Структурные типы данных в си. Инициализация структуры в си (c struct)

Последнее обновление: 02.10.2018

Наряду с классами структуры представляют еще один способ создания обственных типов данных в C#. Более того многие примитивные типы, например, int, double и т.д., по сути являются структурами.

Например, определим структуру, которая представляет человека:

Struct User { public string name; public int age; public void DisplayInfo() { Console.WriteLine($"Name: {name} Age: {age}"); } }

Как и классы, структуры могут хранить состояние в виде переменных и определять поведение в виде методов. Так, в данном случае определены две переменные - name и age для хранения соответственно имени и возраста человека и метод DisplayInfo для вывода информации о человеке.

Используем эту структуру в программе:

Using System; namespace HelloApp { struct User { public string name; public int age; public void DisplayInfo() { Console.WriteLine($"Name: {name} Age: {age}"); } } class Program { static void Main(string args) { User tom; tom.name = "Tom"; tom.age = 34; tom.DisplayInfo(); Console.ReadKey(); } } }

В данном случае создается объект tom. У него устанавливаются значения глобальных переменных, и затем выводится информация о нем.

Конструкторы структуры

Как и класс, структура может определять констукторы. Но в отличие от класса нам не обязательно вызывать конструктор для создания объекта структуры:

User tom;

Однако если мы таким образом создаем объект структуры, то обязательно надо проинициализировать все поля (глобальные переменные) структуры перед получением их значений или перед вызовом методов структуры. То есть, например, в следующем случае мы получим ошибку, так как обращение к полям и методам происходит до присвоения им начальных значений:

User tom; int x = tom.age; // Ошибка tom.DisplayInfo(); // Ошибка

Также мы можем использовать для создания структуры конструктор по умолчанию, при вызове которого полям структуры будет присвоено значение по умолчанию (например, для числовых типов это число 0):

User tom = new User(); tom.DisplayInfo(); // Name: Age: 0

Также мы можем определить свои конструкторы. Например, изменим структуру User:

Using System; using System.Reflection; namespace HelloApp { struct User { public string name; public int age; public User(string name, int age) { this.name = name; this.age = age; } public void DisplayInfo() { Console.WriteLine($"Name: {name} Age: {age}"); } } class Program { static void Main(string args) { User tom = new User("Tom", 34); tom.DisplayInfo(); User bob = new User(); bob.DisplayInfo(); Console.ReadKey(); } } }

Важно учитывать, что если мы определяем конструктор в структуре, то он должен инициализировать все поля структуры, как в данном случае устанавливаются значения для переменных name и age.

Также, как и для класса, можно использовать инициализатор для создания структуры:

User person = new User { name = "Sam", age = 31 };

Но в отличие от класса нельзя инициализировать поля структуры напрямую при их объявлении, например, следующим образом:

Struct User { public string name = "Sam"; // ! Ошибка public int age = 23; // ! Ошибка public void DisplayInfo() { Console.WriteLine($"Name: {name} Age: {age}"); } }

Перед тем как приступить к изучению классов в C++, мы рассмотрим тип данных подобный классу — структуры. Структуры полезны, когда нам надо объединить несколько переменных с разными типами под одним именем. Это делает программу более компактной и более гибкой для внесения изменений. Также структуры незаменимы, когда необходимо сгруппировать некоторые данные, например, запись из базы данных или контакт из книги адресов. В последнем случае структура будет содержать такие данные контакта как имя, адрес, телефон и т.п.

Синтаксис

В процессе написания программы может потребоваться сгруппировать разные данные. Например, вы захотите хранить координаты некоторых объектов и их имена. Вы можете сделать это с помощью :

Int x_coor; int y_coor; string names;

Но так как каждый элемент одного массива связан с другим, то при изменении одного, придется менять остальные тоже. И чем больше данных вам надо объединить, тем сложнее будем такая программа. Поэтому для объединения разных данных используются структуры .

