数据结构课设任务书.doc

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课 程 设 计 报 告

课程名称 数据结构
课题名称1.通讯录管理 2.迷宫求解
专 业 计算机科学与技术
班 级 1381
学 号 201313030120
姓 名 杨承志
指导教师 刘铁武 刘杰君 　　

2015年 7月 5日
湖南工程学院
课 程 设 计 任 务 书
一．设计目标
强化学生编码、调试错误的能力；了解和掌握数据结构相关技术、并合理利用其解决实际应用问题；了解软件开发的流程和项目管理控制；掌握企业级IDE的使用 ；了解当前IT行业及职业人应具备的素质；完全模拟真实软件开发流程和管理；增强团队意识和团队合作精神。
二．设计内容：
问题1：拓扑排序
大学期间各专业都要制订相应的教学计划。每个专业开设的课程预先已确定。而各门课程间有的是相互独立的，而有的则有先修后修的限定。试设计相应的课程设置程序，实现对某专业各学期的课程的排布，其中每门课需设定课时，而各学期的总课时不能超过上限。
测试数据：学期课时上限数：350 ；各课程所需学时：48；课程先、后修关系如图：
1
9
4
2
12
10
11
3
6
5
7
8

问题2：huffman编码
对于确定的字符集的电文字符串编码，实现最高的通信效率。编程实现对于给定的输入串及各字符的已知频度，输出其编码方式（各字符的二进制编码）及对应的输出流。
测试数据：
字符
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
频度
186
64
13
22
32
103
21
15
47
57
1
2
32
字符
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
频度
20
57
63
15
1
48
51
80
23
8
18
1
16

问题3：成绩管理
编制一应用软件实现对班级成绩管理。基本功能有学生信息的增删（转入或退学）、查找（从当前点向前或向后双向的）、录入、统计（如总分，及格率等）。建议用双链表实现。
问题4：成绩排序
对某次考试成绩排序，输入为多门课程成绩，可以任一课程成绩为关键字进行检索。建议采用快速排序等算法效率高的算法。
问题5：迷宫求解
一个M*N的长方阵迷宫，0和1分别表示迷宫中的通路和墙壁。对任意设定的迷宫，东、南、西、北四个方向是可能的行走方向。求出一条从入口到出口的路径。（或没有通路）。
测试数据：
迷宫的测试数据如下：左上角（1,1）为入口，右下角（8,9）为出口。
0
0
1
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0
0
1
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0
问题6：一元多项式计算。
对于任意输入的多项式A=anxn+an-1xn-1+…a1x+a0和B=bmxm+bm-1xm-1+…b1x+b0，用链表存储后实现A+B；A-B。
测试数据：
a.；
b.；
c.；
d.；
e. ；
问题7: 通讯录管理
设计一个通讯录管理，包括通讯录链表的建立、通讯者的插入、通讯者的删除、通讯者的查询以及信息修改等。
要求有运行界面,从菜单中进入选项。
三．设计要求：
1．选题：每位学生需完成两个课题，其中一个必选，另一个自选，必选题次为，学号/7+1。
2．课程设计报告内容说明
1)需求分析 程序的功能；输入输出的要求。
2)概要设计 程序的模块构成以及模块之间的层次结构、各模块的调用关系；每个模块的功能；课题涉及的数据结构和数据库结构；即要存储什么数据，这些数据是什么样的结构，它们之间有什么关系等。
3)详细设计 采用C语言定义相关的数据类型；写出各模块的类C码算法；画出各函数的调用关系图、主要函数的流程图。
4)调试分析以及设计体会 测试数据：准备典型的测试数据和测试方案，包括正确的输入及输出结果和含有错误的输入及输出结果；程序调试中遇到的问题以及解决问题的方法；课程设计过程经验教训、心得体会。
5)使用说明 用户使用手册：说明如何使用你编写的程序，详细列出每一步的操作步骤。
6)书写格式 见附带说明。
7)附录 参考书目； 源程序清单（带注释）
3．成绩评定：
指导老师负责验收程序的运行结果，并结合学生的工作态度、实际动手能力、创新精神和设计报告等进行综合考评，并按优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级给出每位同学的课程设计成绩。具体考核标准包含以下几个部分：① 平时出勤 （占10%）② 系统需求分析、功能设计、数据结构设计及程序总体结构合理与否（占10%）③ 程序能否完整、准确地运行，个人能否独立、熟练地调试程序（占40%）④ 设计报告（占30%）注意：不得抄袭他人的报告（或给他人抄袭），一旦发现，成绩为零分。⑤ 独立完成情况（占10%）。
四．进度安排
第 17周

