本篇博客会讲解如何使用C语言实现一个通讯录。实现通讯录的过程中,会大量用到C语言的知识点,包括但不限于:函数、自定义类型、指针、动态内存管理、文件操作,这些知识点在我的其他博客中都有讲解过,欢迎大家阅读,这里就不进行系统的复习了。
先来梳理下需求:
1.通讯录能够存储的联系人的信息有:姓名、年龄、性别、电话、住址。
2.这个通讯录不能是“静态的”,而应该是“动态的”,也就是说,需要用到动态内存管理的知识。这是因为,静态的通讯录的容量是固定的,空间太大可能浪费,太小了又不够存。
3.由于当程序开始运行后,通讯录的数据是存储在内存中的,一旦程序运行结束,执行完main函数的return 0;后,空间就被操作系统回收了,相当于数据就丢了。为了能够实现“永久保存”的效果,我们要在程序退出前,把数据保存到文件中,这又涉及到文件操作的相关知识点。
4.类似顺序表这种数据结构的基本操作,通讯录要能做到:增删查改+排序+打印,即增加联系人、删除联系人、查找联系人、修改联系人、排序联系人、打印联系人等等。
下面我们开始吧!
准备工作
以下是菜单里的一些选项,声明成枚举类型是比较合适的。
// 菜单里的不同选项 enum Option { EXIT, // 退出 ADD, // 增加联系人 DEL, // 删除联系人 SEARCH, // 查找联系人 MODIFY, // 修改联系人 SHOW, // 显示联系人 SORT // 排序 };
由于联系人的姓名、性别、电话和住址都是字符串,要存储在字符数组中,最好先声明它们的容量。
// 各信息的存储容量 #define MAX_NAME 20 // 名字 #define MAX_SEX 5 // 性别 #define MAX_TELE 12 // 电话 #define MAX_ADDR 30 // 住址
我们后面在进行动态内存管理时,需要知道初始的容量和每次扩容的容量,也声明一下:
// 动态内存默认存储的数据 #define DEFAULT_SZ 3 // 若不够存,每次扩容的数量 #define INC_SZ 2
再声明一个结构体,表示一个人的信息,包括姓名、年龄、性别、电话、住址。
// 表示一个人的信息 typedef struct PeoInfo { char name[MAX_NAME]; // 姓名 int age; // 年龄 char sex[MAX_SEX]; // 性别 char tele[MAX_TELE]; // 电话 char addr[MAX_ADDR]; // 住址 }PeoInfo;
类似数据结构中的“顺序表”的结构,定义一个结构体,用于存储通讯录中的信息,包括一个动态开辟的数组,数组中有效数据的个数,以及数组当前动态开辟的容量。
// 通讯录 typedef struct Contact { PeoInfo* data; // data指向了存放数据的空间 int sz; // 记录通讯录中的有效信息个数 int capacity; // 通讯录当前的容量 }Contact;
下面我们开始实现程序的主体逻辑。先从主函数写起,把主要的功能都封装成函数:
// 打印菜单 void menu() { printf("************************************\n"); printf("***** 1. add 2. del ***\n"); printf("***** 3. search 4. modify ***\n"); printf("***** 5. show 6. sort ***\n"); printf("***** 0. exit ***\n"); printf("************************************\n"); } int main() { int input = 0; // 存储用户输入的数据 Contact con; // 通讯录 // 初始化通讯录 // 加载文件的信息到通讯录中 InitContact(&con); do { menu(); // 菜单 printf("请选择:>"); scanf("%d", &input); switch (input) { case ADD: // 添加联系人 AddContact(&con); break; case DEL: // 删除联系人 DelContact(&con); break; case SEARCH: // 查找指定联系人 SearchContact(&con); break; case MODIFY: // 修改指定联系人的信息 ModifyContact(&con); break; case SHOW: // 展示联系人信息 ShowContact(&con); break; case SORT: // 排序 SortContact(&con); break; case EXIT: // 退出通讯录 // 保存通讯录到文件中 SaveContact(&con); // 销毁通讯录 DestroyConact(&con); printf("退出通讯录\n"); break; default: printf("选择错误\n"); break; } } while (input); return 0; }
