第1部分 重新认识C语言
指针及结构体的使用
【文章摘要】
指针在C语言中占有很重要的地位，同时也是学习C语言的难点所在。结构体属于用户自己建立的数据类型，在实际的软件开发项目中应用很广泛。
本文以实际的例子介绍了C语言中指针和结构体的使用方法，为进一步的学习和应用提供了有益的参考。
【关键词】
C语言 指针 结构体 文件
1. 指针和结构体简介
在C语言中，将地址形象化地称为指针，意即通过它能够找到以它为地址的内存单元。实际上，使用指针是对一个内存单元的间接访问。例如，有一个变量Var的值为1，使用一个变量Var_Pointer存放变量Var在内存中的地址3000，通过该地址能够找到变量Var在内存中的值，那么这种间接访问操作的示意图如图1所示。
图1 指针操作示意图
在诸如数组这样的数据结构中，所有的数据都是同一种类型，即不能存放不同类型(如整型和字符型)的数据。结构体(structure)的出现解决了这个问题，它允许用户自己建立由不同类型数据组成的组合型的数据结构。
在实际的软件开发项目中，指针和结构体都有很重要的应用，要成为一名合格的软件开发工程师，一定要学会灵活运用指针和结构体来编写C语言程序。
2. 本文中使用的程序流程说明
本文中程序实现的功能为：从本地文件中读取以约定格式组成的员工的信息记录(包括工号、姓名和年龄，字段之间以“|”分隔)，解析后将每个字段的内容输出到屏幕上。流程图如图2所示。
图2 本程序流程图
本程序文件命名为“Pointer.c”，使用的本地文件命名为“EmployeeInfo.ini”，文件里面的内容为形如“工号|姓名|年龄”这样的记录，内容存放示例如图3所示。
图3 文件内容存放示例图
注意，在程序编译运行的时候，要将本地文件存放到与“Pointer.c”同级目录下，这样才能够读取到记录信息。
3. 程序代码
/**********************************************************************
* 版权所有 (C)2014, Zhou Zhaoxiong。
*
* 文件名称： Pointer.c
* 内容摘要：用于演示指针和结构体操作
* 其它说明：无
* 当前版本： V1.0
* 作 者： Zhou Zhaoxiong
* 完成日期： 20140416
*
* 版本 修改时间 修改人 修改内容
********************************************************************
* V1.0 20140416 周兆熊 创建
**********************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
// 字段最大长度
#define MAX_RET_BUF_LEN (1024)
// 数据类型
typedef unsigned char UINT8;
typedef unsigned short int UINT16;
typedef unsigned int UINT32;
typedef signed int INT32;
typedef unsigned char BOOL;
// 参数类型
#define MML_INT8_TYPE 0
#define MML_INT16_TYPE 1
#define MML_INT32_TYPE 2
#define MML_STR_TYPE 3
#define TRUE (BOOL)1
#define FALSE (BOOL)0
// 员工信息结构体
typedef struct
{
UINT8 szEmployeeID[1024]; // 员工工号
UINT8 szEmployeeName[1024]; // 员工姓名
UINT32 iEmployeeAge; // 员工年龄
} T_EmployeeInfo;
/**********************************************************************
* 功能描述：获取字符串中某一个字段的数据
* 输入参数： iSerialNum-字段编号(为正整数)
iContentType-需要获取的内容的类型
pSourceStr-源字符串
pDstStr-目的字符串(提取的数据的存放位置)
cIsolater-源字符串中字段的分隔符
iDstStrSize-目的字符串的长度
* 输出参数：无
* 返回值： TRUE-成功 FALSE-失败
* 其它说明：无
* 修改日期 版本号 修改人 修改内容
* --------------------------------------------------------------
* 20140416 V1.0 zzx 创建
***********************************************************************/
BOOL GetValueFromStr(UINT16 iSerialNum, UINT8 iContentType, UINT8 *pSourceStr, UINT8 *pDstStr, UINT8 cIsolater, UINT32 iDstStrSize)
{
UINT8 *pStrBegin = NULL;
UINT8 *pStrEnd = NULL;
UINT8 szRetBuf[MAX_RET_BUF_LEN] = {0}; // 截取出的字符串放入该数组中
UINT8 *pUINT8 = NULL;
UINT16 *pUINT16 = NULL;
UINT32 *pUINT32 = NULL;
UINT32 iFieldLen = 0; // 用于表示每个字段的实际长度
if (pSourceStr == NULL) // 对输入指针的异常情况进行判断
{
return FALSE;
}
// 字段首
pStrBegin = pSourceStr;
while (--iSerialNum != 0)
{
pStrBegin = strchr(pStrBegin, cIsolater);
if (pStrBegin == NULL)
{
return FALSE;
}
pStrBegin ++;
}
// 字段尾
