Файл: В., Фомин С. С. Курс программирования на языке Си Учебник.docx

Глава 6

СТРУКТУРЫ И ОБЪЕДИНЕНИЯ

1. 
   Структурные типы и структуры
   

Производные типы. Из базовых типов (и типов, определенных программистом) можно формировать производные типы, к которым относятся: указатели, массивы, функции, структуры и объединения. Указатели, массивы, структуры и объединения являются производ­ными типами данных. Иногда в качестве производного типа в ру­ководствах по языку Си указывают строки, однако напоминаем, что в соответствии с синтаксисом языка строковый тип в нем отсутству­ет. Строка определяется как частный случай одномерного массива, то есть как массив с элементами типа char, последний элемент ко­торого равен '\0'.

Указатели и массивы подробно рассмотрены в предыдущих гла­вах. Эта глава посвящена структурам и объединениям. Прежде чем рассматривать их особенности и возможности, введем некоторые терминологические соглашения стандарта, которые не всегда по­нятны сами собой.

Данные базовых типов (int, float, ...) считаются скалярными дан­ными. Массивы и структуры являются агрегирующими типами данных, в отличие от объединений и скалярных данных, которые относятся к неагрегирующим типам. С массивами и скалярными данными мы уже хорошо знакомы, поэтому различие между агре­гирующими и неагрегирующими типами поясним на примере мас­сивов и скалярных данных базовых типов. Обычно агрегирующий тип включает несколько компонентов. Например, массив long B[12] состоит из 12 элементов, причем каждый элемент имеет тип long. Язык Си позволяет определять и одноэлементные массивы. Так, массив float A[1] состоит из одного элемента А[0]. Однако одно­элементные массивы есть слишком частный случай обыкновенных массивов со многими элементами. Итак, в общем случае массив есть агрегирующий тип данных, состоящий из набора однотипных элементов, размещенных в памяти подряд в соответствии с ростом индекса. Для агрегирующего типа данных (например, для массива) в основной памяти ЭВМ выделяется такое количество памяти, что­бы сохранять (разместить) одновременно значения всех элементов. Этим свойством массивов мы уже неоднократно пользовались. На­пример, следующее выражение позволяет вычислить количество элементов массива B[ ]:

sizeof (B) / sizeof

---

(B [0])

Для данных неагрегирующих типов в основной памяти ЭВМ выделяется область памяти, достаточная для размещения только одного значения. С тем, как это происходит для скалярных типов, мы уже хорошо знакомы. С особенностями выделения памяти для объединений познакомимся в этой главе.

Структурный тип. Этот тип (производный агрегирующий) задает внутреннее строение определяемых с его помощью структур. Ска­занное требует пояснений. Начнем с понятия структуры. Структу­ра - это объединенное в единое целое множество поименованных элементов (компонентов) данных. В отличие от массива, всегда со­стоящего из однотипных элементов, компоненты структуры могут быть разных типов и все должны иметь различные имена. Напри­мер, может быть введена структура, описывающая товары на складе, с компонентами:

• 
  название товара (char*);
  
• 
  оптовая (закупочная) цена (long);
  
• 
  торговая наценка в процентах (float);
  
• 
  объем партии товара (int);
  
• 
  дата поступления партии товара (char [9]).
  

В перечислении элементов структуры «товары на складе» добав­лены выбранные программистом типы этих элементов. В соответ­ствии со смыслом компоненты могут иметь любой из типов дан­ных, допустимых в языке. Так как товаров на складе может быть много, для определения отдельных структур, содержащих сведения о конкретных товарах, программист вводит производный тип, на­зываемый структурным. Для нашего примера его можно ввести, например, так:

struct goods {

char* name; /* Наименование */

long price; /* Цена оптовая */ float percent; /* Наценка в % */ int vol; /* Объем партии */ char date [9]; /* Дата поставки партии */ };

Здесь struct - спецификатор структурного типа (служебное сло­во); goods - предложенное программистом название (имя) структур­ного типа. (Используя транслитерацию английского термина «tag», название структурного типа в русскоязычной литературе по языку Си довольно часто называют тегом.) В фигурных скобках размеща­ются описания элементов, которые будут входить в каждый объект типа goods. Итак, формат определения структурного типа таков:

struct имя_структурного_типа { определения_элементов };

где struct - спецификатор структурного типа; имя_структурного_ типа - идентификатор, произвольно выбираемый программистом; определения_элементов - совокупность одного или более описаний объектов, каждый из которых служит прототипом для элементов структур вводимого структурного типа.

---

Следует обратить внимание, что определение структурного типа (в отличие от определения функции) заканчивается точкой с запятой.