初始化通讯录
先定义一个函数InitContact,它的作用是初始化通讯录。函数的参数是一个指向Contact结构体的指针。函数的具体实现如下:
- 函数的第一行使用assert宏检查指针是否有效,如果无效则程序会中止运行。
- 接下来,函数使用malloc函数开辟了一块内存空间,用于存储PeoInfo结构体数组。这个数组的大小是DEFAULT_SZ,即默认容量。如果开辟空间失败,则会输出错误信息并返回。
- 如果开辟空间成功,则将通讯录的大小sz和容量capacity都设置为DEFAULT_SZ,并调用LoadContact函数将文件中的信息加载到通讯录中。
void InitContact(Contact* pc) { // 检查指针有效性 assert(pc); // 先开辟默认的容量 pc->data = (PeoInfo*)malloc(DEFAULT_SZ * sizeof(PeoInfo)); // 检查开辟空间是否成功 if (pc->data == NULL) { // 开辟空间失败 printf("通讯录初始化失败:%s\n", strerror(errno)); return; } // 开辟空间成功 pc->sz = 0; pc->capacity = DEFAULT_SZ; //加载文件的信息到通讯录 LoadContact(pc); }
从文件中加载信息
再定义一个函数LoadContact,用于从文件中读取联系人信息并存储到内存中。函数的参数是一个指向Contact结构体的指针,表示要将读取到的联系人信息存储到哪个数据结构中。函数的具体实现如下:
- 首先使用assert函数检查传入的指针是否有效,如果无效则直接返回。
- 然后使用fopen函数打开名为"contact.dat"的二进制文件,如果打开失败则说明可能是第一次运行通讯录,没有数据文件,直接返回。
- 接着使用一个while循环,每次读取一个PeoInfo结构体大小的数据,即一个联系人的信息,存储到临时变量tmp中。
- 调用CheckCapacity函数检查当前动态数组的容量是否足够存储读取到的联系人信息,如果不够则进行扩容。
- 将读取到的联系人信息存储到动态数组中,即将tmp变量中的数据存储到data数组的末尾,并将sz变量加一。
- 循环结束后,关闭文件并将文件指针置为 NULL。
void LoadContact(Contact* pc) { // 检查指针有效性 assert(pc); // 打开文件 FILE* pf = fopen("contact.dat", "rb"); // 检查打开文件是否成功 if (pf == NULL) { // 打开文件失败,可能是第一次运行通讯录,并没有数据文件 //perror("LoadContact::fopen"); return; } // 读文件 PeoInfo tmp = { 0 }; // 存储读取到的数据 // 每次读一个数据 while (fread(&tmp, sizeof(PeoInfo), 1, pf)) { // 检查容量,不够的话要扩容 CheckCapacity(pc); // 存储从文件读取到的数据 pc->data[pc->sz] = tmp; pc->sz++; } // 关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; }
检查容量
再定义一个函数CheckCapacity,用于检查并扩容动态数组。函数的参数是一个指向Contact结构体的指针。函数的具体实现如下:
- 函数首先使用assert宏检查传入的指针是否有效。然后,它检查当前数组是否需要扩容。如果数组的大小已经等于容量,就需要扩容。
- 在需要扩容的情况下,函数使用realloc函数重新分配内存。realloc函数会尝试将原来分配的内存块扩大到指定的大小。如果扩容成功,realloc函数会返回一个指向新内存块的指针,否则返回NULL。
- 如果realloc函数返回NULL,说明扩容失败,函数会输出错误信息并返回0。如果realloc函数返回非空指针,说明扩容成功,函数会更新数组的起始位置和容量,并输出扩容成功的信息。最后,函数返回1,表示扩容成功或者不需要扩容。
// 扩容失败,返回0 // 扩容成功,不需要扩容,返回1 static int CheckCapacity(Contact* pc) { // 检查指针有效性 assert(pc); // 检查是否需要扩容 if (pc->sz == pc->capacity) { // 需要扩容 PeoInfo* ptr = (PeoInfo*)realloc(pc->data, (pc->capacity + INC_SZ) * sizeof(PeoInfo)); // 检查是否扩容成功 if (ptr == NULL) { // 扩容失败 printf("CheckCapacity:%s\n", strerror(errno)); return 0; } else { // 扩容成功 // 更新数组的起始位置 pc->data = ptr; // 更新容量 pc->capacity += INC_SZ; printf("增容成功,当前容量:%d\n", pc->capacity); } } return 1; }