pStrEnd = strchr(pStrBegin, cIsolater);
if (pStrEnd == NULL)
{
return FALSE;
}
iFieldLen = (UINT16)(pStrEnd - pStrBegin);
if(iFieldLen >= MAX_RET_BUF_LEN) // 进行异常保护, 防止每个字段的值过长
{
iFieldLen = MAX_RET_BUF_LEN - 1;
}
memcpy(szRetBuf, pStrBegin, iFieldLen);
//将需要的字段值放到pDstStr中去
switch (iContentType)
{
case MML_STR_TYPE: // 字符串类型
{
strncpy(pDstStr, szRetBuf, iDstStrSize);
break;
}
case MML_INT8_TYPE: // 字符类型
{
pUINT8 = (UINT8 *)pDstStr;
*pDstStr = (UINT8)atoi(szRetBuf);
break;
}
case MML_INT16_TYPE: // short int类型
{
pUINT16 = (UINT16 *)pDstStr;
*pUINT16 = (UINT16)atoi(szRetBuf);
break;
}
case MML_INT32_TYPE: // int类型
{
pUINT32 = (UINT32 *)pDstStr;
*pUINT32 = (UINT32)atoi(szRetBuf);
break;
}
default: // 一定要有default分支
{
return FALSE;
}
}
return TRUE;
}
/****************************************************************
* 功能描述: 主函数 *
* 输入参数: 无 *
* 输出参数: 无 *
* 返回值 ：无 *
* 其他说明: 无 *
* 修改日期 版本号 修改人 修改内容
* -------------------------------------------------------------------------------
* 20140416 V1.0 zzx 创建
****************************************************************/
INT32 main(void)
{
UINT32 iInfoCount = 0; // 该变量用于计算记录条数
UINT8 szContentLine[1024] = {0}; // 用于存放从文件中独到的每条记录
FILE *hFile = NULL; // 文件句柄指针
// 打开文件
hFile = fopen("EmployeeInfo.ini", "r");
if (!hFile) // 打开失败
{
printf("Open EmployeeInfo.ini failed!\n");
return -1; // 异常退出
}
while (NULL != fgets(szContentLine, sizeof(szContentLine), hFile))
{
T_EmployeeInfo t_EmployeeInfo = {0};
iInfoCount ++; // 每读取到一条记录, 则记录条数加1
// 获取EmployeeID
if (TRUE != GetValueFromStr(1, MML_STR_TYPE, szContentLine, t_EmployeeInfo.szEmployeeID, ‘|‘, sizeof(t_EmployeeInfo.szEmployeeID)))
{
printf("获取第%d位员工的工号失败.\n", iInfoCount);
return -1;
}
// 获取EmployeeName
if (TRUE != GetValueFromStr(2, MML_STR_TYPE, szContentLine, t_EmployeeInfo.szEmployeeName, ‘|‘, sizeof(t_EmployeeInfo.szEmployeeName)))
{
printf("获取第%d位员工的姓名失败.\n", iInfoCount);
return -1;
}
// 获取EmployeeAge
if (TRUE != GetValueFromStr(3, MML_INT32_TYPE, szContentLine, (UINT8 *)&(t_EmployeeInfo.iEmployeeAge), ‘|‘, sizeof(t_EmployeeInfo.iEmployeeAge)))
{
printf("获取第%d位员工的年龄失败.\n", iInfoCount);
return -1;
}
// 逐条打印每个员工的信息
printf("第%d位员工的信息为: 工号=%s, 姓名=%s, 年龄=%d.\n", iInfoCount, t_EmployeeInfo.szEmployeeID, t_EmployeeInfo.szEmployeeName, t_EmployeeInfo.iEmployeeAge);
}
fclose(hFile); // 最后一定要关闭文件句柄
return 0;
}
4. 程序内容详解
4.1 员工信息结构体T_EmployeeInfo
typedef struct
{
UINT8 szEmployeeID[1024]; // 员工工号
UINT8 szEmployeeName[1024]; // 员工姓名
UINT32 iEmployeeAge; // 员工年龄
} T_EmployeeInfo;
说明：
(1) 因为文件中每条记录包括了工号、姓名和年龄，所以结构体中要定义三个成员变量，其中工号和姓名是字符串类型，年龄为整型。
(2) 注意成员变量的命名规则，字符串类型以“sz”开头，整型以“i”开头，方便对变量进行识别。同时，为了防止每个字段的内容过长，定义字符数组的长度为1024(不要超过MAX_RET_BUF_LEN的大小)。
4.2 字段数据获取函数GetValueFromStr
