Что такое структура способы определения структур

Структуры

Введение

Мир вокруг можно моделировать различными способами. Самым естественным из них является представление о нём, как о наборе объектов. У каждого объекта есть свои свойства. Например, для человека это возраст, пол, рост, вес и т.д. Для велосипеда – тип, размер колёс, вес, материал, изготовитель и пр. Для товара в магазине – идентификационный номер, название, группа, вес, цена, скидка и т.д.

У классов объектов набор этих свойств одинаковый: все собаки могут быть описаны, с той или иной точностью, одинаковым набором свойств, но значения этих свойств будут разные.

Все самолёты обладают набором общих свойств в пределах одного класса. Если же нам надо более точное описание, то можно выделить подклассы: самолёт амфибии, боевые истребители, пассажирские лайнеры – и в пределах уже этих классов описывать объекты. Например, нам необходимо хранить информацию о сотрудниках компании. Каждый сотрудник, в общем, обладает большим количеством разных свойств. Мы выберем только те, которые нас интересуют для решения прикладной задачи: пол, имя, фамилия, возраст, идентификационный номер. Для работы с таким объектом нам необходима конструкция, которая бы могла агрегировать различные типы данных под одним именем. Для этих целей в си используются структуры.

Объявление структуры

Синтаксис объявления структуры

Полями структуры могут быть любые объявленные типы, кроме самой структуры этого же типа, но можно хранить указатель на структуру этого типа:

В том случае, если несколько полей имеют один тип, то их можно перечислить через запятую:

После того, как мы объявили структуру, можно создавать переменную такого типа с использованием служебного слова struct. Доступ до полей структуры осуществляется с помощью операции точка:

Структура, объявленная в глобальном контексте, видна всем. Структура также может быть объявлена внутри функции:

Можно упростить пример: синтаксис языка позволяет создавать экземпляры структуры сразу же после определения:

Структура также может быть анонимной. Тогда мы не сможем использовать имя структуры в дальнейшем.

В этом примере мы создали переменную A. Она является структурой с двумя полями.

Начальная инициализация структур

Структуру можно инициализировать во время создания как массив. Поля в этом случае будут присваиваться по порядку.

Замечание: таким образом можно только иницализировать структуру. Присваивать значение всей структуре таким образом нельзя.

Современный стандарт си позволяет инициализировать поля структуры по имени. Для этого используется следующий синтакис:

Определение нового типа

Когда мы определяем новую структуру с помощью служебного слова struct, в пространстве имён структур (оно не имеет ничего общего с пространствами имён С++) создаётся новый идентификатор. Для доступа к нему необходимо использовать служебное слово struct. Можно определить новый тип с помощью служебного слова typedef. Тогда будет создан псевдоним для нашей структуры, видимый в глобальном контексте.

Теперь при работе с типом Point нет необходимости каждый раз писать слово struct. Два объявления можно объединить в одно

Замечание. Если мы создаём новый тип-структуру, полем которого является указатель на этот же тип, то его необходимо объявлять явно с использованием служебного слова struct

Указатели на структуру

Указатель на структуру создаётся как обычно. Отличие заключается в том, что можно обращаться к полям структуры через указатель с помощью операции «стрелка» (минус + больше). Пример – пользователь вводит число – размер массива пользователей. Поле этого вводит для каждого из них логин и пароль. Третье поле — идентификатор – задаётся автоматически. После этого все пользователи выводятся на экран.

Обратите внимание на удаление массива структур: при удалении экземпляра структуры он не удаляет своих полей самостоятельно, поэтому необходимо сначала удалять поля, после этого удалять сам массив.
При вызове функции jsonUser мы передаём указатель на экземпляр структуры, поэтому внутри функции доступ до полей осуществляется с помощью оператора стрелка.

Устройство структуры в памяти

Поля структуры расположены в памяти друг за другом. Тип поля определяет сдвиг относительно предыдущего поля. Имя поля — это сдвиг относительно адреса экземпляра. На самом деле размер структуры не всегда равен сумме размеров её полей: это связано с тем, что компилятор оптимизирует расположение структуры в памяти и может поля небольшого размера подгонять до чётных адресов.

