體，它們的成員用于描述一個人：名稱、年齡、體重、身高。 + 每個成員都有一個類型，比如是`int`。 + C會將它們打包到一起，于是它們可以用單個的結構體來存放。 + `struct Person`是一個復合類型，這意味著你可以在同種表達式中將其引用為其它的數據類型。 + 你可以將這一緊密的組合傳遞給其它函數，就像`Person_print`那樣。 + 如果結構體是指針的形式，接著你可以使用`x->y`通過它們的名字來訪問結構體中獨立的部分。 + 還有一種創建結構體的方法，不需要指針，通過`x.y`來訪問。你將會在附加題里面見到它。 如果你不使用結構體，則需要自己計算出大小、打包以及定位出指定內容的內存片位置。實際上，在大多數早期（甚至現在的一些）的匯編代碼中，這就是唯一的方式。在C中你就可以讓C來處理這些復合數據類型的內存構造，并且專注于和它們交互。 ## 如何使它崩潰 使這個程序崩潰的辦法涉及到使用指針和`malloc`系統的方法： + 試著傳遞`NULL`給`Person_destroy`來看看會發生什么。如果它沒有崩潰，你必須移除Makefile的`CFLAGS`中的`-g`選項。 + 在結尾處忘記調用`Person_destroy`，在`Valgrind`下運行程序，你會看到它報告出你忘記釋放內存。弄清楚你應該向`valgrind`傳遞什么參數來讓它向你報告內存如何泄露。 + 忘記在`Person_destroy`中釋放`who->name`，并且對比兩次的輸出。同時，使用正確的選項來讓`Valgrind`告訴你哪里錯了。 + 這一次，向`Person_print`傳遞`NULL`，并且觀察`Valgrind`會輸出什么。 + 你應該明白了`NULL`是個使程序崩潰的快速方法。 ## 附加題 在這個練習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： + 如何在棧上創建結構體，就像你創建任何其它變量那樣。 + 如何使用`x.y`而不是`x->y`來初始化結構體。 + 如何不使用指針來將結構體傳給其它函數。