C語(yǔ)言的指針、鏈表的原理及學(xué)生管理系統(tǒng)

指針原理：

指針就是指向一個(gè)特定內(nèi)存地址的一個(gè)變量。簡(jiǎn)化了的內(nèi)存空間模型是按照從0到某一個(gè)數(shù)（比如1048575=1M-1）的一維線性空間，其中的每一個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)單元，即1個(gè)字節(jié)。指針有兩個(gè)屬性：指向性和偏移性。指向性指的是指針一定要有一個(gè)確定的指向，偏移性則是體現(xiàn)指針重要應(yīng)用的方面，即指針可以按程序員的要求向前或向后偏移。         

指針的應(yīng)用往往與數(shù)組聯(lián)系在一起，為了方便說(shuō)明問(wèn)題，不妨從數(shù)組開(kāi)始解釋指針的偏移。數(shù)組就是許多的變量，它的一個(gè)重要特征就是在內(nèi)存空間中連續(xù)地存放，而且是按下標(biāo)順序存放。比如我們定義一個(gè)有100個(gè)變量的一維整型數(shù)組，它一定從內(nèi)存的某一個(gè)存儲(chǔ)單元開(kāi)始按數(shù)組下標(biāo)順序存放，連續(xù)占用100*4=400字節(jié)。當(dāng)我們定義一個(gè)數(shù)組時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)為它分配一個(gè)指針，這個(gè)指針指向數(shù)組的首地址。（在本文剩余部分的論述中，不加區(qū)分地使用“指向數(shù)組的首地址”與“指向數(shù)組的第一個(gè)元素”這兩種說(shuō)法，事實(shí)上這兩種說(shuō)法也是一致的。）         

為了讓系統(tǒng)了解每一次指針偏移的單位，也為了方便程序員進(jìn)行指針偏移（讓程序員記住一個(gè)×××變量占用4字節(jié)，一個(gè)字符型變量占用1字節(jié)等等是很麻煩的），不用每次去計(jì)算要偏移多少個(gè)字節(jié)，C語(yǔ)言引入了指針的基類(lèi)型的概念?；?lèi)型的作用就是讓系統(tǒng)了解某個(gè)指針每次偏移的字節(jié)數(shù)。比如，對(duì)于一個(gè)字符型指針，它每次偏移（比如ptr=ptr+1）所起到的作用就是讓指針偏移1字節(jié)；而對(duì)于一個(gè)整型指針，它每次偏移就應(yīng)該是4字節(jié)。這樣操作數(shù)組時(shí)就帶來(lái)了方便。比如對(duì)于一個(gè)指向某個(gè)整型數(shù)組起始存儲(chǔ)單元（稱為首地址）的指針ptr，ptr=ptr+1就表示將該指針指向這個(gè)數(shù)組的下一個(gè)元素的存儲(chǔ)單元，即向后移動(dòng)4字節(jié)，而不僅僅是移動(dòng)一個(gè)存儲(chǔ)單元（即移動(dòng)1字節(jié)）。

&()、*()、和[ ]運(yùn)算符的意義       

在本文中，將&()、*()和[ ]都看成是運(yùn)算符。這樣可以方便理解這三個(gè)概念。簡(jiǎn)單地說(shuō)，&()將某個(gè)標(biāo)識(shí)符（比如變量）轉(zhuǎn)化為其在內(nèi)存空間中的地址，而*()是產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于某個(gè)地址的標(biāo)識(shí)符，[ ]就更復(fù)雜一點(diǎn)，ptr[i]表示將ptr這個(gè)指針虛擬地按其基類(lèi)型進(jìn)行i個(gè)單位的后移，再進(jìn)行*(ptr)運(yùn)算。但這是一個(gè)虛擬的后移，即ptr[i]并不改變ptr的指向，只是將其后移i個(gè)單位并取*()運(yùn)算的結(jié)果算出來(lái)了而已。要改變指針的指向，我們只能通過(guò)類(lèi)似于ptr=ptr+i這樣的語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)。       