星期一
星期二
星期三
星期四
星期五
上午
9：00~12：00

下午
13：30~16：30
E512
E411
E414
E414

第 18周

星期一
星期二
星期三
星期四
星期五
上午
9：00~12：00

下午
13：30~16：30

E412
E413

附：
课程设计报告装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序清单）。
正文的格式:一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。
正文的内容:一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分（要求画出模块图）；三、主要功能的实现（至少要有一个主要模块的流程图）；四、程序调试；五、总结；六、附件（所有程序的原代码，要求对程序写出必要的注释）。
正文总字数要求在5000字以上（不含程序原代码）。

目录
一，通讯录管理系统
1. 需求分析
2. 概要设计
3. 详细设计
4. 调试分析
二，迷宫求解
1. 问题描述
2. 需求分析
3. 概要设计
4. 流程图
5. 详细设计
6. 调试分析
三，课程设计总结
四，附录

通讯录管理系统
1，需求分析
设计一个实用的小型通讯录，用双向链表做数据结构，编写一个通讯录管理系统实现通讯录信息的输入、添加、显示、以姓名做关键字进行查找、删除信息等功能。每条信息至少包含：姓名、街道、城市、邮编、国家等信息。
2，概要设计
载入文件load（）：
将磁盘中可能存在的文件载入到内存中。
信息输入enter（）：
系统将提示输入新纪录所需信息，信息包含：姓名、街道、城市、邮编、国家。
信息删除del（）：
首先提示用户输入要删除的纪录姓名，然后调用删除函数，删除该纪录的相关 资料，支持重名选择删除和循环删除。
查找search（）：
提示用户输入要查找的姓名，然后系统调用查找函数查找，接着系统使用相关 命令输出查到的全部信息。
显示全部display（）：
将内存中的纪录内容全部输出，包括未保存到磁盘的记录项。
保存save（）：
将操作结果实时保存到磁盘文件txl.txt中，完成后返回到主菜单界面。
退出系统exit（0）：
直接退出系统，不保存修改。
流程图:

3，详细设计
1. 各个操作的算法实现：
（1）链表初始化
void initlist()//链表初始化函数
{
l=(linklist)malloc(sizeof(pnode));//动态申请内存
l->next=l;
l->prior=l;}
（2）载入可能存在的通讯录文件
void load()//装载已有文件信息
{ //无文件，新建立文件
……;
……;//已有文件，导入文件
……;
……;}
（3）增加新结点
void listinsert()//增加新结点
{ //插入新结点，读入内存信息
……;
……;}
（4）添加新纪录（可循环）
void enter()//添加新纪录
{ //信息输入
……;
……; //是否继续添加？
……;
……;
}
（5） 按姓名查找（同时显示全部符合要求的结果，包括没有保存到磁盘的）
void search()
{ //输入姓名
……;
……;//输出查询结果
……;
……;//检索可能的重名纪录
……;
……;}
（6） 显示所有记录（包括没有保存到磁盘的）
void display()//显示所有纪录
{ //显示内存中的所有记录
……;
……;}
（7） 删除指定记录（可循环）
void del() //删除纪录
{ //输入要删除的姓名
……;
……;//查找符合条件的记录，对于每条记录询问是否删除；
//满足条件的输出结束，询问是否删除其他记录，循环
……;
……;}
（8） 保存到磁盘文件（实时写入文件）
void save()//
{ //写入文件操作
……;
……;}
3，调试分析
程序主界面

