手把手指导编写数据结构（1）——C语言基础
前言
由于本人本科不是计算机相关专业，本科唯一学习的一门编程语言便是C语言，还是大一下学习的，距今已经过去四年多了，中间基本没有怎么写过代码。因此现在阅读数据结构相关书籍时，很多代码实现看着有些生疏，所以在正式开始学习之前回顾一下数据结构中经常会用到的C语言基础。
如果您也和我一样转行而来，半道出家，对本文内容有疑惑或者异议，欢迎一起交流。本人才疏学浅，如果内容有误，还请提出指正。
条件编译
如果一个头文件被引用两次，编译器会处理两次头文件的内容，这将产生错误。为了防止这种情况，标准的做法是把文件的整个内容放在条件编译语句中，如下：
#ifndef LINKLIST_H
#define LINKLIST_H
typedef int ElementType;
typedef struct Node *LinkList;
#endif
这种结构就是通常所说的包装器 #ifndef。当再次引用头文件时，条件为假，因为 LINKLIST_H 已定义。此时，预处理器会跳过文件的整个内容，编译器会忽略它。
指针
C语言的精髓便是它的指针了，指针操作可以相当便捷地对各种已创建的数据结构进行操作；同时C语言的指针也是初学者比较难理解的部分，这里简单地对指针的知识点进行归纳总结。
指针的声明及本质
首先，指针本身代表着一块内存的地址。根据这块地址，我们可以对地址指向的内存中的内容进行操作。
这里我们对常见的指针相关声明进行归纳：
- 变量类型（int/char/float.etc）+“ * ”+变量：声明指向一个变量的指针，即声明一个指针变量。
- “ * ”+指针变量：存储在指向地址内存中的内容。
- “ & ”+变量：该变量所在的地址。
下面结合实例进行解释说明：
int *ip; //声明一个整型的指针
int var = 10; //声明一个整形变量
ip = &var; //在指针变量中存储var的地址
int var1 = *ip; //访问指针指向地址中存储的内容
如果将上面的变量在调试中进行查看，可以看到，ip本身是一个地址值，而ip指向的内容是10；变量var1的值也是10。
数组与指针
在声明数组的同时，该数组的变量名同时也代表着数组首元素的地址。因此，将数组地址赋给指针变量可以通过下面两种方式：
int a[10]; //声明一个数组
int *ip = a; //指针变量存储数组首地址
int *ip1 = &a[0]; //指针变量存储数组首地址
上面两种方式完全等价。另外，由于把首元素的地址存储在 ip 中，我们也可以使用 * ip、* (ip+1)、*(ip+2) 等来访问数组元素。
分配内存
malloc()
我们在创建一个的数据结构或者新的结点时，往往会为其分配一块足够大的内存，此时我们就需要使用到malloc库函数了。
首先，要使用该库函数，头文件必须包含
malloc(size_t size)函数描述：
- 所需参数：内存块的大小，以字节为单位。
- 函数功能：请求分配所需的内存空间。
- 返回值：一个指向该内存的指针（地址）。如果请求失败，则返回 NULL。
返回参数是一个地址，因此可以将该函数的输出赋值给一个指针变量，但是需要注意最好指派适当的类型（C++要求必须指派）。同时，该指针变量如果指向了一个数组的首地址，则其可以作为数组的名称使用。
sizeof关键字
一般malloc的输入参数不会直接填字节数，为了方便我们会使用sizeof关键字作为参数传入，实现根据不同类型或者结构体动态分配的功能。
sizeof 运算符可用于获取结构、共用体和其他用户自定义数据类型的大小。使用 sizeof 的语法为：
sizeof(data type)
其中，data type 是要计算大小的数据类型，包括结构、共用体和其他用户自定义数据类型。
free()
释放之前调用 calloc、malloc 或 realloc 所分配的内存空间。常用在删除数据结构、相关结点的时候。
free(*ptr)函数描述：
- 所需参数：需要释放内存的指针（地址）。
- 函数功能：释放指定地址的内存。
- 返回值：无返回值。
free是对应calloc、malloc 或 realloc 的，因此在一个完整的程序中它们应该是成对存在的，也就是说：在free内存空间之前，一定是要在该内存已经由calloc、malloc 或 realloc分配过了才行。
另外还需要注意，虽然我们将内存空间释放了，但是指针依然存在，指向原来的位置，只是里面无法读取而已，这时这个指针称为野指针，我们应该在free之后再将指针置空。