實(shí)際中，我們往往不愿意經(jīng)常改變指針的指向，因?yàn)橹羔樀囊苿?dòng)雖然是自由的，但移動(dòng)后往往會(huì)“移不回來(lái)”，因?yàn)槲覀兛赡軣o(wú)法清楚地確定指針的偏移量。后面我們將看到，對(duì)于用指針來(lái)表示的數(shù)組，其元素的引用和賦值是完全可以不用改變指向這個(gè)數(shù)組的首地址的指針指向的，而一旦要改變這個(gè)指針的指向，問(wèn)題就會(huì)變得復(fù)雜一些。

  指針類(lèi)型和系統(tǒng)自動(dòng)分配的指針    

  指針可以指向幾乎所有我們感興趣的程序設(shè)計(jì)要素：函數(shù)、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、鏈表節(jié)點(diǎn)等等。其中不同函數(shù)間往往并不存在嚴(yán)格的線性關(guān)系。鏈表節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)算法需要在邏輯上（或物理上）不按線性連續(xù)存儲(chǔ)。但數(shù)組、結(jié)構(gòu)體的共同特征就是它們?cè)谖锢砩隙际蔷€性連續(xù)存儲(chǔ)的。只要指針指向了它們的首地址，就可以通過(guò)簡(jiǎn)單的偏移來(lái)訪問(wèn)各個(gè)它們的元素。指針的偏移性在這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這時(shí)，我們?cè)倩叵牖?lèi)型的定義目的，就會(huì)有更深層次的認(rèn)識(shí)了。對(duì)于一個(gè)數(shù)組或結(jié)構(gòu)體，它的基類(lèi)型長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)是其元素的長(zhǎng)度（這里的長(zhǎng)度即指在內(nèi)存空間中占用的字節(jié)數(shù)），而不再限于定義為某種簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類(lèi)型的長(zhǎng)度。          

  在我們定義數(shù)組和函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)為其自動(dòng)分配一個(gè)指向其首地址的指針。其中，指針在數(shù)組中的應(yīng)用是最頻繁的，也是最基礎(chǔ)的。對(duì)于一個(gè)數(shù)組，其名稱就是一個(gè)指針變量，亦即假如我們定義“int a[10];”的同時(shí)就定義了“int *a=a;”（這只是為了說(shuō)明問(wèn)題，這樣的語(yǔ)句顯然是不合法的）。

       數(shù)組應(yīng)用中典型的二級(jí)指針     

  設(shè)定一個(gè)指向指針的指針，即設(shè)定一個(gè)二級(jí)指針。一般認(rèn)為，指針不宜超過(guò)二級(jí)，否則會(huì)大大增加邏輯錯(cuò)誤出現(xiàn)的可能性。

鏈表原理：

舉個(gè)例子，跳馬，依下圖將每一步跳馬之后的位置之后的位置（x，y）放到一個(gè)“結(jié)點(diǎn)”里，再用“鏈子穿起來(lái)”，形成一條鏈，相鄰兩結(jié)點(diǎn)間用一個(gè)指針將兩者連到一起。

為了表示這種既有數(shù)據(jù)又有指針的情況，引入結(jié)構(gòu)這種數(shù)據(jù)類(lèi)型。

依上圖有7個(gè)結(jié)點(diǎn)。

用指針處理鏈表

鏈表是程序設(shè)計(jì)中一種重要的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是動(dòng)態(tài)地進(jìn)行存儲(chǔ)分配的一種結(jié)構(gòu)。

動(dòng)態(tài)性體現(xiàn)為：

鏈表中的元素個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要增加和減少，不像數(shù)組，在聲明之后就固定不變；