销毁通讯录
再定义一个函数DestroyContact,用来销毁通讯录。函数的参数是一个指向Contact结构体的指针。函数的具体实现如下:
- 先使用assert宏检查指针的有效性。
- 释放动态数组占用的内存空间。
- 把结构体的变量置空。
void DestroyConact(Contact* pc) { // 检查指针有效性 assert(pc); // 释放内存空间 free(pc->data); pc->data = NULL; pc->capacity = 0; pc->sz = 0; printf("释放内存.....\n"); }
添加联系人
接着定义一个函数AddContact,参数仍然是一个指向Contact结构体的指针,实现向通讯录中添加联系人的功能。具体实现如下:
- 首先检查传入的指针是否有效,如果无效则使用assert宏触发断言,程序终止。
- 调用CheckCapacity函数检查通讯录是否需要扩容,如果需要则进行扩容操作。如果扩容失败,则输出提示信息并返回。
- 如果扩容成功,则提示用户输入联系人信息,包括名字、年龄、性别、电话和地址。这些信息将被存储在通讯录的data数组中,下标为 sz。
- 最后更新有效数据个数sz,并输出添加成功的提示信息。
void AddContact(Contact* pc) { // 检查指针有效性 assert(pc); // 扩容,同时检查是否成功 if (0 == CheckCapacity(pc)) { // 扩容失败 printf("空间不够,扩容失败\n"); return; } else { // 输入联系人信息 printf("请输入名字:>"); scanf("%s", pc->data[pc->sz].name); printf("请输入年龄:>"); scanf("%d", &(pc->data[pc->sz].age)); printf("请输入性别:>"); scanf("%s", pc->data[pc->sz].sex); printf("请输入电话:>"); scanf("%s", pc->data[pc->sz].tele); printf("请输入地址:>"); scanf("%s", pc->data[pc->sz].addr); // 更新有效数据个数 pc->sz++; printf("添加成功\n"); } }
打印数据
接下来定义一个函数 ShowContact,用于打印联系人信息。函数接受一个指向Contact结构体的指针pc。具体实现如下:
- 函数首先使用assert宏检查指针pc是否有效,如果无效则程序会崩溃并输出错误信息。
- 接下来,函数使用printf函数打印联系人信息。首先打印表头,包括姓名、年龄、性别、电话和地址。然后使用循环遍历pc中的每个联系人,打印其姓名、年龄、性别、电话和地址。
- 在打印时使用格式化字符串,其中 %s 表示字符串,%-10s 表示左对齐并占用 10 个字符的字符串,%-4d 表示左对齐并占用 4 个字符的整数,%-5s 表示左对齐并占用 5 个字符的字符串,%-12s 表示左对齐并占用 12 个字符的字符串,%-30s 表示左对齐并占用 30 个字符的字符串。
void ShowContact(const Contact* pc) { // 检查指针有效性 assert(pc); // 打印效果 // 姓名 年龄 性别 电话 地址 // zhangsan 20 男 123456 北京 // // 打印标题 printf("%-10s %-4s %-5s %-12s %-30s\n", "姓名", "年龄", "性别", "电话", "地址"); // 打印数据 for (int i = 0; i < pc->sz; ++i) { printf("%-10s %-4d %-5s %-12s %-30s\n", pc->data[i].name, pc->data[i].age, pc->data[i].sex, pc->data[i].tele, pc->data[i].addr); } }
删除联系人
接下来实现通讯录的删除联系人功能。具体实现如下:
FindByName函数:根据指定名字,在通讯录中查找联系人信息。函数参数为指向Contact结构体的指针和要查找的名字。函数返回值为查找到的联系人在通讯录中的下标,如果没找到则返回-1。
DelContact函数:删除通讯录中指定联系人。函数参数为指向Contact结构体的指针。函数实现如下:
- 检查指针有效性,如果为空则直接返回。
- 检查通讯录中是否还有数据,如果没有则输出提示信息并返回。
- 获取用户输入的要删除的联系人名字。
- 调用FindByName函数查找要删除的联系人在通讯录中的下标。
- 如果没找到,则输出提示信息并返回。
- 如果找到了,则使用memmove函数将该联系人后面的所有联系人向前移动一个位置,覆盖掉要删除的联系人。
- 更新通讯录中的有效数据个数。
- 输出删除成功的提示信息。