该函数的工作原理为：根据输入的参数来从pSourceStr中获取第iSerialNum字段的内容，存放到pDstStr中，各个字段以cIsolater分隔开来。
注意，在执行函数的主要逻辑之前，要对指针进行保护，即对指针的异常情况进行判断(判断其是否为空，具体见程序代码)。在实际的软件开发项目中，这一点是非常重要的。
该函数的工作步骤为：
第一步：获取每个字段的字段首和字段尾指针。strchr函数用于查询两个字段之间cIsolater的地址，字段的首位指针值相减就得到该字段的长度，并使用memcpy函数将该字段值拷贝到szRetBuf中。为了防止源串中字段值过长，还对解析出来的字段长度进行了异常保护。该方法在实际的软件开发项目中经常用到。
第二步：将解析出的字段值放到pDstStr中去。根据不同的数据类型(如字符串、整型等)，将第一步获得的字段值存放到pDstStr中。由于第一步的szRetBuf为字符数组，而某些字段值要求为整数，因此在要求参数类型为整型的case分支中使用了atoi函数。注意，switch语句一定要有default分支。
4.3 主函数中的文件操作函数
在主函数(main)中，使用了文件操作函数fopen、fgets和fclose。
(1) fopen函数
在使用文件之前，先要将其打开，本程序以只读的方式(该函数第二个参数为r)操作文件，防止对文件的错误写入。
(2) fgets函数
该函数用于从文件中读取一个字符串，其描述如下：
函数定义：char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
函数说明：fgets()用来从参数stream所指的文件内读入字符并存到参数s所指的内存空间，直到出现换行字符、读到文件尾或是已读了size-1个字符为止，最后会加上NULL作为字符串结束。
返回值：若成功则返回s指针，返回NULL则表示有错误发生或内容读取完成。
在本程序中，将从文件中读取到的内容存放到szContentLine中。
(3) fclose函数
该函数用于在操作完文件之后关闭文件指针，防止对该文件的错误操作。fclose函数一定要与fopen函数配对。在使用完文件之后，一定要调用fclose函数将文件关闭。
4.4 GetValueFromStr函数的调用
以获取员工年龄的调用为例加以说明，调用代码如下：
if (TRUE != GetValueFromStr(3, MML_INT32_TYPE, szContentLine, (UINT8 *)&(t_EmployeeInfo.iEmployeeAge), ‘|‘, sizeof(t_EmployeeInfo.iEmployeeAge)))
{
printf("获取第%d位员工的年龄失败.\n", iInfoCount);
return -1;
}
(1) GetValueFromStr函数的定义为：BOOL GetValueFromStr(UINT16 iSerialNum, UINT8 iContentType, UINT8 *pSourceStr, UINT8 *pDstStr, UINT8 cIsolater, UINT32 iDstStrSize)，调用的时候，实参3对应形参iSerialNum，实参MML_INT32_TYPE对应形参iContentType，实参szContentLine对应形参pSourceStr，实参&(t_EmployeeInfo.iEmployeeAge)对应形参pDstStr，实参‘|‘对应形参cIsolater，实参sizeof(t_EmployeeInfo.iEmployeeAge)对应形参iDstStrSize。
(2) 在函数调用的时候，实参和形参类型要完全匹配，如GetValueFromStr函数要求第3个参数为字符型指针，则传入参数szContentLine也要为同样类型的指针(因为字符数组名就代表该字符数组的首地址，即指针，所以满足要求)。对于第4个参数，因为年龄为整型数据，而要求传入的实参为字符型指针，因此要在t_EmployeeInfo.iEmployeeAge前面添加&来表示指针，同时还要在前面添加(UINT8 *)将该指针类型转换为字符类型。第5个参数要求为一个字符，因此实参为‘|‘，注意不要将单引号写成了双引号(双引号表示字符串)。
(3) 如果获取字段失败，那么直接返回-1，不再走下面的流程。这样可确保每条打印出的信息都是正确的。
4.5 字段信息的输出打印
为了查看程序解析是否正确，需要在终端打印相关信息。直接使用结构体成员变量来输出对应字段的值。
5. 程序测试
在实际的软件开发项目中，将测试分为正常测试和异常测试。正常测试是严格按照程序的要求来设计测试流程，异常测试的目的是看在不满足程序要求时，得到的结果会是怎样的。
(1) 正常测试
按照图3的文件内容来编写EmployeeInfo.ini文件，并将之放到与“Pointer.c”同级目录下。运行程序，得到的结果如图4所示。
图4 正常测试的输出结果
从输出结果可以看出，程序对信息内容的解析是正确的，因此，指针和结构体变量的使用也是正确的。
(2) 异常测试
在实际的软件开发项目中，一定要进行大量的异常测试，以检查程序的正确性。
1) 未正确放置EmployeeInfo.ini文件
删除EmployeeInfo.ini文件，或将它放到其它目录下，则程序输出结果如图5所示。
图5 文件不存在时的输出结果
2) EmployeeInfo.ini文件中的记录内容不符合要求
将第二条记录的字段分隔符“|”去掉，则程序输出结果如图6所示。
图6 第二条记录的字段分隔符“|”去掉时的输出结果
3) EmployeeInfo.ini文件中无内容
将EmployeeInfo.ini文件中的内容全部删除掉，则程序输出结果如图7所示。
图7 EmployeeInfo.ini文件中无内容时的输出结果
还有很多异常的情况，这里就不一一列举了。
一般而言，在产品发布之前，一定要经过充分的测试。
6. 总结
指针及结构体在软件开发项目中是很常见的，掌握它们的使用方法是软件开发工程师的必修课。
本文用实例来描述了指针及结构体的具体用法。“冰冻三尺，非一日之寒”，要想熟练掌握它们的用法，还需要我们多多地实践，还需要我们不断地练习和总结。
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