Первая структура должна иметь размер 6 байт, вторая 8 байт, третья 7 байт, однако на 32-разрядной машине компилятор VC сделает их все три равными 8 байт. Стандарт гарантирует, что поля расположены друг за другом, но не гарантирует, что непрерывно.

Есть возможность изменить упаковку структур в памяти. Можно явно указать компилятору каким образом производить упаковку полей структуры, объединений или полей класса. Каким образом это делать, зависит от компилятора. Один из самых распространённых способов прагма pack()

У неё есть несколько разновидностей, рассмотрим только одну. pragma pack(n) указывает значение в байтах, используемое для упаковки. Если параметр компилятора не заданы для модуля значения по умолчанию n 8. Допустимыми значениями являются 1, 2, 4, 8 и 16. Выравнивание поля происходит по адресу, кратному n или сумме нескольких полей объекта, в зависимости от того, какая из этих величин меньше.

Использование #pragma pack не приветствуется: логика работы программы не должна зависить от внутреннего представления структуры (если, конечно, вы не занимаетесь системным программированием или ломаете чужие программы и сети).

Приведение типов

Стандартом поведение при приведении одной структуры к другой не определено. Это значит, что даже если структуры имеют одинаковые поля, то нельзя явно кастовать одну структуру до другой.

Этот пример работает, но это хак, которого необходимо избегать. Правильно писать так

Привести массив к структуре (или любому другому типу) по стандарту также невозможно (хотя в различных компиляторах есть для этого инструменты).
Но в си возможно всё.

Но запомните, что в данном случае поведение не определено.

Вложенные структуры

Структура сама может являться полем структуры. Пример: структура Model – модель автомобиля, имеет название, номер, год выпуска и поле Make, которое в свою очередь хранит номер марки и её название.

Вложенные структуры инициализируются как многомерные массивы. В предыдущем примере можно произвести начальную инициализацию следующим образом:

P.S. подобным образом инициализировать строки не стоит, здесь так сделано только для того, чтобы упростить код.

Указатели на поля структуры и на вложенные структуры

Указатели на поля структуры определяются также, как и обычные указатели. Указатели на вложенные структуры возможны только тогда, когда структура определена. Немного переделаем предыдущий пример: «деанонимизируем» вложенную безымянную структуру и возьмём указатели на поля структуры Model:

Как уже говорилось ранее, в си, даже если у двух структур совпадают поля, но структуры имеют разные имена, то их нельзя приводить к одному типу. Поэтому приходится избавляться от анонимных вложенных структур, если на них нужно взять указатель. Можно попытаться взять указатель типа char* на поле структуры, но нет гарантии, что поля будут расположены непрерывно.

Примеры

1. Стек, реализованный с помощью структуры «Узел», которая хранит значение (в нашем примере типа int) и указатель на следующий узел. Это неэффективная реализация, которая требует удаления и выделения памяти под узел при каждом вызове операции push и pop.

2. Реализуем структуру — массив, и некоторые операции для работы с массивами. Тип массива зададим макроподстановкой.

3. Структура Линия, состоит из двух структур точек. Для краткости реализуем только пару операций

Обратите внимание на операции создания и копирования линии. Обязательно нужно копировать содержимое, иначе при изменении или удалении объектов, которые мы получили в качестве аргументов, наша линия также изменится. Если структура содержит другие структуры в качестве полей, то необходимо проводить копирование содержимого всех полей. Глубокое копирование позволяет избежать неявных зависимостей.

4. Структура комплексное число и функции для работы с ней.

Источник

Структуры

Определение структур

Структура в языке программирования Си представляет собой производный тип данных, который объединяет в единое целое множество компонентов. При этом в отличие от массива эти компоненты могут представлять различные типы данных.

Для определения структуры применяется ключевое слово struct , а сам формат определения выглядит следующим образом:

Имя_структуры представляет произвольный идентификатор, к которому применяются те же правила, что и при наименовании переменных.

После имени структуры в фигурных скобках помещаются Компоненты_структуры , которые представляют набор описаний объектов, которые составляют структуру.