新增联系人

现实所有联系人

查找联系人

经过反复测试，最终提供了一个较为友好的界面和操作模式，而且容错能力较好，稳定性很强。下面做一些简单的说明：
（1）2级菜单只是作为一种尝试，并非必须！
（2） 在界面排版上，我学习了互联网上部分程序的界面编排，其中以格式控制方式显示提 高了界面显示的稳定性，较为理想。
（3） 在文件读取和保存方面，该程序做到了实时保存保存和读取，操作非常简便。
（4） 在查找方面，我将其设计为一次多记录的显示方式，也更合乎操作习惯，界面较为友 好，对于无符合条件的结果，只是结果集为空，界面保持不变。同时，它是实时读取 的，可以将刚刚输入而未保存的记录也读取到！另外，一次查询结束后返回的是查询 菜单，可以直接进行下一次的查询，也较为合理。
（5） 删除功能我做了较多的工作，整体界面和设计都较为合理。对于输入的姓名，查找出 结果后提示是否删除。若有重名，则会二次显示，提示是否删除，一直到所有记录查询 结束（可以在重名中选中需要的进行删除，并不需要删除每一个纪录）。结束之后可以 直接再次删除其他纪录，因为它提供循环删除操作功能。

迷宫求解
问题描述：
a.问题描述：以一个m * n的长方阵表示迷宫，0和1分别表示迷宫的通路和障碍。设计一个程序，对任意设定的迷宫，求出一条从入口到出口的通路，或得出没有通路的结论。
b.基本要求 ：
（1）实现一个以链表做存储的栈类型，然后编写一个求解迷宫的非递归程序。求的通路以三元组（i，j，d）的形式输出，其中：（i，j）指示迷宫中的一个坐标，d表示走到下一坐标的方向。如：对于下列数据的迷宫，输出一条通路：（1，1，1），（1，2，2），（2，2，2），（3，2，3），（3，1，2）……。
（2）编写递归形式的算法，求得迷宫中所有可能的道路；
（3）以方阵形式输出迷宫及其到道路（选做）
c.测试数据：迷宫的测试数据如下：左上角（1，1）为入口，右下角（8，9）为出口。
0
0
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0
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d.实现提示：计算机解迷宫通常用的是“穷举求解”方法，即从入口出发，顺着米一个方向进行探索，若能走通，则继续往前进；否则沿着原路退回，换一个方向继续探索，直至出口位置，求的一条通路。假如所有的可能的通路都探索到而未能到出口，则所设定的迷宫没有通路。可以二维数组存储迷宫数据，通常设定入口点的下标为（1，1），出口点的下标为（n，n）。为处理器方便起见，可在迷宫的四周加上一圈障碍 。对于迷宫中任一位置，均可约定有东、西、南、北四个方向可通。
需求分析：
本课程设计是解决迷宫求解的问题，从入口出发，顺某一方向向前探索，若能走通，则继续往前走；否则沿原路退回，换一个方向再继续探索，直至所有可能的通路都探索到为止。为了保证在任何位置上都能沿原路退回，显然需要用一个后进先出的结构来保存从入口到当前位置的路径。因此，在求迷宫通路的算法中要应用“栈”的思想假设“当前位置”指的是“在搜索过程中的某一时刻所在图中某个方块位置”，则求迷宫中一条路径的算法的基本思想是：若当前位置“可通”，则纳入“当前路径”，并继续朝“下一位置”探索，即切换“下一位置”为“当前位置”，如此重复直至到达出口；若当前位置“不可通”，则应顺着“来向”退回到“前一通道块”，然后朝着除“来向”之外的其他方向继续探索；若该通道块的四周4个方块均“不可通”，则应从“当前路径”上删除该通道块。所谓“下一位置”指的是当前位置四周4个方向（上、下、左、右）上相邻的方块。假设以栈记录“当前路径”，则栈顶中存放的是“当前路径上最后一个通道块”。由此，“纳入路径”的操作即为“当前位置入栈”；“从当前路径上删除前一通道块”的操作即为“出栈”。

概要设计
1.①构建一个二维数组maze[M+2][N+2]用于存储迷宫矩阵
②自动或手动生成迷宫，即为二维数组maze[M+2][N+2]赋值
③构建一个队列用于存储迷宫路径
④建立迷宫节点struct point,用于存储迷宫中每个节点的访问情况
⑤实现搜索算法
⑥屏幕上显示操作菜单
2.本程序包含10个函数：
(1)主函数 main()
(2)手动生成迷宫函数 shoudong_maze()
(3)自动生成迷宫函数 zidong_maze()
(4)将迷宫打印成图形 print_maze()
(5)打印迷宫路径 (若存在路径) result_maze()
(6)入队 enqueue()
(7)出队 dequeue()
(8)判断队列是否为空 is_empty()
(9)访问节点 visit()
(10)搜索迷宫路径 mgpath()
流程图：