Формат объявления структуры выглядит так:

Struct Car { int x_coor; int y_coor; string name; };

Объявляя структуру, мы вводим в программу наш собственный тип данных, которым можем пользоваться, так же как и стандартными типами, т.е. объявление переменной нашего типа будет таким:

StructName variableName;

structName — имя структуры, variableName — имя переменной.

x_coor, y_coor и name — поля нашей структуры. При объявлении структуры мы создаем составной тип данных, с помощью которого можно создавать переменные, которые сочетают в себе несколько значений (например, координаты и имя). Внутри структуры каждому полю мы даем имя, чтобы потом обращаться к этому значению по его имени.

Для доступа к полям структуры используется точка:

// объявляем переменную Car myCar; // и используем её myCar.x_coor = 40; myCar.y_coor = 40; myCar.name = "Porche";

Как видите, вы можете хранить в структуре столько полей, сколько вам угодно и они могут иметь разные типы.

Рассмотрим пример, демонстрирующий сочетание массивов и структур.

#include using namespace std; struct PlayerInfo { int skill_level; string name; }; using namespace std; int main() { // как и с обычными типами, вы можете объявить массив структур PlayerInfo players; for (int i = 0; i < 5; i++) { cout << "Please enter the name for player: " << i << "\n"; // сперва получим доступ к элементу массива, используя // обычный синтаксис для массивов, затем обратимся к полю структуры // с помощью точки cin >> players[ i ].name; cout << "Please enter the skill level for " << players[ i ].name << "\n"; cin >> players[ i ].skill_level; } for (int i = 0; i < 5; ++i) { cout << players[ i ].name << " is at skill level " << players[i].skill_level << "\n"; } }

Так же как и с простыми типами (int, например), вы можете создавать массивы структур. А с каждым элементом этого массива работать так же как и с отдельной переменной. Для доступа к полю name первого элемента массива структур, просто напишите:

Players[ 0 ].name

Структуры и функции

Очень часто требуется писать функции, которые принимают структуры в качестве аргумента или возвращают структуру. Например, если вам надо написать небольшую космическую аркаду, вам может понадобится функция для инициализации нового противника:

Struct EnemySpaceShip { int x_coordinate; int y_coordinate; int weapon_power; }; EnemySpaceShip getNewEnemy();

Функция getNewEnemy должна возвращать структуру с инициализированными полями:

EnemySpaceShip getNewEnemy () { EnemySpaceShip ship; ship.x_coordinate = 0; ship.y_coordinate = 0; ship.weapon_power = 20; return ship; }

На самом деле эта функция вернет копию созданной локальной переменной ship. Это значит, что каждое поле структуры будет скопировано в новую переменную. В нашем случае копирование малого количества полей не заметно, но когда вы работаете с большими объемами данных нужно избегать лишних действий, подробнее об этом поговорим в статье про указатели.

Таким образом, для получения новой переменной будем использовать следующий код:

EnemySpaceShip ship = getNewEnemy();

Теперь эту переменную можно использовать как обычную структуру.

Передавать структуры в функцию можно так:

EnemySpaceShip upgradeWeapons (EnemySpaceShip ship) { ship.weapon_power += 10; return ship; }

Когда мы передаем структуру в функцию, она копируется, так же как и при возвращении структуры. Поэтому любые изменения сделанные внутри функции будут потеряны, поэтому мы возвращаем структуру после изменения.

Использование функции:

Ship = upgradeWeapons(ship);

Когда вызывается функция, переменная ship копируется и изменяется в функции, а когда переменная возвращается, она снова копируется и перезаписывает поля оргинальной переменной.

И наконец, программа для создания и улучшения одного корабля:

Struct EnemySpaceShip { int x_coordinate; int y_coordinate; int weapon_power; }; EnemySpaceShip getNewEnemy() { EnemySpaceShip ship; ship.x_coordinate = 0; ship.y_coordinate = 0; ship.weapon_power = 20; return ship; } EnemySpaceShip upgradeWeapons(EnemySpaceShip ship) { ship.weapon_power += 10; return ship; } int main() { EnemySpaceShip enemy = getNewEnemy(); enemy = upgradeWeapons(enemy); }

Указатели

Если вы работаете с на структуру, то для доступа к переменным надо использовать оператор «->» вместо точки. Все свойства указателей не изменяются. Пример:

#include using namespace std; struct xampl { int x; }; int main() { xampl structure; xampl *ptr; structure.x = 12; ptr = &structure; cout<< ptr->x; cin.get(); }

