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C语言入门：结构体、指针与内存管理

C语言作为一门底层编程语言，在音视频开发中具有重要地位。掌握其基本语法和数据结构是每个开发者的必修课。本文将从结构体、指针、位运算、内存管理等方面入手，为读者提供实用的编程知识。

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一、结构体

1.1 结构体类型的定义

结构体是一种用户自定义的数据类型，用于存储多个不同数据类型的数据。其定义方式如下：

struct Person {     char name[64];     int age; };typedef struct {     char name[64];     int age; } Person;

注意事项：在定义结构体时，不能直接给成员赋值。结构体只是一个类型定义，变量分配空间时才会赋值。

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1.2 结构体变量的定义

结构体变量可以通过以下方式定义：

struct Person {     char name[64];     int age; } p1;  // 定义类型同时定义变量struct {     char name[64];     int age; } p2;  // 定义类型同时定义变量struct Person p3;  // 通过类型直接定义

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1.3 结构体变量的初始化

结构体变量可以通过以下方式初始化：

struct Person {     char name[64];     int age; } p1 = { "john", 10 }; struct {     char name[64];     int age; } p2 = { "Obama", 30 }; struct Person p3 = { "Edward", 33 };

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1.4 结构体成员的使用

通过指针或数组方式访问结构体成员：

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      struct Person {     char name[64];     int age; };void test() {    // 栈上分配空间    struct Person p1;    strcpy(p1.name, "John");    p1.age = 30;        // 堆上分配空间    struct Person* p2 = (struct Person*)malloc(sizeof(struct Person));    strcpy(p2->name, "Obama");    p2->age = 33;        printf("Name:%s Age:%d\n", p1.name, p1.age);    printf("Name:%s Age:%d\n", p2->name, p2->age);}
     
    
   

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1.5 结构体赋值

结构体变量可以相互赋值，但不会影响原变量的空间：

struct Person {     char name[64];     int age; };void test() {    // 在栈上分配空间    struct Person p1 = { "John", 30 };    struct Person p2 = { "Obama", 33 };        printf("Name:%s Age:%d\n", p1.name, p1.age);    printf("Name:%s Age:%d\n", p2.name, p2.age);        // 将p2的值赋值给p1    p1 = p2;    printf("Name:%s Age:%d\n", p1.name, p1.age);    printf("Name:%s Age:%d\n", p2.name, p2.age);}

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二、指针强化

2.1 指针变量

指针是一种数据类型，用于存储内存地址。以下是指针的基本使用示例：

void test01() {    int* p1 = 0x1234;  // 1    int*** p2 = 0x1111; // 2    printf("p1 size:%d\n", sizeof(p1)); // 8字节    printf("p2 size:%d\n", sizeof(p2)); // 8字节        int a = 10;    p1 = &a;    printf("p1 address:%p\n", p1); // 0x7fffe080    printf("p1 address:%p\n", p1); // p1值的地址    printf("a address:%p\n", &a); // a元素的地址}

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2.2 空指针

空指针（NULL指针）用于表示不指向任何对象。可以通过以下方式赋值：

void test() {    char *p = NULL; // 空指针    // 读写空指针会导致错误    strcpy(p, "1111"); // err    char *q = 0x1122; // 野指针    strcpy(q, "2222"); // err}

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2.3 野指针

野指针是指指针未初始化或指向已释放的内存。避免野指针的出现：

初始化指针为 NULL。

释放后的指针立即置空。

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2.4 间接访问操作符

通过 * 操作符解引用指针：

void test01() {    int a = 10;    int* p = &a;    *p = 20;        int b = *p; // 必须确保内存可写        const char* str = "hello world!";    *str = 'm';    printf("a:%d\n", a);    printf("*p:%d\n", *p);    printf("b:%d\n", b);}

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2.5 指针的步长

指针的步长由其指向的数据类型决定：

int a = 0xaabbccdd;unsigned int *p1 = &a; // p1指向整数类型，步长为4字节unsigned char *p2 = &a; // p2指向字符类型，步长为1字节printf("%x\n", *p1);   // aabbccddprintf("%x\n", *p2);   // ddprintf("p1 =%d\n", p1); // 6421980printf("p1+1=%d\n", p1 + 1); // 6421984printf("p2 =%d\n", p2); // 6421980printf("p2+1=%d\n", p2 + 1); // 6421981

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三、位运算

3.1 位逻辑运算符

C语言提供丰富的位运算符：

3.1.1 按位取反 ~

~(10011010) 01100101unsigned char a = 2; // 00000010unsigned char b = ~a; // 11111101

3.1.2 位与 &

(10010011) & (00111101) = (00010001)val &= 0377; // 将val的前三个字节置为0

3.1.3 位或 |

(10010011) | (00111101) = (10111111)val |= 0377; // 将val的前三个字节置为1

3.1.4 位异或 ^

(10010011) ^ (00111101) = (10101110)val ^= 0377; // 将val的前三个字节两两异或

3.1.5 常用用法

• 打开位：flag | 00000100
• 关闭位：flag & ~flag
• 转置位：flag ^ 0xff
• 交换两个数：

int a = 10;int b = 30;a = a ^ b;b = a ^ b;a = a ^ b;

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四、指针详解

4.1 指针的作用

指针用于存储内存地址，常用于数组、链表和动态内存分配。

4.2 指针的定义

指针的定义可以是单级或多级：

int *p; // int*类型的指针int *p[3]; // int**类型的指针，指向数组int (*p)[3]; // 指针指向数组int **p; // 两级指针

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4.3 指针的算术运算

指针加减操作会移动内存地址：

char a[20] = "You_are_a_girl";int *ptr = (int *)a;printf("* ptr addr %p\n", ptr); // 0x1000f000ptr += 1;printf("* ptr addr %p\n", ptr); // 0x1000f004printf("* ptr=%c\n", *ptr); // 'r'

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五、内存分配

C语言提供 malloc、calloc、realloc 和 free 函数用于内存管理。

5.1 使用方式

• malloc(size): 分配 size 字节内存。
• calloc(n, size): 分配 n 个 size 字节的内存，初始化为 0。
• realloc(ptr, size): 修改已有指针的内存大小。
• free(ptr): 释放 ptr 所指向的内存。

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六、内存管理机制

6.1 内存区域

代码区：存放程序代码和常数。

静态区：存放全局变量和静态变量。

栈区：存放函数参数和局部变量。

堆区：存放动态分配的内存。

6.2 内存分配与释放

使用 malloc 和 free 函数时，需谨慎管理内存：

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      void print_array(char *p, int n) {    for (int i = 0; i < n; i++) {        printf("p[%d] = %d\n", i, p[i]);    }}int main(int argc, char *argv[]) {    char *p = (char *)malloc(1024 * 1024 * 1024); // 分配内存    memset(p, 'a', sizeof(int) * 10); // 初始化内存    int i = 0;    for (i = 0; i < 10; i++) {        p[i] = i + 65; // 'A' 到 'J'    }    print_array(p, 10); // 打印数组    free(p); // 释放内存    return 0;}
     
    
   

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七、异常指针

7.1 悬空指针

悬空指针指向已释放的对象，需及时置空。

int *p; // 未初始化，属于悬空指针

7.2 野指针

野指针指向垃圾内存，需避免使用。

void test() {    int *p; // 野指针    *p = 10; // 错误}

7.3 空指针

空指针通过 NULL 表示不指向任何对象。

int *p = NULL; // 空指针

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通过以上内容，希望读者能够掌握 C语言中的结构体、指针和内存管理的基础知识，为后续的音视频开发打下坚实的基础。

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