C語言的指針、鏈表的原理及學生管理系統

指針原理：

指針就是指向一個特定內存地址的一個變量。簡化了的內存空間模型是按照從0到某一個數（比如1048575=1M-1）的一維線性空間，其中的每一個數對應一個存儲單元，即1個字節。指針有兩個屬性：指向性和偏移性。指向性指的是指針一定要有一個確定的指向，偏移性則是體現指針重要應用的方面，即指針可以按程序員的要求向前或向后偏移。         

指針的應用往往與數組聯系在一起，為了方便說明問題，不妨從數組開始解釋指針的偏移。數組就是許多的變量，它的一個重要特征就是在內存空間中連續地存放，而且是按下標順序存放。比如我們定義一個有100個變量的一維整型數組，它一定從內存的某一個存儲單元開始按數組下標順序存放，連續占用100*4=400字節。當我們定義一個數組時，系統就會自動為它分配一個指針，這個指針指向數組的首地址。（在本文剩余部分的論述中，不加區分地使用“指向數組的首地址”與“指向數組的第一個元素”這兩種說法，事實上這兩種說法也是一致的。）         

為了讓系統了解每一次指針偏移的單位，也為了方便程序員進行指針偏移（讓程序員記住一個×××變量占用4字節，一個字符型變量占用1字節等等是很麻煩的），不用每次去計算要偏移多少個字節，C語言引入了指針的基類型的概念。基類型的作用就是讓系統了解某個指針每次偏移的字節數。比如，對于一個字符型指針，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；而對于一個整型指針，它每次偏移就應該是4字節。這樣操作數組時就帶來了方便。比如對于一個指向某個整型數組起始存儲單元（稱為首地址）的指針ptr，ptr=ptr+1就表示將該指針指向這個數組的下一個元素的存儲單元，即向后移動4字節，而不僅僅是移動一個存儲單元（即移動1字節）。

&()、*()、和[ ]運算符的意義       

在本文中，將&()、*()和[ ]都看成是運算符。這樣可以方便理解這三個概念。簡單地說，&()將某個標識符（比如變量）轉化為其在內存空間中的地址，而*()是產生一個對應于某個地址的標識符，[ ]就更復雜一點，ptr[i]表示將ptr這個指針虛擬地按其基類型進行i個單位的后移，再進行*(ptr)運算。但這是一個虛擬的后移，即ptr[i]并不改變ptr的指向，只是將其后移i個單位并取*()運算的結果算出來了而已。要改變指針的指向，我們只能通過類似于ptr=ptr+i這樣的語句來實現。       

實際中，我們往往不愿意經常改變指針的指向，因為指針的移動雖然是自由的，但移動后往往會“移不回來”，因為我們可能無法清楚地確定指針的偏移量。后面我們將看到，對于用指針來表示的數組，其元素的引用和賦值是完全可以不用改變指向這個數組的首地址的指針指向的，而一旦要改變這個指針的指向，問題就會變得復雜一些。

  指針類型和系統自動分配的指針    

  指針可以指向幾乎所有我們感興趣的程序設計要素：函數、數組、結構體、鏈表節點等等。其中不同函數間往往并不存在嚴格的線性關系。鏈表節點可以根據算法需要在邏輯上（或物理上）不按線性連續存儲。但數組、結構體的共同特征就是它們在物理上都是線性連續存儲的。只要指針指向了它們的首地址，就可以通過簡單的偏移來訪問各個它們的元素。指針的偏移性在這兩種數據結構中發揮著至關重要的作用。這時，我們再回想基類型的定義目的，就會有更深層次的認識了。對于一個數組或結構體，它的基類型長度應當是其元素的長度（這里的長度即指在內存空間中占用的字節數），而不再限于定義為某種簡單數據類型的長度。          

  在我們定義數組和函數時，系統都會為其自動分配一個指向其首地址的指針。其中，指針在數組中的應用是最頻繁的，也是最基礎的。對于一個數組，其名稱就是一個指針變量，亦即假如我們定義“int a[10];”的同時就定義了“int *a=a;”（這只是為了說明問題，這樣的語句顯然是不合法的）。

       數組應用中典型的二級指針     

  設定一個指向指針的指針，即設定一個二級指針。一般認為，指針不宜超過二級，否則會大大增加邏輯錯誤出現的可能性。

鏈表原理：

舉個例子，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“結點”里，再用“鏈子穿起來”，形成一條鏈，相鄰兩結點間用一個指針將兩者連到一起。