Недавно познакомился со структурами C/C++ - struct. Господи, да «что же с ними знакомиться» скажете вы? Тем самым вы допустите сразу 2 ошибки: во-первых я не Господи, а во вторых я тоже думал что структуры - они и в Африке структуры. А вот как оказалось и - нет. Я расскажу о нескольких жизненно-важных подробностях, которые кого-нибудь из читателей избавят от часовой отладки…

Выравнивание полей в памяти

Обратите внимание на структуру:

Struct Foo { char ch; int value; };
Ну во-первых какой у этой структуры размер в памяти? sizeof(Foo) ?
Размер этой структуры в памяти зависит от настроек компилятора и от директив в вашем коде…

В общем выравниваются в памяти поля по границе кратной своему же размеру. То есть 1-байтовые поля не выравниваются, 2-байтовые - выравниваются на чётные позиции, 4-байтовые - на позиции кратные четырём и т.д. В большинстве случаев (или просто предположим что сегодня это так) выравнивание размера структуры в памяти составляет 4 байта. Таким образом, sizeof(Foo) == 8 . Где и как прилепятся лишние 3 байта? Если вы не знаете - ни за что не угадаете…

1 байт: ch
2 байт: пусто
3 байт: пусто
4 байт: пусто
5 байт: value
6 байт: value
7 байт: value
8 байт: value

Посмотрим теперь размещение в памяти следующей структуры:

Struct Foo { char ch; short id; int value; };
Оно выглядит вот так:

1 байт: ch
2 байт: пусто
3 байт: id
4 байт: id
5 байт: value
6 байт: value
7 байт: value
8 байт: value

То есть, то что можно впихнуть до выравнивания по 4 байта - впихивается на ура (без увеличения размера структуры в памяти), добавим ещё одно поле:

Struct Foo { char ch; short id; short opt; int value; };
Посмотрим на размещение полей в памяти:

1 байт: ch
2 байт: пусто
3 байт: id
4 байт: id
5 байт: opt
6 байт: opt
7 байт: пусто
8 байт: пусто
9 байт: value
10 байт: value
11 байт: value
12 байт: value

Всё это ой как печально, но есть способ бороться с этим прямо из кода:

#pragma pack(push, 1) struct Foo { // ... }; #pragma pack(pop)
Мы установили размер выравнивания в 1 байт, описали структуру и вернули предыдущую настройку. Возвращать предыдущую настройку - категорически рекомендую. Иначе всё может закончиться очень плачевно. У меня один раз такое было - падало Qt. Где-то заинклюдил их.h-ник ниже своего.h-ника…

Битовые поля

В комментариях мне указали на то, что битовые поля в структурах по стандарту являются «implementation defined» - потому их использования лучше избежать, но для меня соблазн слишком велик...

Мне становится не то что неспокойно на душе, а вообще становится хреново, когда я вижу в коде заполнение битовых полей при помощи масок и сдвигов, например так:

Unsigned field = 0x00530000; // ... field &= 0xFFFF00FF; field |= (id) << 8; // ... field &= 0xFFFFFF83; field |= (proto) << 2;
Всё это пахнет такой печалью и такими ошибками и их отладкой, что у меня сразу же начинается мигрень! И тут из-за кулис выходят они - Битовые Поля. Что самое удивительное - были они ещё в языке C, но кого ни спрашиваю - все в первый раз о них слышат. Этот беспредел надо исправлять. Теперь буду давать им всем ссылку, ну или хотя бы ссылку на эту статью.

Как вам такой кусок кода:

#pragma pack(push,1) struct IpHeader { uint8_t header_length:4; uint8_t version:4; uint8_t type_of_service; uint16_t total_length; uint16_t identificator; // Flags uint8_t _reserved:1; uint8_t dont_fragment:1; uint8_t more_fragments:1; uint8_t fragment_offset_part1:5; uint8_t fragment_offset_part2; uint8_t time_to_live; uint8_t protocol; uint16_t checksum; // ... }; #pragma pack(pop)
А дальше в коде мы можем работать с полями как и всегда работаем с полями в C/C++. Всю работу по сдвигам и т.д. берет на себя компилятор. Конечно же есть некоторые ограничения… Когда вы перечисляете несколько битовых полей подряд, относящихся к одному физическому полю (я имею ввиду тип который стоит слева от имени битового поля) - указывайте имена для всех битов до конца поля, иначе доступа к этим битам у вас не будет, иными словами кодом:

#pragma pack(push,1) stuct MyBitStruct { uint16_t a:4; uint16_t b:4; uint16_t c; }; #pragma pack(pop)
Получилась структура на 4 байта! Две половины первого байта - это поля a и b . Второй байт не доступен по имени и последние 2 байта доступны по имени c . Это очень опасный момент. После того как описали структуру с битовыми полями обязательно проверьте её sizeof !

Также порядок размещения битовых болей в байте зависит от порядка байтов. При порядке LITTLE_ENDIAN битовые поля раздаются начиная со первых байтов, при BIG_ENDIAN - наоборот…

Порядок байтов

Меня также печалят в коде вызовы функций htons() , ntohs() , htonl() , nthol() в коде на C++. На C это ещё допустимо, но не на С++. С этим я никогда не смирюсь! Внимание всё нижесказанное относится к C++!

Ну тут я буду краток. Я в одной из своих предыдущих статей уже писал что нужно делать с порядками байтов. Есть возможность описать структуры, которые внешне работают как числа, а внутри сами определяют порядок хранения в байтах. Таким образом наша структура IP-заголовка будет выглядеть так:

#pragma pack(push,1) struct IpHeader { uint8_t header_length:4; uint8_t version:4; uint8_t type_of_service; u16be total_length; u16be identificator; // Flags uint8_t _reserved:1; uint8_t dont_fragment:1; uint8_t more_fragments:1; uint8_t fragment_offset_part1:5; uint8_t fragment_offset_part2; uint8_t time_to_live; uint8_t protocol; u16be checksum; // ... }; #pragma pack(pop)
Внимание собственно обращать на типы 2-байтовых полей - u16be . Теперь поля структуры не нуждаются ни в каких преобразованиях порядка байт. Остаются проблемы с fragment_offset , ну а у кого их нет - проблем-то. Тем не менее тоже можно придумать шаблон, прячущий это безобразие, один раз его оттестировать и смело использовать во всём своём коде.

«Язык С++ достаточно сложен, чтобы позволить нам писать на нём просто» Как ни странно - Я

З.Ы. Планирую в одной из следующих статей выложить идеальные, с моей точки зрения, структуры для работы с заголовками протоколов стека TCP/IP. Отговорите - пока не поздно!

Структуры в си (c) - это объединенные данные, у которых есть некоторая логическая взаимосвязь. В отличие от массивов, структуры могут содержать данные разных типов. Вот пару примеров структур в си (c): структура класс (имя учащегося, буква класса, средний балл); структура футбольная команда (тренер, название команды, место в турнирной таблице). Т.е. структуру вы будете использовать довольно часто. Теперь давайте рассмотрим, как описываются структуры в си:

struct klass {
char name;
char klass_name;
float bal;
};

struct

Любая структура в языке си (c) должна начинаться с ключевого слова - struct , которое сообщает компилятору, что тут у нас будет структура. Все данные в структуре (struct) пишутся в фигурных скобках, и в конце ставится запятая с точкой (;). Советую сразу ставить запятую с точкой, что бы не было ошибок.

Как вы видите, в структуре (struct) у нас находятся данные различных типов, но они объединены в логическую связь, так как в моем примере они являются определенным школьным классом. Данные в структуре должны иметь уникальные имена, но в различных структурах можно использовать одинаковые названия.

Структура, которая создана выше не занимает в памяти компьютера места, так как мы, на самом деле, просто создали свой тип данных. Объявление структуры ни чем не отличается от объявления любого типа данных в языке си (c). Вот пример:

struct klass a, b, *c;

Мы объявили переменную а типа struct klass, массив b, состоящий из 5 элементов типа struct klass и указатель на переменную struct klass.