元素的位置可以變化，即可以從某個(gè)位置刪除，然后在插入到一個(gè)新的地方；

結(jié)點(diǎn)里的指針是存放下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的地址

1. 鏈表中的元素稱為“結(jié)點(diǎn)”，每個(gè)結(jié)點(diǎn)包括兩個(gè)域：數(shù)據(jù)域和指針域；

2. 單向鏈表通常由一個(gè)頭指針（head），用于指向鏈表頭；

3. 單向鏈表有一個(gè)結(jié)尾點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的指針部分指向一個(gè)空結(jié)點(diǎn)（NULL）。

學(xué)生信息管理系統(tǒng)代碼：

/*
*學(xué)生信息管理程序，
*管理學(xué)生的個(gè)人信息及各科成績(jī)；
*/
#include<stdio.h>  
#include<conio.h>  
#include<string.h>  
#include<stdlib.h>  
    
  
typedef struct NodeNode;  
  
//定義成績(jī)信息節(jié)點(diǎn)
//分別為語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、英語(yǔ)和總成績(jī)；
 
struct Score  
{  
    int chinese,math,english,sum;  
};  
 
//定義學(xué)生信息節(jié)點(diǎn)
//分別為姓名、班級(jí)、學(xué)號(hào)、成績(jī)和指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針
//定義了4個(gè)全局變量，頭節(jié)點(diǎn)，和臨時(shí)節(jié)點(diǎn)變量；
 
struct Node  
{  
    char name[20],classs[20],number[20];  
    struct Score score;  
    struct Node* next;  
}*head,*u,*p,*q;  
  
  //定義多個(gè)學(xué)生的學(xué)生個(gè)數(shù)及各科平均成績(jī)優(yōu)秀率及格率；
intn,C,M,E,Cj,Cy,Mj,My,Ej,Ey;  
char num[20];  
  