Следует отметить, что в отличие от функции при определении структуры после закрывающей фигурной скобки идет точка с запятой.

Например, определим простейшую структуру:

Здесь определена структура person , которая имеет два элемента: age (представляет тип int) и name (представляет указатель на тип char).

Все элементы структуры объявляются как обычные переменные. Но в отличие от переменных при определении элементов структуры для них не выделяется память, и их нельзя инициализировать. По сути мы просто определяем новый тип данных.

После определения структуры мы можем ее использовать. Для начала мы можем определить объект структуры — по сути обычную переменную, которая будет представлять выше созданный тип:

Здесь определена переменная tom, которая представляет структуру person. И при каждом определении переменной типа структуры ей будет выделяться память, необходимая для хранения ее элементов.

При определении переменной структуры ее можно сразу инициализировать, присвоив какое-нибудь значение:

Инициализация структур аналогична инициализации массивов: в фигурных скобках передаются значения для элементов структуры по порядку. Так как в структуре person первым определено свойство, которое представляет тип int — число, то в фигурных скобках вначале идет число. И так далее для всех элементов структуры по порядку.

Также после создания переменной структуры можно обращаться к ее элементам — получать их значения или, наоборот, присваивать им новые значения. Для обращения к элементам структуры используется операция «точка»:

Теперь объединим все вместе в рамках программы:

Консольный вывод программы:

С элементами структуры можно производить все те же операции, что и с переменными тех же типов. Например, добавим ввод с консоли:

Консольный вывод программы:

Мы можем одновременно совмещать определение типа структуры и ее переменных:

После определения структуры, но до точки запятой мы можем через запятую перечислить набор переменных. А затем присвоить их элементам значения.

При подобном определении мы можем даже не указывать имя структуры:

В этом случае компилятор все равно будет знать, что переменные tom, bob и alice представляют структуры с двумя элементами name и age. И соответственно мы также с этими переменными сможем работать. Другое дело, что мы не сможем задать новые переменные этой структуры в других местах программы.

typedef

Еще один способ определения структуры представляет ключевое слово typedef :

В конце определения структуры после закрывающей фигурной скобки идет ее обозначение — в данном случае person . В дальнейшем мы можем использовать это обозначение для создания переменной структуры. При этом в отличие от примеров выше здесь не надо при определении переменной не надо использовать слово struct .

Директива define

Еще один способ определить структуру представляет применение препроцессорной директивы #define :

В данном случае директива define определяет константу PERSON, вместо которой при обработке исходного кода препроцессором будет вставляться код структуры struct

Источник

структуры в C

Table of Contents

1 Структура

Это совокупность нескольких переменных, часто различных типов, сгруппированных под единым именем для удобства обращения. Главное изменение, внесённое стандартом ANSI в работу со структурами, — это определение присваивания структур. Теперь структуры можно копировать, присваивать, передавать в функции и возвращать из функций.

Ключевое слово struct начинает объявление структуры, состоящее из списка объявлений элементов в фигурных скобках. После слова struct может стоять необязательный идентификатор, именуемый меткой структуры. Метка обозначает конкретный структурный тип; впоследствии её можно использовать для краткости, опуская всё, что находится в скобках при объявлении структур того же типа.

Переменные, перечисленные в объявлении структуры, называются её членами, элементами или полями. Элемент структуры или её метка может иметь то же имя, что и обыкновенная переменная безо всякого конфликта, поскольку они всегда отличаются по контексту.

Объявление со словом struct фактически вводит новый тип данных. Поэтому допустимо такое объявление переменных:

Данный код объявляет переменные \(x, y, z\) определённого именованного типа и выделяет для них место в памяти. Объявление структуры, после которого нет списка переменных, не выделяет никакой памяти для объектов, а просто описывает форму структуры. Так же можно объявлять переменные, используя метку структуры:

Структуру можно инициализировать, поставив после её определения список значений-констант:

Обращение к элементам структуры выполняется следующим образом:

Структуры можно вкладывать друг в друга:

1.1 Структуры и функции

Расширенными операциями над структурами являются копирование или присваивание структуры как целого, взятие её адреса операцией &, а так же обращение к её элементам. Копирование и присваивание включают также в себя передачу аргументов в функции и возвращение значений из функций. Структуры нельзя сравнивать между собой. Структуру можно инициализировать списком констант-инициализаторов для всех её полей.

