C程序設計語言精華筆記（四）：結構體、聯合體、可變參數與標準庫深度應用

結構體

• 定義：struct tag { members } vars;，tag 可省略，vars 可省略（僅聲明模板）。
• 初始化：struct point p = {10, 20}; 或指定成員 .x = 10（C99）。
• 訪問：變量用 .，指針用 ->（p->x ≡ (*p).x）。
• 傳遞：按值傳遞（拷貝整個結構），大結構建議傳指針。
• 嵌套：結構可包含結構/指針/數組。
• 結構數組：struct key { char *word; int count; } keytab[] = {{"auto",0},{"break",1}};

sizeof 應用

• sizeof object 或 sizeof(type) 返回字節數（size_t）。
• 結構體大小受對齊影響，可能大於成員大小之和。
• 可用於 #define，不可用於 #if（預處理器不識別）。

typedef 類型別名

typedef int Length;
typedef char *String;
typedef struct { char *word; int count; } Key;
typedef struct tnode *Treeptr;
typedef int (*PFI)(char *, char *);  // 函數指針類型

不創建新類型，僅為現有類型起別名，增強可讀性。

聯合體

• 成員共用內存，大小 = 最大成員大小，同一時刻僅一個成員有效。
• 讀取類型必須與最近寫入類型一致，否則 UB。
• 常用於類型懲罰、協議解析、節省內存。

可變參數 <stdarg.h>

#include 

int sum(int first, ...) {
    va_list ap;
    va_start(ap, first);  // first 為最後一個固定參數
    int s = 0, val = first;
    while (val != -1) {
        s += val;
        val = va_arg(ap, int);
    }
    va_end(ap);
    return s;
}
// sum(2,3,4,-1) → 9

步驟：聲明 va_list → va_start 初始化 → 循環 va_arg 取參 → va_end 清理。至少需一個固定參數。

字符串操作 <string.h>

字符測試與轉換 <ctype.h>

• 測試：isalpha, isupper, islower, isdigit, isalnum, isspace → 非 0 為真。
• 轉換：toupper, tolower → 返回轉換後字符。
• 參數為 int（可表示 unsigned char 或 EOF）。

數學函數 <math.h>

均接受/返回 double：sin, cos, tan, asin, acos, atan, atan2, exp, log, log10, pow, sqrt, fabs, ceil, floor, fmod。

隨機數 <stdlib.h>

• rand() → [0, RAND_MAX] 偽隨機整數。
• srand(seed) 設置種子。
• 浮點 [0,1)：#define frand() ((double)rand() / (RAND_MAX + 1.0))。

動態內存管理

正確釋放鏈表：

for (p = head; p != NULL; ) {
    q = p->next;
    free(p);
    p = q;
}

錯誤寫法 for(p=head; p; p=p->next) free(p); 會訪問已釋放內存。