// 根据指定名字,查找联系人信息 static int FindByName(const Contact* pc, char name[]) { // 检查指针有效性 assert(pc); assert(name); // 遍历数组 for (int i = 0; i < pc->sz; ++i) { // 检查名字是否匹配 if (0 == strcmp(pc->data[i].name, name)) { // 找到了 return i; } } // 没找到 return -1; } void DelContact(Contact* pc) { // 检查指针有效性 assert(pc); // 检查是否还有数据 if (pc->sz == 0) { // 通讯录已空 printf("通讯录为空,无法删除\n"); return; } char name[MAX_NAME] = { 0 }; // 存储用户输入的数据 // 用户输入信息 printf("输入要删除人的名字:>"); scanf("%s", name); // 找到要删除的人的下标 int pos = FindByName(pc, name); // 检查是否找到 if (pos == -1) { // 没找到 printf("要删除的人不存在\n"); return; } // 删除pos位置上的数据 // 挪动pos后面的数据,覆盖pos memmove(pc->data + pos, pc->data + pos + 1, sizeof(PeoInfo) * (pc->sz - pos - 1)); // 更新有效数据个数 pc->sz--; printf("删除成功\n"); }
查找联系人
接着实现在通讯录中根据姓名查找联系人的功能。具体实现如下:
- 函数名为SearchContact,接受一个指向Contact结构体的指针pc作为参数。
- 第一行代码使用assert宏检查指针pc是否有效,如果pc为 NULL,则程序会崩溃并输出错误信息。
- 定义一个char类型的数组name,长度为MAX_NAME,用于存储用户输入的要查找的人的名字。
- 使用printf函数输出提示信息,让用户输入要查找的人的名字。
- 使用scanf函数读取用户输入的名字,存储到name数组中。
- 调用FindByName函数,在通讯录中查找名字为name的联系人,返回值为该联系人在通讯录中的位置,如果没找到则返回-1。
- 判断FindByName函数的返回值,如果为-1,则说明没有找到要查找的联系人,使用printf函数输出提示信息,并直接返回。
- 如果FindByName函数的返回值不为-1,则说明找到了要查找的联系人,使用printf函数输出通讯录的标题行,包括姓名、年龄、性别、电话、地址等信息。
- 使用printf函数输出找到的联系人的具体信息,包括姓名、年龄、性别、电话、地址等信息,这些信息都存储在Contact结构体中的data数组中,通过pc指针访问。pos变量表示要查找的联系人在data数组中的位置。注意,这里使用了%-10s、%-4d等格式控制符,表示输出字符串时左对齐,并且占用固定的宽度,方便对齐。
void SearchContact(const Contact* pc) { // 检查指针有效性 assert(pc); char name[MAX_NAME] = { 0 }; // 存储用户输入的信息 // 用户输入数据 printf("请输入要查找人的名字:>"); scanf("%s", name); // 查找 int pos = FindByName(pc, name); // 检查是否找到 if (pos == -1) { // 没找到 printf("要查找的人不存在\n"); return; } // 打印标题行 printf("%-10s %-4s %-5s %-12s %-30s\n", "姓名", "年龄", "性别", "电话", "地址"); // 打印数据 printf("%-10s %-4d %-5s %-12s %-30s\n", pc->data[pos].name, pc->data[pos].age, pc->data[pos].sex, pc->data[pos].tele, pc->data[pos].addr); }
修改联系人
再下来实现一个函数,函数的参数仍然是一个指向通讯录结构体类型Contact的指针,用于修改通讯录中的联系人信息。具体实现如下:
- 使用assert宏函数检查指针有效性,如果指针为空,则程序会终止。
- 定义一个char类型数组name,用于存储用户输入的联系人名字。
- 使用printf函数提示用户输入要修改的联系人名字,并使用scanf函数读取用户输入的名字。
- 调用FindByName函数查找通讯录中是否存在该联系人,如果不存在则输出提示信息并返回。
- 如果存在该联系人,则使用scanf函数分别读取用户输入的联系人信息,包括名字、年龄、性别、电话和地址,并将这些信息存储到通讯录结构体中对应的位置。
- 最后使用printf函数输出修改成功的提示信息。
