C语言程序设计(下)：第九周任务

# 1. 指针与动态内存分配

## 1.1 指针概述
指针是一种特殊的变量类型，它可以存储一个变量的内存地址。在C语言中，指针提供了直接访问内存地址和内存中的数据的机制。

在Python中，虽然没有指针的概念，但是可以通过引用来实现类似指针的功能。例如，可以通过引用来修改对象的值，类似于C语言中通过指针来修改变量的值。

# Python示例：指针概述
a = 10
b = a  # b指向a的内存地址，类似指针
b = 20  # 修改b的值
print(a)  # 输出10

## 1.2 指针的运算与应用
指针运算包括指针的加法、减法等操作，可以方便地访问内存中的数据。指针在C语言中广泛应用于数组、字符串和函数等领域。

在Java中，虽然没有指针的概念，但是可以通过引用来实现类似的功能。在Go语言中也有指针的概念，可以通过指针来访问内存地址。

// Java示例：指针的运算与应用
class PointerExample {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[] {1, 2, 3};
        int[] ptr = arr;  // ptr指向arr的内存地址，类似指针
        ptr[0] = 10;  // 修改ptr的值
        System.out.println(arr[0]);  // 输出10
    }
}

## 1.3 动态内存分配原理及使用方法
动态内存分配允许程序在运行时动态地分配内存空间，从而提高内存的利用率。在C语言中，可以通过malloc()、calloc()等函数来进行动态内存分配，需要注意及时释放内存以避免内存泄漏。

在JavaScript中，动态内存分配由JavaScript引擎自动管理。在Go语言中，可以使用内置的new()函数来进行动态内存分配，无需手动释放内存。

// C示例：动态内存分配的原理及使用方法
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *ptr;
    ptr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));  // 分配5个整型变量的内存空间
    if (ptr == NULL) {
        printf("内存分配失败\n");
    } else {
        // 使用ptr
        free(ptr);  // 释放ptr指向的内存空间
    }
    return 0;
}

# 2. 文件操作与输入输出流
**2.1 文件操作概述**
文件操作是计算机程序中非常重要和常用的一部分。通过文件操作，我们可以读取和写入文件，实现数据的持久化存储和获取。在本节中，我们将介绍文件操作的基本概念和常用的文件读写操作方法。

**2.2 文件读写操作**

文件读写操作是指通过程序来读取和写入文件中的数据。对于文件的读取，可以将文件的内容读取到程序的内存中，对其进行进一步的处理；对于文件的写入，可以将程序中的数据写入到文件中，以便永久保存。在C语言中，常用的文件读写函数有`fopen`、`fclose`、`fread`和`fwrite`等。

下面是一个简单的例子，演示了如何使用C语言进行文件读写操作。

   #include <stdio.h>
   int main() {
       FILE *file;
       char buffer[100];
       // 打开文件，以只读的方式
       file = fopen("example.txt", "r");
       // 判断文件是否成功打开
       if (file == NULL) {
           printf("文件打开失败！");
           return 1;
       }
       // 读取文件内容，并输出到屏幕
       while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file) != NULL) {
           printf("%s", buffer);
       }
       // 关闭文件
       fclose(file);
       return 0;
   }

在上面的例子中，我们首先使用`fopen`函数打开了一个名为`example.txt`的文件，并指定了读取的模式。然后，我们使用`fgets`函数从文件中逐行读取数据，将读取到的每一行内容输出到屏幕上。最后，使用`fclose`函数关闭文件。

**2.3 输入输出流的应用**

输入输出流是指数据从程序流向外部设备(如键盘、鼠标、屏幕、打印机等)，或者从外部设备流向程序的过程。在C语言中，常用的输入输出流是标准输入流(stdin)和标准输出流(stdout)。通过使用输入输出流，我们可以实现与用户的交互操作，以及数据的输出显示。

下面是一个简单的例子，演示了如何使用C语言进行输入输出流的应用。

   #include <stdio.h>
   int main() {
       char str[100];
       int num;
       // 从标准输入流读取一个字符串
       printf("请输入一个字符串：");
       scanf("%s", str);
       // 从标准输入流读取一个整数
       printf("请输入一个整数：");
       scanf("%d", &num);
       // 将输入的字符串和整数输出到标准输出流
       printf("输入的字符串是：%s\n", str);
       printf("输入的整数是：%d\n", num);
       return 0;
   }

在上面的例子中，我们使用`scanf`函数从标准输入流中读取用户输入的字符串和整数。然后，使用`printf`函数将读取到的字符串和整数输出到标准输出流中。

输入输出流在实际编程中具有广泛的应用，例如用于用户输入的命令解析、文件读写的数据处理和结果输出等场景。

通过以上示例，我们了解了文件操作和输入输出流在C语言中的基本使用方法。掌握这些知识，可以为我们的程序提供强大的数据处理和交互功能。在使用文件操作和输入输出流时，需要注意文件打开和关闭的正确操作，以及对数据格式的合理处理，以防止出现程序错误和数据丢失的情况。

# 3. 结构体与联合体

#### 3.1 结构体的定义与应用

在C语言中，结构体是一种将不同类型的数据组织在一起的自定义数据类型。结构体可以包含多个不同的数据成员，这些成员可以是基本数据类型、数组、指针甚至是其他结构体类型。通过结构体，我们可以更加灵活地组织和管理数据。

结构体的定义格式如下：

struct 结构体名 {
    数据类型 成员1;
    数据类型 成员2;
    // ...
};

例如，定义一个保存学生信息的结构体：

struct Student {
    char name[20];
    int age;
    float score;
};

然后，我们可以声明结构体变量并对其进行赋值和访问：

struct Student stu1;
strcpy(stu1.name, "张三");
stu1.age = 18;
stu1.score = 98.5;

printf("姓名：%s，年龄：%d，成绩：%.1f\n", stu1.name, stu1.age, stu1.score);

以上代码输出结果为：

姓名：张三，年龄：18，成绩：98.5

结构体的应用非常广泛，可以用于保存复杂的数据结构，如学生管理系统、员工管理系统等。

#### 3.2 结构体的嵌套与指针

在结构体中，我们还可以嵌套其他结构体或指向结构体的指针，从而形成更加复杂的数据结构。