為了表示這種既有數據又有指針的情況，引入結構這種數據類型。

依上圖有7個結點。

用指針處理鏈表

鏈表是程序設計中一種重要的動態數據結構，它是動態地進行存儲分配的一種結構。

動態性體現為：

鏈表中的元素個數可以根據需要增加和減少，不像數組，在聲明之后就固定不變；

元素的位置可以變化，即可以從某個位置刪除，然后在插入到一個新的地方；

結點里的指針是存放下一個結點的地址

1. 鏈表中的元素稱為“結點”，每個結點包括兩個域：數據域和指針域；

2. 單向鏈表通常由一個頭指針（head），用于指向鏈表頭；

3. 單向鏈表有一個結尾點，該結點的指針部分指向一個空結點（NULL）。

學生信息管理系統代碼：

/*
*學生信息管理程序，
*管理學生的個人信息及各科成績；
*/
#include<stdio.h>  
#include<conio.h>  
#include<string.h>  
#include<stdlib.h>  
    
  
typedef struct NodeNode;  
  
//定義成績信息節點
//分別為語文、數學、英語和總成績；
 
struct Score  
{  
    int chinese,math,english,sum;  
};  
 
//定義學生信息節點
//分別為姓名、班級、學號、成績和指向下一個節點的指針
//定義了4個全局變量，頭節點，和臨時節點變量；
 
struct Node  
{  
    char name[20],classs[20],number[20];  
    struct Score score;  
    struct Node* next;  
}*head,*u,*p,*q;  
  
  //定義多個學生的學生個數及各科平均成績優秀率及格率；
intn,C,M,E,Cj,Cy,Mj,My,Ej,Ey;  
char num[20];  
  
//進入菜單函數
void Welcome()  
{  
    printf("\t\t      # # # # # # # # # # # # # # # ##\n");  
    printf("\t\t      #  歡迎您使用學生成績管理系統 #\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.添加學生成績      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        4.修改學生成績      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        5.刪除學生成績      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        6.查詢個人成績      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        7.查詢本班成績      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        8.查詢全校成績      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      #        9.退出管理系統      #\n");  
    printf("\t\t      #                              #\n");  
    printf("\t\t      # # # # # # # # # # # # # # # ##\n\n");  
    printf("\t\t       請輸入指令:(1-9)");  
}  
//構造節點函數
Node* new_node(Node*uu)  
{  
    uu = (Node*)malloc(sizeof(Node));  
    uu->next = NULL;  
    return uu; 
}  
//添加學生信息
void Add()  
{  
//新建一個節點；
    u = new_node(u);  
    printf("\n請輸入您要加入的學生的信息:\n");  
    printf("\n姓名: ");  
    scanf("%s",u->name);  
    printf("\n班級: ");  
    scanf("%s",u->classs);  
    printf("\n學號: ");  
    scanf("%s",u->number);  
    printf("\n語文、數學、英語成績: "); 
   scanf("%d%d%d",&u->score.chinese,&u->score.math,&u->score.english);  
//計算總成績；
    u->score.sum = u->score.chinese +u->score.math + u->score.english;  
//采用頭插法將新節點的尾指針指向第二個節點(掰開）
    u->next = head->next;  
//將新節點放在頭節點后面；
    head->next = u;  
   printf("\n--->添加成功!\n");  
}  
//根據學號修改信息
//和查找函數一樣，依次從第二個節點開始遍歷，如果找到這更新
void Mod()  
{  
    n = 0; 
    printf("\n請輸入您要修改的學號: "); 
    scanf("%s",num);  
    for(u = head; u != NULL;u =u->next)  
    {  
        if(strcmp(u->number,num) == 0)  
        { 
            n = 1;  
            printf("\n請輸入新的語文、數學、英語成績: ");  
           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--->沒有這個學生的信息!\n"); 
}  
//根據學號刪除學生信息，
//從頭節點開始遍歷，如果找到這刪除此節點；
void Del()  
{  
    n = 0; 
    printf("\n請輸入您要刪除的學生的學號: ");  
    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--->沒有這個學生的信息!\n"); 
}  
void Sort()  
{  
    int i,j; 
//記錄學生總數；
    n = 0; 
    for(u = head->next; u != NULL;u =u->next)  
        n++; 
//采用冒泡法對各個節點按班級升序和總成績降序排列
    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;  
        } 
    }  
}  
//按學號查找某一學生成績；
void Que_One()  
{  
//標志變量，記錄是否查找成功；
    n = 0; 
    printf("\n請輸入您要查詢的學生的學號: ");  
    scanf("%s",num);  
//從第二個節點開始遍歷，直到最后一個節點為止；
    for(u = head->next; u != NULL;u =u->next)  
    {  
//如果當前節點學號與要查找學號一致這輸出此學生信息；
        if(strcmp(u->number,num) == 0)  
        { 
            n = 1;  
            printf("\n");  
            puts("班級       姓名          語文  數學  英語總成績");  
           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--->沒有這個學生的信息!\n"); 
}  
void Analyze_Sco(Node*uu)  
{  
//對查找到的節點進行求各科平均成績
//求優秀率及格率；
    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++; 
}  
//打印各科平均成績及格率優秀率
 