void ModifyContact(Contact* pc) { // 检查指针有效性 assert(pc); char name[MAX_NAME] = { 0 }; // 存储用户输入的信息 // 用户输入数据 printf("请输入要修改人的名字:>"); scanf("%s", name); // 查找 int pos = FindByName(pc, name); // 检查是否找到 if (pos == -1) { // 没找到 printf("要修改的人不存在\n"); return; } // 修改 // 用户输入信息 printf("请输入名字:>"); scanf("%s", pc->data[pos].name); printf("请输入年龄:>"); scanf("%d", &(pc->data[pos].age)); printf("请输入性别:>"); scanf("%s", pc->data[pos].sex); printf("请输入电话:>"); scanf("%s", pc->data[pos].tele); printf("请输入地址:>"); scanf("%s", pc->data[pos].addr); printf("修改成功\n"); }
排序通讯录
接下来实现排序功能。具体实现如下:
- 定义一个比较函数CmpByName,用于按照名字来排序联系人信息。该函数的参数为两个指向联系人信息结构体的指针p1和p2,返回值为两个名字字符串的比较结果。
- 在CmpByName函数中,首先使用assert宏检查指针p1和p2的有效性,确保程序不会因为无效指针而崩溃。然后使用strcmp函数比较两个联系人信息结构体中的名字字符串大小,返回比较结果。
- 定义一个排序函数SortContact,用于对联系人信息进行排序。该函数的参数为一个指向联系人管理系统结构体的指针pc。
- 在SortContact函数中,首先使用assert宏检查指针pc的有效性,确保程序不会因为无效指针而崩溃。然后调用qsort函数对联系人信息进行排序,其中pc->data表示联系人信息数组的首地址,pc->sz表示联系人信息数组的大小,sizeof(PeoInfo)表示每个联系人信息结构体的大小,CmpByName表示排序函数。
- 最后输出排序成功的提示信息。
// 按照名字来排序 int CmpByName(const void* p1, const void* p2) { // 检查指针有效性 assert(p1 && p2); // 比较名字字符串大小 return strcmp(((PeoInfo*)p1)->name, ((PeoInfo*)p2)->name); } void SortContact(Contact* pc) { // 检查指针有效性 assert(pc); // 根据名字来排序 qsort(pc->data, pc->sz, sizeof(PeoInfo), CmpByName); printf("排序成功\n"); }
保存通讯录
最后实现将联系人信息保存到文件中的功能。具体实现如下:
- 函数定义:函数名为SaveContact,参数为一个指向Contact结构体的指针pc。
- 检查指针有效性:使用assert宏函数检查指针pc是否为NULL,如果是NULL则程序会直接终止。
- 打开文件:使用fopen函数打开名为"contact.dat"的文件,以二进制写入模式(“wb”)打开。返回值为一个指向FILE结构体的指针pf。
- 检查是否打开成功:使用if语句判断指针pf是否为NULL,如果是NULL则说明打开文件失败,使用perror函数输出错误信息并返回。
- 写数据:使用for循环遍历pc指向的Contact结构体中的所有联系人信息,使用fwrite函数将每个联系人信息写入文件中。其中,第一个参数为指向联系人信息的指针,第二个参数为每个联系人信息的大小,第三个参数为写入的数量,第四个参数为指向文件的指针pf。
- 关闭文件:使用fclose函数关闭文件,释放文件指针pf所占用的资源。将pf赋值为NULL,防止出现野指针。
- 输出保存成功信息:使用printf函数输出保存成功的信息。
void SaveContact(Contact* pc) { // 检查指针有效性 assert(pc); // 打开文件 FILE* pf = fopen("contact.dat", "wb"); // 检查是否打开成功 if (pf == NULL) { // 打开文件失败 perror("SaveContact::fopen"); return; } // 写数据,一次写一个 for (int i = 0; i < pc->sz; ++i) { fwrite(pc->data + i, sizeof(struct PeoInfo), 1, pf); } //关闭文件 fclose(pf); pf = NULL; printf("保存成功...\n"); }
总结
- 动态内存管理一定要熟练掌握,包括使用malloc开辟空间,使用realloc扩容,使用free函数释放空间等。
- 常见的文件操作函数得会用,包括fopen,fclose以及文件的顺序读写和随机读写操作等。
- 顺序表的增删查改、排序打印等常规操作一定要掌握,通讯录的本质就是顺序表。
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