//進(jìn)入菜單函數(shù)
void Welcome()  
{  
    printf("\t\t      # # # # # # # # # # # # # # # ##\n");  
    printf("\t\t      #  歡迎您使用學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng) #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        1.讀取文件          #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        2.保存文件          #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        3.添加學(xué)生成績(jī)      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        4.修改學(xué)生成績(jī)      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        5.刪除學(xué)生成績(jī)      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        6.查詢個(gè)人成績(jī)      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        7.查詢本班成績(jī)      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        8.查詢?nèi)３煽?jī)      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        9.退出管理系統(tǒng)      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      # # # # # # # # # # # # # # # ##\n\n");  
    printf("\t\t       請(qǐng)輸入指令:(1-9)");  
}  
//構(gòu)造節(jié)點(diǎn)函數(shù)
Node* new_node(Node*uu)  
{  
    uu = (Node*)malloc(sizeof(Node));  
    uu->next = NULL;  
    return uu; 
}  
//添加學(xué)生信息
void Add()  
{  
//新建一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
    u = new_node(u);  
    printf("\n請(qǐng)輸入您要加入的學(xué)生的信息:\n");  
    printf("\n姓名: ");  
    scanf("%s",u->name);  
    printf("\n班級(jí): ");  
    scanf("%s",u->classs);  
    printf("\n學(xué)號(hào): ");  
    scanf("%s",u->number);  
    printf("\n語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、英語(yǔ)成績(jī): "); 
   scanf("%d%d%d",&u->score.chinese,&u->score.math,&u->score.english);  
//計(jì)算總成績(jī)；
    u->score.sum = u->score.chinese +u->score.math + u->score.english;  
//采用頭插法將新節(jié)點(diǎn)的尾指針指向第二個(gè)節(jié)點(diǎn)(掰開(kāi)）
    u->next = head->next;  
//將新節(jié)點(diǎn)放在頭節(jié)點(diǎn)后面；
    head->next = u;  
   printf("\n--->添加成功!\n");  
}  
//根據(jù)學(xué)號(hào)修改信息
//和查找函數(shù)一樣，依次從第二個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始遍歷，如果找到這更新
void Mod()  
{  
    n = 0; 
    printf("\n請(qǐng)輸入您要修改的學(xué)號(hào): "); 
    scanf("%s",num);  
    for(u = head; u != NULL;u =u->next)  
    {  
        if(strcmp(u->number,num) == 0)  
        { 
            n = 1;  
            printf("\n請(qǐng)輸入新的語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、英語(yǔ)成績(jī): ");  
           scanf("%d%d%d",&u->score.chinese,&u->score.math,&u->score.english);  
            u->score.sum =u->score.chinese + u->score.math + u->score.english;  
            printf("\n--->修改成功!\n");  
            break;  
        } 
    }  
    if(!n) 
        printf("\n--->沒(méi)有這個(gè)學(xué)生的信息!\n"); 
}  
//根據(jù)學(xué)號(hào)刪除學(xué)生信息，
//從頭節(jié)點(diǎn)開(kāi)始遍歷，如果找到這刪除此節(jié)點(diǎn)；
void Del()  
{  
    n = 0; 
    printf("\n請(qǐng)輸入您要?jiǎng)h除的學(xué)生的學(xué)號(hào): ");  
    scanf("%s",num);  
    for(u = head; u != NULL;u =u->next)  
    {  
        if(strcmp(u->number,num) == 0)  
        { 
            n = 1;  
            p->next = u->next;  
            free(u);  
            printf("\n--->刪除成功!\n");  
            break;  
        } 
        p = u; 
    }  
    if(!n) 
        printf("\n--->沒(méi)有這個(gè)學(xué)生的信息!\n"); 
}  
void Sort()  
{  
    int i,j; 
//記錄學(xué)生總數(shù)；
    n = 0; 
    for(u = head->next; u != NULL;u =u->next)  
        n++; 
//采用冒泡法對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)按班級(jí)升序和總成績(jī)降序排列
    for(i=1;i<=n;i++)  
    {  
        u = head;  
        for(j=0;j<n-i;j++)  
        { 
            p = u->next;  
            q = p->next;  
           if(strcmp(p->classs,q->classs) > 0 ||strcmp(p->classs,q->classs) == 0 && p->score.sum <q->score.sum)  
            { 
                u->next = q;  
                p->next = q->next;  
                q->next = p;  
            } 
            u = u->next;  
        } 
    }  
}  
//按學(xué)號(hào)查找某一學(xué)生成績(jī)；
void Que_One()  
{  
//標(biāo)志變量，記錄是否查找成功；
    n = 0; 
    printf("\n請(qǐng)輸入您要查詢的學(xué)生的學(xué)號(hào): ");  
    scanf("%s",num);  
//從第二個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始遍歷，直到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)為止；
    for(u = head->next; u != NULL;u =u->next)  
    {  
//如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)學(xué)號(hào)與要查找學(xué)號(hào)一致這輸出此學(xué)生信息；
        if(strcmp(u->number,num) == 0)  
        { 
            n = 1;  
            printf("\n");  
            puts("班級(jí)       姓名          語(yǔ)文  數(shù)學(xué)  英語(yǔ)總成績(jī)");  
           printf("%-11s%-15s",u->classs,u->name);  
           printf("%-6d%-6d%-6d%-6d\n",u->score.chinese,u->score.math,u->score.english,u->score.sum);  
            break;  
        } 
    }  
    if(!n) 
        printf("\n--->沒(méi)有這個(gè)學(xué)生的信息!\n"); 
}  
void Analyze_Sco(Node*uu)  
{  
//對(duì)查找到的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行求各科平均成績(jī)
//求優(yōu)秀率及格率；
    C += uu->score.chinese;  
    M += uu->score.math;  
    E += uu->score.english;  
    if(uu->score.chinese >= 60)  
        Cj++; 
    if(uu->score.chinese >= 90)  
        Cy++; 
    if(uu->score.math >= 60)  
        Mj++; 
    if(uu->score.math >= 90)  
        My++; 
    if(uu->score.english >= 60)  
        Ej++; 
    if(uu->score.english >= 90)  
        Ey++; 
}  
//打印各科平均成績(jī)及格率優(yōu)秀率
 