Вместо того чтобы помещать результат во временную переменную, мы инкрементировали компоненты структуры p1, чтобы подчеркнуть тот факт, что параметры-структуры передаются по значениям, как и любые другие параметры.

Если в функцию необходимо передать большую структуру, это лучше сделать передав указатель на неё, а не копию всех её данных. Указатели на структуры обладают всеми свойстваи указателей на обычные переменные.

Указатели на структуры используются так часто, что для удобства записи ссылок по ним введено дополнительное обозначение: p->элемент-структуры

2 Массивы структур

3 typedef

Имя нового типа, объявляемое в typedef, стоит не сразу после ключевого слова, а на месте имени переменной. Синтаксически ключевое слово typedef можно считать аналогом идентификатора класса памяти: extern, static и т.п. Новые типы, определяемые с помощью typedef, начинаются с прописной буквы, чтобы можно было их легко различить.

Фактически, оператор typedef очень напоминает директиву #define с тем исключением, что, поскольку он анализируется компилятором, он может допускать такие текстовые подстановки, которые препроцессору не по силам. Например:

Здесь опеределяется тип PFI — «указатель на функцию от двух аргументов типа char*, возвращающую int». Этот тип можно использовать, например, таким образом:

4 Объединения

Это переменная, которая может содержать объекты различных типов и размеров (но не одновременно); при этом удовлетворение требований к размеру и выравниванию возлагается на компилятор. С помощью объединений можно работать с данными различных типов в пределах одного участка памяти, не привнося в программу элементы низкоуровневого, машинно-зависимого программирования.

Переменная u будет иметь достаточную длину, чтобы содержать данные самого длинного из трёх типов; конкретный размер зависит от системы и реализации. Переменной u можно присваивать данные любого типа, а затем использовать их в выражениях (строго по правилам работы с конкретным типом). Извлекать можно данные только того типа, который был помещён при последнем обращении к переменной. Следить и помнить, какие именно данные были помещены в объединение, — это забота программиста; если поместить значение одного типа, а извлечь его как значение другого, результат будет системно-зависимым и трудно предсказуемым.

Обращение к элементам объединения выполняется так же, как к элементам структуры:

Пусть в переменной \(utype\) хранится информация о типе данных, находящихся в текущий момент в объединении:

Объединения могут применяться в структурах и массивах, и наоборот. Способ обращения к члену объединения в структуре (или к члену структуры в объединении) полностью идентичен обращению к элементу вложенной структуры.

Фактически, объединение является структурой, в которой все элементы имеют нулевое смещение от её начала, сама она имеет достаточную длину, чтобы в неё поместился самый длинный элемент, и при этом выравнивание происходит правильно для всех типов данных в объединении. Над объединениями разрешено выполнять те же операции, что и над структурами: присваивать или копировать как единое целое, брать адрес и обращаться к отдельным элементам.

5 Битовые поля

Внутри системно-зависимой единицы памяти, которую мы будем называть «словом«, можно задать битовое поле (bit-field) — совокупность идущих подряд битов. Синтаксис определения и использования полей основан на структурах.

Данный код является заменой коду на константах:

В переменной flags содержится три однобитных поля. Число после двоеточия задаёт ширину поля в битах. Поля объявлены как unsigned int, чтобы гарантированно быть велечинами без знака. Практически всё, что связано с битовыми полями, является системно-зависимым. Например, только в конкретной реализации определяется, могут ли поля перекрывать границы слов. Поля не обязаны иметь имена; безымянные поля (двоеточия с размером после них) часто используются для пропуска и резервирования отдельных битов. Для принудительного выравнивания по границе следующего слова можно использовать специальное значение длины поля, равное \(0\). Совокупность полей — не массив, и у них нет адресов, поэтому операция & к ним неприменима.

Источник