【C语言】嵌套结构体初始化 - 一个有趣的结论

 0. 前言

        A. 嵌套结构体（比如双链表）的初始化一般是什么流程？

        B. 嵌套结构体的内存是如何分布的？

        C. 结构体中的结构体指针是否需要再次分配内存？不分配会怎么样？

        关于嵌套结构体的初始化问题，我找了网上的一些资料，发现能够解决我上述疑问的文章，自己试验后总结一下，欢迎交流。

1. 试验代码：

        如下代码实现的功能是这样的：假设有一本空白的本子，你可以使用addPage函数按顺序从第一页开始写入内容，并且可以通过prePage和nextPage查看已经写入的内容。

#include 
#include 
 
typedef struct page_info{
    int index;
    const char *contents;
    struct page_info *pre;
    struct page_info *next;
}PAGE_INFO;
 
typedef struct {
    int page_num;               // 一本书一共有多少页可以写；
    int count;                  // 记录当前写了多少页；
    struct page_info *head;
    struct page_info *end;
    struct page_info *current;
} BOOK;
 
static BOOK *BOOKCreate(const char *homepage, int page_num)
{
    BOOK *sys = (BOOK *)malloc(sizeof(BOOK));
    sys->page_num = page_num;
    printf("head address is %x\n",sys->head);
    sys->head = (PAGE_INFO *)malloc(sizeof(PAGE_INFO));
    sys->end = (PAGE_INFO *)malloc(sizeof(PAGE_INFO));
    sys->current = (PAGE_INFO *)malloc(sizeof(PAGE_INFO));
    printf("head address is %x\n",sys->head);
    sys->count = 1;
    sys->head->index = 1;
    sys->head->pre = NULL;
    sys->head->next = NULL;
    sys->head->contents = homepage;
    sys->end = sys->head;
    sys->current = sys->head;
    return sys;
}
 
int addPage(BOOK *sys, const char *contents){
    PAGE_INFO *temp = (PAGE_INFO *)malloc(sizeof(PAGE_INFO));
    temp->contents = contents;
    temp->index = sys->current->index + 1;
 
    sys->end->next = temp;
    temp->pre = sys->end;
 
    sys->end = temp;
    sys->count ++;
    return sys->count;
}
 
const char *prePage(BOOK *sys)
{
    if (sys->current->pre != NULL){
        sys->current = sys->current->pre;
    }
    return sys->current->contents;
}
 
const char *nextPage(BOOK *sys){
    if (sys->current->next != NULL){
        sys->current = sys->current->next;
    }
    return sys->current->contents;
}
 
static void BOOKFree(BOOK *sys)
{
    free(sys);
}
 
int main() {
    printf("size of int is %d\n",sizeof(int));
    printf("size of PAGE_INFO is %d\n",sizeof(PAGE_INFO));
    printf("size of BOOK is %d\n",sizeof(BOOK));
 
    BOOK *sys = BOOKCreate("this is first page.",100);
    printf("%s\n",prePage(sys));
    printf("%d\n",addPage(sys,"this is second page"));
    printf("%s\n",nextPage(sys));
    printf("%s\n",prePage(sys));
    BOOKFree(sys);
    return 0;
}

上述代码执行结果：

 2. 试验一：

        上述代码不做改动的情况下，我们可以得到如下结论：

        1). BOOKCreate函数在调用malloc时，已经给head/end/current这些结构体指针分配了地址；

        2). 因为结构体内存分配时要遵循对齐原则(详情可参考这篇文章)，BOOK和PAGE_INFO结构体都占用了32个字节，符合预期；

3. 试验二：

        基于第二小节的第一个结论，我们对上述代码做如下调整，即，注释掉再次给head/end/current分配堆内存的操作，应该也能正常运行。我们可以看下运行效果：

做上述注释，然后再次运行：

 结果：

        1. 我们可以看到对sys结构体指针分配内存后，sys->head的内存也已经分配好了，做如上注释后，sys->head的地址没有发生变动；

        2. 程序异常退出，不符合预期；

4. 为什么？

        我们用IDE debug，单步运行，发现在第一次使用sys->head的时候，程序就已经报错了：

        这里我们可以看到sys->head/sys->end/sys->current的地址每次执行都是这个0xbaadf00d，有点奇怪。那这个地址又是什么？

 从网上找到了一些资料大家可以参考：地址。资料中提到：

LocalAlloc/GlobalAlloc，如果指定的是LMEM_FIXED（默认就指定了这个），并且没有指定LMEM_ZEROINIT，则分配的内存中初始化值为BAADF00D（可以理解成badfood，也就是不能直接吃的意思，呵呵）。调用LocalFree/GlobalFree则其值会变为FEEEFEEE）可以理解成Free）。

哈哈哈，badfood 

        到这里我们就很容易得到结论了，结构体使用malloc初始化时，结构体中的指针并没有被分配地址，我们需要通过使用malloc分配内存。(注，第3小节的时延不同的环境打印的结果不同，但是结论一致)。