Конструкция struct имя_структурного_типа играет ту же роль, что и спецификаторы типов, например double или int. С помощью struct goods можно либо определить конкретную структуру (как, например, объект структурного типа struct goods), либо указатель на структуры такого типа. Пример:

/* Определение структуры с именем food */ struct goods food;

/* Определение указателя point_to на структуры*/ struct goods *point_to;

Кроме такого прямого определения поименованного структурного типа, может быть введен безымянный структурный тип и не полно­стью определенный (незавершенный) структурный тип. О безымян­ном структурном типе речь пойдет в этом параграфе чуть позже при определении структур как объектов. Не полностью определенный, то есть незавершенный структурный, тип потребуется в следующем параграфе при рассмотрении указателей на структуры, вводимые в качестве элементов структур. Кстати, отметим, что незавершен­ным может быть не только структурный тип. В общем смысле неза­вершенным считается любое определение, в котором не содержится достаточно информации о размере будущего объекта.

Еще одну возможность ввести структурный тип дает служебное слово typedef, позволяющее ввести собственное обозначение для любого определения типа. В случае структурного типа он может быть введен и поименован следующим образом:

typedef struct {определения_элементов} обозначение_структурного_типа;

Пример:

typedef struct

{ double real;

double imag;

}

complex;

Приведенное определение вводит структурный тип struct {double real; double imag;} и присваивает ему обозначение (название, имя) complex. С помощью этого обозначения можно вводить структуры (объекты) так же, как с обычным именем структурного типа (напри­мер, struct goods в предыдущем примере). Пример:

/* Определены две структуры: */ complex sigma, alfa;

Структурный тип, которому программист назначает имя с по­мощью typedef, может в то же время иметь второе имя, вводимое стандартным образом после служебного слова struct. В качестве примера введем определение структурного типа «рациональная дробь». Будем считать, что рациональная дробь - это пара целых чисел (m;n), где число n отлично от нуля. Определение такой дроби:

typedef struct rational_fraction

{ int numerator; /* Числитель */ int denominator; /* Знаменатель */

---

} fraction;

Здесь fraction - обозначение структурного типа, вводимое с по­мощью typedef. Имя rational_fraction введено для того же струк­турного типа стандартным способом. После такого определения структуры типа «рациональная дробь» могут вводиться как с по­мощью названия fraction, так и с помощью обозначения struct rational_fraction.

С помощью директивы #define можно вводить имена типов по­добно тому, как это делается с помощью typedef. Например, сведе­ния о книге могут быть введены таким образом:

#define BOOK struct \

---

}

Здесь BOOK - препроцессорный идентификатор, вслед за ко­торым в нескольких строках размещена «строка замещения». Об­ратите внимание на использование символа продолжения '\' для переноса строковой константы. Кроме того, отметим отсутствие точки с запятой после закрывающей скобки '}'. Далее в программе можно определять конкретные объекты-структуры или указатели с помощью имени BOOK, введенного на препроцессорном уровне:

BOOK ss, *pi;

После препроцессорных замен и исключения комментариев это предложение примет вид:

struct

{

char author[20];

char title [80]; int year;

}

ss, *pi;

Определение структур. Определения элементов (компонентов) структурного типа внешне подобны определениям данных соответ­ствующих типов. Однако имеется существенное отличие. При опре­делении структурного типа его компонентам не выделяется память, и их нельзя инициализировать. Другими словами, структурный тип не является объектом.

Из нашего примера определения структурного типа с названием goods следует, что наименование товара будет связано с указателем типа char*, имеющим имя name. Оптовая цена единицы товара будет значением элемента типа long с названием price. Торговая наценка будет значением элемента типа float с именем percent и т. д. Все это следует из приведенного определения структурного типа с на­званием goods. Но прежде чем элементы, введенные в определении структурного типа, смогут получить значения, должна быть опре­делена хотя бы одна структура (то есть структурный объект) этого типа. Например, следующее определение вводит две структуры, то есть два объекта, типа goods:

struct goods coat, tea;

Итак, если структурный тип определен и известно его имя, то формат определения конкретных структур (объектов структурного типа) имеет вид:

struct имя_структурного_типа список_структур;

где список_структур - список выбранных пользователем имен (идентификаторов).

Выше показано, что для структурного типа, имя которого введе­но с помощью служебного слова typedef, определение структур не должно содержать спецификатора типа struct. Например, указатель на структуры для представления комплексных чисел с помощью определенного выше обозначения структурного типа complex мож­но определить так:

complex *p_comp;

Выше был определен структурный тип «рациональная дробь», для которого введены два имени. С их помощью так вводятся конк­ретные структуры:

---