详细设计
实现概要设计中定义的所有数据类型及操作的伪代码算法
1. 节点类型和指针类型
迷宫矩阵类型：int maze[M+2][N+2];为方便操作使其为全局变量
迷宫中节点类型及队列类型：struct point{int row,col,predecessor} que[512]
2. 迷宫的操作
(1)手动生成迷宫
void shoudong_maze(int m,int n)
{定义i,j为循环变量
for(i<=m)
for(j<=n)
输入maze[i][j]的值
}
(2)自动生成迷宫
void zidong_maze(int m,int n)
{定义i,j为循环变量
for(i<=m)
for(j<=n)
maze[i][j]=rand()%2 //由于rand()产生的随机数是从0到RAND_MAX,RAND_MAX是定义在stdlib.h中的,其值至少为32767),要产生从X到Y的数,只需要这样写：k=rand()%(Y-X+1)+X;
}
(3)打印迷宫图形
void print_maze(int m,int n)
{用i,j循环变量，将maze[i][j]输出 □、■}
(4)打印迷宫路径
void result_maze(int m,int n)
{用i,j循环变量，将maze[i][j]输出 □、■、☆}
(5)搜索迷宫路径
①迷宫中队列入队操作
void enqueue(struct point p)
{将p放入队尾，tail++}
②迷宫中队列出队操作
struct point dequeue(struct point p)
{head++,返回que[head-1]}
③判断队列是否为空
int is_empty()
{返回head==tail的值，当队列为空时，返回0}
④访问迷宫矩阵中节点
void visit(int row,int col,int maze[41][41])
{建立新的队列节点visit_point,将其值分别赋为row,col,head-1,maze[row][col]=2,表示该节点以被访问过;调用enqueue(visit_point),将该节点入队}
⑤路径求解
void mgpath(int maze[41][41],int m,int n)
{先定义入口节点为struct point p={0,0,-1},从maze[0][0]开始访问。如果入口处即为障碍，则此迷宫无解，返回0 ，程序结束。否则访问入口节点，将入口节点标记为访问过maze[p.row][p.col]=2,调用函数enqueue(p)将该节点入队。
判断队列是否为空，当队列不为空时，则运行以下操作：
{ 调用dequeue()函数，将队头元素返回给p，
如果p.row==m-1且p.col==n-1,即到达出口节点，即找到了路径，结束
如果p.col+1<n且maze[p.row][p.col+1]==0,说明未到迷宫右边界，且其右方有通路,则visit(p.row,p.col+1,maze),将右边节点入队标记已访问
如果p.row+1<m且maze[p.row+1][p.col]==0,说明未到迷宫下边界，且其下方有通路,则visit(p.row+1,p.col,maze),将下方节点入队标记已访问
如果p.col-1>0且maze[p.row][p.col-1]==0,说明未到迷宫左边界，且其左方有通路,则visit(p.row,p.col-1,maze),将左方节点入队标记已访问
如果p.row-1>0且maze[p.row-1][p.col]==0,说明未到迷宫上边界，且其上方有通路,则visit(p.row,p.col+1,maze),将上方节点入队标记已访问}访问到出口(找到路径)即p.row==m-1且p.col==n-1,则逆序将路径标记为3即maze[p.row][p.col]==3;
while(p.predecessor!=-1)
{p=queue[p.predecessor]; maze[p.row][p.col]==3;}

最后将路径图形打印出来。
3.菜单选择
while(cycle!=(-1))
手动生成迷宫 请按：1
自动生成迷宫 请按：2
退出 请按：3
scanf("%d",&i);
switch(i)
{ case 1：请输入行列数(如果超出预设范围则提示重新输入)
shoudong_maze(m,n);
print_maze(m,n);
mgpath(maze,m,n);
if(X!=0) result_maze(m,n);
case 2 ：请输入行列数(如果超出预设范围则提示重新输入)
zidong_maze(m,n);
print_maze(m,n);
mgpath(maze,m,n);
if(X!=0) result_maze(m,n);
case 3：cycle=(-1); break;
}
调试分析
程序主界面