 
void Print_Sco()  
{  
    printf("語文平均成績: %-6.2f, 及格率: %%%-6.2f , 優秀率:%%%-6.2f.\n\n",(float)C/n,(float)100*Cj/n,(float)100*Cy/n);  
    printf("數學平均成績: %-6.2f, 及格率: %%%-6.2f , 優秀率:%%%-6.2f.\n\n",(float)M/n,(float)100*Mj/n,(float)100*My/n);  
    printf("英語平均成績: %-6.2f, 及格率: %%%-6.2f , 優秀率:%%%-6.2f.\n\n",(float)E/n,(float)100*Ej/n,(float)100*Ey/n);  
}  
//查找某一班級所以學生的信息；
void Que_Cla()  
{  
//對鏈表節點排序；
    Sort(); 
    n = C = M = E = Cj = Cy = Mj = My = Ej = Ey= 0;  
    printf("\n請輸入您要查詢的班級: "); 
    scanf("%s",num);  
    printf("\n");  
    for(u = head->next; u != NULL;u =u->next)  
    {  
//不是該班的學生則跳過；
        if(strcmp(u->classs,num))  
            continue;  
//如果是第一個學生則打印頭信息
        if(!n) 
            puts("學號       姓名          語文  數學  英語總成績");  
        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("沒有這個班級的學生信息!\n");  
        return ;  
    }  
//打印該班級學生的各個成績的特征值；
    printf("\n該班共有學生 %d 人.\n\n",n);  
    Print_Sco();  
  
}  
//打印全校所以學生的信息
//具體情況同打印班級學生信息；
void Que_All()  
{  
    Sort(); 
    n = C = M = E = Cj = Cy = Mj = My = Ej = Ey= 0;  
    printf("\n");  
    if(head->next == NULL)  
    {  
        printf("--->沒有學生信息!\n"); 
        return ;  
    }  
    puts("班級        學號        姓名          語文  數學  英語總成績");  
    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全校共有學生 %d 人.\n\n",n);  
    Print_Sco();  
}  
//保存文件；
void Save()  
{  
    char c; 
    printf("\n確認保存？(Y/N): "); 
    scanf("%*c%c",&c);  
    if(c == 'N')  
        return ;  
    FILE *fp; 
   if((fp=fopen("C:\\data.txt","w"))==NULL)  
    {  
        printf("\n--->無法打開文件\n"); 
        return ;  
    }  
//寫入數據表頭信息；
    fputs("班級       學號       姓名          語文  數學  英語總成績",fp);  
    if(head->next != NULL)  
        fputs("\n",fp);  
//從頭節點開始依次寫入文件；
    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--->成績成功存入C:\\\\data.txt中\n");  
}  
//讀取文件；
void Open()  
{  
    printf("\n請把數據放到目錄C:\\\\data.txt中,按任意鍵確認.\n"); 
    getch(); 
    FILE *fp; 
//從c盤根目錄下讀取文件；
   if((fp=fopen("C:\\data.txt","r"))==NULL)  
    {  
        printf("\n--->沒有找到文件!\n"); 
        return ;  
    }  
    char tmp[100];  
//讀取65個菜單頭字符存入tem字符數組中；
    fgets(tmp,66,fp);  
 
//讀到文件結尾處跳出循環；
    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 ;  
//打印結束語；
    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()  
{  
//存儲指令的變量
    int orz; 
//設置系統文本顏色
   system("color 0B");  
//新建一個學生信息頭節點；
    head = new_node(head);  
    while(1) 
    {  
//顯示菜單、
        Welcome();  
//接收用戶命令、
        scanf("%d",&orz);  
//調用系統函數清屏；
        system("cls");  
        switch(orz)  
        { 
//根據指令進入相應菜單選項
            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--->無效的指令!\n");  
        } 
        printf("\n"); 
//執行系統函數
        system("pause");  
        system("cls");  
    }  
    return 0; 
}