 
void Print_Sco()  
{  
    printf("語(yǔ)文平均成績(jī): %-6.2f, 及格率: %%%-6.2f , 優(yōu)秀率:%%%-6.2f.\n\n",(float)C/n,(float)100*Cj/n,(float)100*Cy/n);  
    printf("數(shù)學(xué)平均成績(jī): %-6.2f, 及格率: %%%-6.2f , 優(yōu)秀率:%%%-6.2f.\n\n",(float)M/n,(float)100*Mj/n,(float)100*My/n);  
    printf("英語(yǔ)平均成績(jī): %-6.2f, 及格率: %%%-6.2f , 優(yōu)秀率:%%%-6.2f.\n\n",(float)E/n,(float)100*Ej/n,(float)100*Ey/n);  
}  
//查找某一班級(jí)所以學(xué)生的信息；
void Que_Cla()  
{  
//對(duì)鏈表節(jié)點(diǎn)排序；
    Sort(); 
    n = C = M = E = Cj = Cy = Mj = My = Ej = Ey= 0;  
    printf("\n請(qǐng)輸入您要查詢的班級(jí): "); 
    scanf("%s",num);  
    printf("\n");  
    for(u = head->next; u != NULL;u =u->next)  
    {  
//不是該班的學(xué)生則跳過(guò)；
        if(strcmp(u->classs,num))  
            continue;  
//如果是第一個(gè)學(xué)生則打印頭信息
        if(!n) 
            puts("學(xué)號(hào)       姓名          語(yǔ)文  數(shù)學(xué)  英語(yǔ)總成績(jī)");  
        n++; 
       printf("%-11s%-15s",u->number,u->name);  
       printf("%-6d%-6d%-6d%-d\n",u->score.chinese,u->score.math,u->score.english,u->score.sum);  
        Analyze_Sco(u);  
    }  
    if(!n) 
    {  
        printf("沒(méi)有這個(gè)班級(jí)的學(xué)生信息!\n");  
        return ;  
    }  
//打印該班級(jí)學(xué)生的各個(gè)成績(jī)的特征值；
    printf("\n該班共有學(xué)生 %d 人.\n\n",n);  
    Print_Sco();  
  