手动输入迷宫

在调试过程中，首先使用的是栈进行存储，但是产生的路径是多条或不是最短路径，所以通过算法比较，改用此算法
调试过程出现了最多60个错误。后经多次调试检查，发现有些格式问题没有注意比如函数括号的放置等。
课程设计总结
通过这段时间的数据结构课程设计，本人对计算机的应用，数据结构的作用以及C语言的使用都有了更深的了解。尤其是C语言的进步让我深刻的感受到任何所学的知识都需要实践，没有实践就无法真正理解这些知识以及掌握它们，使其成为自己的财富。在理论学习和上机实践的各个环节中，通过自主学习和认真听老师讲课分析，我收获了不少。当然也遇到不少的问题，也正是因为这些问题引发的思考给我带了收获。从当初不喜欢上机写程序到现在能主动写程序，从当初拿着程序不只如何下手到现在知道如何分析问题，如何用专业知识解决实际问题的转变，我发现无论是专业知识还是动手能力，自己都有很大程度的提高。在这段时间里，我对for、while等的循环函数用法更加熟悉，逐渐形成了较好的编程习惯。在老师的指导帮助下，同学们课余时间的讨论中，这些问题都一一得到了解决。在程序的调试能力上，无形中得到了许多的提高。例如：头文件的使用，变量和数组的范围问题，定义变量时出现的问题等等。
在实际的上机操作过程中，不仅是让我们了解数据结构的理论知识，更重要的是培养解决实际问题的能力，所以相信通过此次实习可以提高我们分析设计能力和编程能力，为后续课程的学习及实践打下良好的基础。时间过得真快，大学生活不知不觉就走过了一学期，这一学期的大学学习和课程实践阶段的提高，使我们本身知识得到提高的同时，也增强了我们对未来工作的信心，我们相信自己未来两年半的学习更使我们有能力胜任将来的工作。

附录
通讯录源程序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <conio.h>
struct record
{
char name[20];
char street[20];
char city[20];
char eip[20]; //邮编
char state[20];
}people[500];//500个记录，可修改
struct pnode
{
record data;
struct pnode *next, *prior;//双循环链表
};
typedef pnode * linklist;

linklist l;
int len=0;//链表长度
FILE *fp; //文件指针

void mainmenu();//主菜单
void searchmenu();//查询菜单
void enter();//添加新纪录
void search();//按条件搜索记录
void display();//显示全部记录
void load();//载入文件内容
void save();//写入文件
void del();//删除记录
void listinsert();//插入结点函数
void initlist();//初始化链表函数

void main() //主函数
{
initlist();
load();
listinsert();
while (1)
mainmenu(); //进入主菜单，有非法输入仍停留在主菜单
}

void initlist()//链表初始化函数
{
l=(linklist)malloc(sizeof(pnode));//动态申请内存
l->next=l;
l->prior=l;
}

void load()//装载已有文件信息
{
if((fp=fopen("txl.txt","rb"))==NULL)
{
printf("\n\t\t通讯录文件不存在");
if ((fp=fopen("txl.txt","wb"))==NULL)
{
printf("\n\t\t建立失败");
exit(0);
}
else
{
printf("\n\t\t通讯录文件已建立");
printf("\n\t\t按任意键进入主菜单");
getch();
return;
}
exit(0);
}
//导入文件功能部分
fseek(fp,0,2);
if (ftell(fp)>0)
{
rewind(fp);
for(len=0;!feof(fp)&&fread(&people[len],sizeof(struct record),1,fp);len++);
printf("\n\t\t文件导入成功");
printf("\n\t\t按任意键返回主菜单");
getch();
return;
}
printf("\n\t\t文件导入成功");
printf("\n\t\t通讯录文件中无任何纪录");
printf("\n\t\t按任意键返回主菜单");
getch();
return;
}

