C/C++中结构体变量及指向结构体指针变量的内存分配问题

一个结构体变量的指针就是该变量所占据的内存段的起始地址。可以设一个指针变量，用来指向一个结构体变量，此时该指针变量的值是结构体变量的起始地址。指针变量也可以用来指向结构体数组中的元素。

声明一个结构体变量，无论是否初始化，都开辟内存，声明一个结构体指针变量，对其初始化的时候才会开辟内存。

A a[3];  a是A型的，有3个，当然分配A乘3大小的空间

A* a;    a是A*型的，当然只分配A*大小的空间，而不会分配A大小的空间

结构体变量分配结构体本身大小的空间，结构体指针分配4个字节，其实任何类型的指针都是分配四个字节的指针空间。
所以：
A a[3]; //a里面是三个A变量，所以分配三个结构体大小
A *a;  //a是一个指针，分配4个字节，就算A再大，a也只是4个字节，因为任何类型的指针都是4个字节。要使用a，必须先要对指针初始化，也即分配空间了。
如:
A *a;
a = (A*)malloc(sizeof(A));

我们完全可以撇开结构体，把问题简单化成int类型来说明这个指针问题：
int a1[10];
int *a2;

很容易知道，a1是包含10个int的数组，大小也就是10*sizeof（int)。我们可以直接使用a1不用再进行什么初始化或者分配空间，因为数组a1里面本身存放的就是int变量本身了。

然后a2，是一个int*的东西，也就是整型指针，a2不能存放int变量，它只能存放地址，一个int变量的地址。如果要使用a2，必须首先对a2初始化，即将它指向一个int变量的地址，如：
a2 = (int*)malloc(sizeof(int));
或者
int i = 10;
a2 = &i;
所以，malloc函数的作用是首先声明一个变量，然后返回该变量的地址。
所以：a2 = (int*)malloc(sizeof(int)) 的含义就是把该变量的地址赋值给a2，和a = &i 本质上并没有什么不同，只是一个变量是栈上，一个是堆上，都是一个地址赋值。
【例7.3】指向结构体变量的指针的应用。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main( )
{
   struct Student//声明结构体类型student
   {
      int num;
      string name;
      char sex;
      float score;
   };
   Student stu;//定义Student类型的变量stu
   Student *p=&stu;//定义p为指向Student类型数据的指针变量并指向stu
   stu.num=10301;//对stu中的成员赋值
   stu.name="Wang Fun";//对string变量可以直接赋值
   stu.sex='f';
   stu.score=89.5;
   cout<<stu. num<<" "<<stu.name<<" "<<stu.sex<<" "<<
   stu.score<<endl;
   cout<<p -> num<<" "<<(*p).name<<" "<<(*p).sex<<" "<<(*p).score<<endl;
   return 0;
}

程序运行结果如下：
10301 Wang Fun f 89.5 (通过结构体变量名引用成员)
10301 Wang Fun f 89.5 (通过指针引用结构体变量中的成员)
两个cout语句输出的结果是相同的。

为了使用方便和使之直观，C++提供了指向结构体变量的运算符->，例如p->num表示指针p当前指向的结构体变量中的成员num。
    p->num 和(*p).num等价。
同样
    p->name等价于(*p).name。
也就是说，以下3种形式等价：

• 结构体变量.成员名。如stu.num。
• (*p).成员名。如(*p).num。
• p->成员名。如p->num。

“->”称为指向运算符。

请分析以下几种运算：

• p->n 得到p指向的结构体变量中的成员n的值。
• p->n++ 得到p指向的结构体变量中的成员n的值，用完该值后使它加1。
• ++p->n 得到p指向的结构体变量中的成员n的值，并使之加1，然后再使用它。

用结构体变量和指向结构体变量的指针构成链表

链表是一种常见的重要的数据结构。图7.8表示最简单的一种链表（单向链表）的结构。

图7.8

链表有一个“头指针”变量，图中以head表示，它存放一个地址。该地址指向一个元素。链表中的每一个元素称为“结点”，每个结点都应包括两个部分：

• 一是用户需要用的实际数据，
• 二是下一个结点的地址。

可以看到链表中各元素在内存中的存储单元可以是不连续的。要找某一元素，可以先找到上一个元素，根据它提供的下一元素地址找到下一个元素。

可以看到，这种链表的数据结构，必须利用结构体变量和指针才能实现。

可以声明一个结构体类型，包含两种成员，一种是用户需要用的实际数据，另一种是用来存放下一结点地址的指针变量。

例如，可以设计这样一个结构体类型：

struct Student
{
   int num;
   float score;
   Student *next;  //next指向Student结构体变量
};

其中成员num和score是用户需要用到的数据，相当于图7.8结点中的A, B, C, D。next是指针类型的成员，它指向Student类型数据（就是next所在的结构体类型）。用这种方法就可以建立链表。见图7.9。

图7.9

图中每一个结点都属于Student类型，在它的成员next中存放下一个结点的地址，程序设计者不必知道各结点的具体地址，只要保证能将下一个结点的地址放到前一结点的成员next中即可。

下面通过一个例子来说明如何建立和输出一个简单链表。

【例7.4】建立一个如图7.9所示的简单链表，它由3个学生数据的结点组成。输出各结点中的数据。

#define NULL 0
#include <iostream>
using namespace std;
struct Student
{
   long num;
   float score;
   struct Student *next;
};
int main( )
{
   Student a,b,c,*head,*p;
   a. num=31001;
   a.score=89.5; //对结点a的num和score成员赋值
   b. num=31003;
   b.score=90; //对结点b的num和score成员赋值
   c. num=31007;
   c.score=85; //对结点c的num和score成员赋值
   head=&a; //将结点a的起始地址赋给头指针head
   a.next=&b; //将结点b的起始地址赋给a结点的next成员
   b.next=&c; //将结点c的起始地址赋给b结点的next成员
   c.next=NULL; //结点的next成员不存放其他结点地址
   p=head; //使p指针指向a结点
   do
   {
      cout<<p->num<<" "<<p->score<<endl; //输出p指向的结点的数据
      p=p->next; //使p指向下一个结点
   } while (p!=NULL); //输出完c结点后p的值为NULL
   return 0;
}

本例是比较简单的，所有结点（结构体变量）都是在程序中定义的，不是临时开辟的，也不能用完后释放，这种链表称为静态链表。对各结点既可以通过上一个结点的next指针去访问，也可以直接通过结构体变量名a, b, c去访问。

动态链表则是指各结点是可以随时插入和删除的，这些结点并没有变量名，只能先找到上一个结点，才能根据它提供的下一结点的地址找到下一个结点。只有提供第一个结点的地址，即头指针head，才能访问整个链表。如同一条铁链一样，一环扣一环，中间是不能断开的。

建立动态链表，要用到后面介绍的动态分配内存的运算符new和动态撤销内存的运算符delete。

用户栈是（运行时创建）是用户存放程序临时创建的局部变量，不包括静态变量，除此之外，在函数调用时，其参数也会被压入栈，并且带导函数调用结束后，函数的返回值也会存放到栈中。

堆是用于存放程序进程中被动态分配的内存段，它的大小不固定，可动态扩展，结束后必须free掉。