}  
//打印全校所以學(xué)生的信息
//具體情況同打印班級(jí)學(xué)生信息；
void Que_All()  
{  
    Sort(); 
    n = C = M = E = Cj = Cy = Mj = My = Ej = Ey= 0;  
    printf("\n");  
    if(head->next == NULL)  
    {  
        printf("--->沒(méi)有學(xué)生信息!\n"); 
        return ;  
    }  
    puts("班級(jí)        學(xué)號(hào)        姓名          語(yǔ)文  數(shù)學(xué)  英語(yǔ)總成績(jī)");  
    for(u = head->next; u != NULL;u =u->next)  
    {  
        n++; 
       printf("%-12s%-12s%-15s",u->classs,u->number,u->name);  
       printf("%-6d%-6d%-6d%-d\n",u->score.chinese,u->score.math,u->score.english,u->score.sum);  
        Analyze_Sco(u);  
    }  
    printf("\n全校共有學(xué)生 %d 人.\n\n",n);  
    Print_Sco();  
}  
//保存文件；
void Save()  
{  
    char c; 
    printf("\n確認(rèn)保存？(Y/N): "); 
    scanf("%*c%c",&c);  
    if(c == 'N')  
        return ;  
    FILE *fp; 
   if((fp=fopen("C:\\data.txt","w"))==NULL)  
    {  
        printf("\n--->無(wú)法打開(kāi)文件\n"); 
        return ;  
    }  
//寫(xiě)入數(shù)據(jù)表頭信息；
    fputs("班級(jí)       學(xué)號(hào)       姓名          語(yǔ)文  數(shù)學(xué)  英語(yǔ)總成績(jī)",fp);  
    if(head->next != NULL)  
        fputs("\n",fp);  
//從頭節(jié)點(diǎn)開(kāi)始依次寫(xiě)入文件；
    for(u = head->next; u != NULL;u = u->next)  
    {  
       fprintf(fp,"%-11s%-11s%-15s",u->classs,u->number,u->name);  
       fprintf(fp,"%-6d%-6d%-6d%-d",u->score.chinese,u->score.math,u->score.english,u->score.sum);  
        if(u->next != NULL)  
            fprintf(fp,"\n");  
    }  
    fclose(fp); 
    printf("\n--->成績(jī)成功存入C:\\\\data.txt中\(zhòng)n");  
}  
//讀取文件；
void Open()  
{  
    printf("\n請(qǐng)把數(shù)據(jù)放到目錄C:\\\\data.txt中,按任意鍵確認(rèn).\n"); 
    getch(); 
    FILE *fp; 
//從c盤(pán)根目錄下讀取文件；
   if((fp=fopen("C:\\data.txt","r"))==NULL)  
    {  
        printf("\n--->沒(méi)有找到文件!\n"); 
        return ;  
    }  
    char tmp[100];  
//讀取65個(gè)菜單頭字符存入tem字符數(shù)組中；
    fgets(tmp,66,fp);  
 
//讀到文件結(jié)尾處跳出循環(huán)；
    while(!feof(fp))  
    {  
        u = new_node(u);  
       fscanf(fp,"%s%s%s",u->classs,u->number,u->name);  
       fscanf(fp,"%d%d%d%d",&u->score.chinese,&u->score.math,&u->score.english,&u->score.sum);
//頭插法建立鏈表；
        u->next = head->next;  
        head->next = u;  
    }  
    printf("\n--->成績(jī)讀入成功!\n"); 
    fclose(fp); 
}  
//退出程序
void Exi()  
{  
    char c; 
    printf("\n確定退出？(Y/N): "); 
    scanf("%*c%c",&c);  
    if(c == 'N')  
        return ;  
//打印結(jié)束語(yǔ)；
    system("cls");  
    printf("\n\n");  
    printf("\t\t\t     %c %c %c %c %c %c %c %c%c\n",4,4,4,4,4,4,4,4,4);  
    printf("\t\t\t     %c 謝謝使用%c\n",4,4);  
    printf("\t\t\t     %c %c %c %c %c %c %c %c%c\n",4,4,4,4,4,4,4,4,4);  
    printf("\t\t\t                          Thankyou!\n\n\n");  
    exit(0); 
}  
int main()  
{  
//存儲(chǔ)指令的變量
    int orz; 
//設(shè)置系統(tǒng)文本顏色
   system("color 0B");  
//新建一個(gè)學(xué)生信息頭節(jié)點(diǎn)；
    head = new_node(head);  
    while(1) 
    {  
//顯示菜單、
        Welcome();  
//接收用戶命令、
        scanf("%d",&orz);  
//調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)清屏；
        system("cls");  
        switch(orz)  
        { 
//根據(jù)指令進(jìn)入相應(yīng)菜單選項(xiàng)
            case 1:Open();break;  
            case 2:Save();break;  
            case 3:Add();break;  
            case 4:Mod();break;  
            case 5:Del();break;  
            case 6:Que_One();break;  
            case 7:Que_Cla();break;  
            case 8:Que_All();break;  
            case 9:Exi();break;  
            default :printf("\n--->無(wú)效的指令!\n");  
        } 
        printf("\n"); 
//執(zhí)行系統(tǒng)函數(shù)
        system("pause");  
        system("cls");  
    }  
    return 0; 
}