下面为分配内存及释放内存的示例。我们创建一个能放置15个字符的字符串指针变量，使用sizeof(char)程序自行计算一个字符需要的大小，接着再乘上15表示可以放置15个字符。然后使用free将其内容删除，最后为了避免野指针问题，将指针置空。
char *str = (char *)malloc(sizeof(char)*15);//分配15个字符空间
free(str); //释放内存
str = NULL; //指针置空
结构体、结构体指针
在一个数据结构单元中，往往包含了各种不同数据类型的信息，这时我们应该把它们看作一块整体，为此，需要定义一个结构体。
结构体的声明定义
结构体声明定义使用struct关键字，使用起来非常简单，这里直接举例说明，假设我们创建一个结点，结点包含信息有一个数值以及一个指针地址。
struct Node {
int Element;
int *Next；
};
声明成功后，我们便可以依次创建一个结构变量了：
struct Node List;
看到上面这行，编译器会创建一个名为List，使用Node结构设计的结构变量。此时的struct Node起着和int、char类似的声明变量作用。实际上这一行是下面完整版的简化：
struct Node {
int Element;
int *Next；
}List;
同时我们也可以看作将最初的两种操作合并了起来，直接写成上面这样更加简洁。
结构指针
与int、char类似，结构体一旦声明成功，也可以用来声明指针变量，此时该指针变量称为结构指针，可以代表结构体的地址。
结构指针相比于直接使用结构体有如下优势：
- 更加方便操作；
- 由于只需传递一个地址信息，所以执行更快；
- 在早期的C实现中结构不能作为参数传递给函数，但是指向结构的指针可以。
声明结构指针示例如下：
struct Node {
int Element;
int *Next；
}*L;
/*上下为两种等价的声明方式*/
struct Node *L
访问结构体成员
对于结构体，直接可以使用运算符“ . ”来访问成员。
对于结构指针：有两种操作方式，一种是结构指针+“->”+成员名；另一种是（“ * ”+指针变量）+“ . ”+成员名。
下面是示例：
//结构体访问成员
List.Element;
//结构指针访问成员
L->Element;
(*L).Element;
typedef关键字
在最后，介绍一个常用的关键字。在写数据结构时，我们经常为了描述方便，提高代码可读性，会为很多结构和数据类型定义一个更加好理解的名称。
typedef可以为某一类型创建自己想要的名字。和#define不一样，其给出的符号名称仅限于对类型，不能对值。
这里给出一个实例进行讲解说明：
typedef int QElemType;
typedef struct QNode
{
QElemType data;
struct QNode *next;
}QNode,*Queueptr;
typedef sturct
{
Queueptr front;
Queueptr rear;
}linkQueue;
这是链队列的结构体声明代码。首先第一行对int类型取了一个QElemType的名字，表示队列中元素值都是int型的数值。
接着来看第一个结构体：
- struct QNode 是一个结构类型，就和int，char之类差不多，是类型说明符；
- struct QNode *next 定义了一个struct QNode类型的指针，就像 char *p一样；
- typedef struct QNode QNode：struct QNode这个名字太长了，下面用起来不方便，所以要再给它一个名字，所以使用struct QNode 和QNode是一个意思了；
- 再看*Queueptr，这也是一种重命名，是为了方便下面引用struct QNode类型的指针；
再看第二个结构体定义，这里面定义了两个指针，分别指向队头和队尾。Queueptr front也可以写成struct QNode *front。
最后我们来思考一下，第二个结构体的struct关键字后是没有另外的名称的，然而第一个结构体的关键字后面多了一个QNode，那这里的QNode可以不要吗？
答案是不可以不要的，因为在这个结构里，用到了自身的类型：struct QNode *next; 如果没有事先声明，那么这里就会报错。
参考文献
《C Primer Plus（第五版）》