Так же можно объявлять переменные сразу после объявления структуры:

struct klass {
char name;
char klass_name;
float bal;
} a, b, *c;

А какие же операции можно проделывать со структурами? Ответ на этот вопрос лучше перечислить по пунктам:

присваивание полю структуры значение того же типа
можно получить адрес структуры. Не забываем операцию взятия адреса (&)
можно обращаться к любому полю структуры
для того, что бы определить размер структуры можно использовать операцию sizeof()

Инициализация структуры

Инициализация структуры в языке си (c) происходит так же, как и при инициализации массива. Вот пример инициализации структуры:

struct klass a = {"Sergey", "B", 4.5 };

Т.е. мы создаем переменную типа struct klass и присваиваем всем трем полям, которые у нас определенны в структуре, значения. Порядок очень важен при инициализации структуры , так как компьютер сам не может отсортировывать данные. Если какое-либо поле у вас будет не заполненным, то оно автоматом заполнится 0 - для целочисленных типов; NULL - для указателей; \0 (ноль-терминатор) - для строковых типов.

Структура — это агрегатный тип данных, так как может содержать в себе разнотипные элементы. Синтаксис объявления структуры в С++ отличается от C. Хотя версия C остается правильной для C++. Получается, что в С++ можно двумя стилями объявления структур пользоваться, а в языке C — только одной. Смотрим синтаксис объявления структуры в языке С++:

Struct Name { type atrib; // остальные элементы структуры } structVar1, structVar2, ...;

struct — ключевое слово, которое начинает определение структуры
Name — имя структуры
type — тип данных элемента структуры
atrib — элемент структуры
structVar1-2 — структурные переменные

Объявление структуры всегда должно начинаться с ключевого слова struct . Необязательно, чтобы структура имела имя, но тогда такая структура обязательно должна иметь структурные переменные, объявленные между закрывающей фигурной скобкой и точкой с запятой, строка 5. Обязательно в объявлении структуры должны присутствовать фигурные скобочки, они обрамляют тело структуры, в котором объявляются её атрибуты (элементы), строка 3. Структурные переменные, при объявлении структуры, указывать необязательно, строка 5.

Так как структура это тип данных, то, для того, чтобы использовать этот тип данных, необходимо объявить структурную переменную, а вместо типа данных указать имя структуры.

struct_name structVariable;

Синтаксис объявления структуры в языке Си:

Typedef struct name { type atrib1; type atrib2; // остальные элементы структуры... } newStructName structVar;

Синтаксис объявления структуры в языке Си предполагает два варианта. Первый, опустить ключевое слово typedef , при этом имя newStructName тоже не используется, и имя структуры, тогда обязательно необходимо при объявлении структуры использовать структурные переменные — structVar , строка 6. Смотрим пример:

Struct name structVar;

Или вы можете воспользоваться typedef , для объявления псевдонима структуры newStructName , псевдоним:

NewStructName structVar;

В любом случае, если вы хотите, объявить указатель на структуру внутри структуры, вы должны использовать первый синтаксис:

Struct name *struct_instance; // указатель на структуру

Объявление указателя на структуру

Синтаксис объявления указателя на структуру в Си неоднозначен. В Си, если вы не используете typedef при определении структуры, то, в обязательном порядке необходимо использовать структурные переменные, между закрывающейся фигурной скобочкой и точкой с запятой.
В C++, этого не требуется. Чтобы объявить указатель на структуру, в С++ вы просто перед именем структурной переменной ставите символ указателя — * .

StructName *structVar; // указатель на структуру structName

NewStructName *structVar; // newStructName должно быть объявлено с typedef

или так, тоже для СИ:

Struct name *structVar;

Доступ к элементам структуры

Доступ к элементам структуры так же прост, как использование символа «точка». Предположим. что у нас есть структурная переменная с именем car и у нее есть элемент с именем speed , к которому, мы сейчас получим доступ:

Car.speed;

Примечание: такой способ доступа к элементам структуры работает только в том случае, когда структура не является указателем на структуру.

Доступ к элементам указателя на структуру

Чтобы получить доступ к элементам структуры, через указатель на структуру, вместо оператора «точка», используйте оператор стрелка -> :

CarPtr->speed;

P.S.: Всем владельцам Android-смартфонов представляю хорошую подборку программ GPS навигаторов для android . В списке представлено около 20 программных продуктов, вы можете любой скачать и установить на свой девайс. Все программы абсолютно бесплатные.