void listinsert()//增加新结点
{
linklist s,p=l;
for(int i=0;i<len;i++)
{
s=(linklist)malloc(sizeof(pnode));
strcpy(s->data.name,people[i].name);
strcpy(s->data.city,people[i].city);
strcpy(s->data.street,people[i].street);
strcpy(s->data.eip,people[i].eip);
strcpy(s->data.state,people[i].state);
s->prior=p->prior;
s->next=p;
p->prior->next=s;
p->prior=s;
p=p->next;
}
}

void mainmenu()//主菜单
{
char ch;
system("cls");
printf("\n\t\t 欢迎进入通讯录系统");
printf("\n\t\t 1-新添纪录 ");
printf("\n\t\t 2-查找联系人 ");
printf("\n\t\t 3-删除联系人 ");
printf("\n\t\t 4-保存 ");
printf("\n\t\t 5-退出 ");
printf("\n\t\t");
printf("\n\t\t请选择：");
printf("%c ",ch=getch());
switch (ch)
{
case '1':enter();break;
case '2':searchmenu();break;
case '3':del();break;
case '4':save();break;
case '5':exit(0);
default:mainmenu();
}
}

void enter()//添加新纪录
{
printf("\n\t\t**************** 请输入学生信息 ****************\n");
printf("\n\t\t姓名:");
scanf("%s",&people[len].name);
printf("\n\t\t街道:");
scanf("%s",&people[len].street);
printf("\n\t\t城市:");
scanf("%s",&people[len].city);
printf("\n\t\t邮编:");
scanf("%s",&people[len].eip);
printf("\n\t\t国家:");
scanf("%s",&people[len].state);
len++;
printf("\n\t\t是否继续添加?(Y/N):");
if (getch()=='y')
enter();
return;
}

void searchmenu()//查询菜单
{
char ch;
system("cls");
printf("\n\t\t 查询菜单 ");
printf("\n\t\t 1-显示所有记录 ");
printf("\n\t\t 2-按姓名查询 ");
printf("\n\t\t 3-返回主菜单 ");
printf("\n\t\t");
printf("\n\t\t请选择：");
printf("%c",ch=getch());
switch (ch)
{
case '1':display();break;
case '2':search();break;
case '3':mainmenu();break;
}
}

void search()
{
printf("\n\t\t***************** 按姓名查找 *******************");
char name[20];
printf("\n\t\t请输入姓名:");
scanf("%s",name);
printf(" 查询到的信息:\n");
printf(" %-18s%-18s%-18s%-15s%s\n","姓名","街道","城市","邮编","国家");//格式控制输出
printf(" -----------------------------------------------------------------------------\n");
for (int i=0;i<len;i++)
{
if(strcmp(name,people[i].name)==0)
printf(" %-18s%-18s%-18s%-15s%s\n",people[i].name,people[i].street,people[i].city,people[i].eip,people[i].state);
if (i+1<len) continue;//重名纪录再检索
}
printf(" -----------------------------------------------------------------------------\n");
printf("\n\t\t按任意键返回查询菜单");
getch();
searchmenu();
}

void display()//显示所有纪录
{
int i;
system("cls");
if(len!=0)
{
printf("\n\t\t*************** 以下为通讯录所有信息************\n\n");
printf(" %-18s%-18s%-18s%-15s%s\n","姓名","街道","城市","邮编","国家");
printf(" -----------------------------------------------------------------------------\n");
for (i=0;i<len;i++)
{
printf(" %-18s%-18s%-18s%-15s%s\n",people[i].name,people[i].street,people[i].city,people[i].eip,people[i].state);
if (i+1<len) continue;
}
printf(" -----------------------------------------------------------------------------\n");
}
else
printf("\n\t\t通讯录中无任何纪录");
printf("\n\t\t按任意键返回查询菜单：");
getch();
searchmenu();
}

void del() //删除纪录
{
int a=0,i,j,findmark; //findmark为查找结果标志
// int findmark=0,delmark=0;
char name[20];
printf("\n\t\t请输入要删除学生姓名：");
scanf("%s",name);
for (i=a;i<len;i++)
{
if (findmark=strcmp(people[i].name,name)==NULL) //找到一条符合条件的记录
{
// findmark++;
printf("\n\t\t以下是您要删除的学生纪录：\n");
printf(" %-18s%-18s%-18s%-15s%s\n","姓名","街道","城市","邮编","国家");
printf(" -----------------------------------------------------------------------------\n");
printf(" %-