Как инициализировать структуру в си

Структуры

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

Объявления структур

«Объявление структуры» именует тип и задает последовательность переменных значений («элементы» или «поля» структуры), которые могут иметь разные типы. Необязательный идентификатор — тег — предоставляет имя типа структуры и может использоваться в последующих ссылках на тип структуры. Переменная этого типа структуры включает определенную этим типом последовательность целиком. Структуры в языке C аналогичны типам, известным в других языках как «записи».

Синтаксис

спецификатор-структуры-или-объединения:
struct-or-unionidentifier_opt<struct-declaration-list>
struct-or-unionidentifier

структура-или-объединение:
struct
union

список-объявлений-структуры:
struct-declaration
struct-declaration-liststruct-declaration

объявление-структуры:
specifier-qualifier-liststruct-declarator-list;

список-спецификаторов-и-квалификаторов:
type-specifierspecifier-qualifier-list_opt
type-qualifierspecifier-qualifier-list_opt

список-деклараторов-структуры:
struct-declaratorstruct-declarator-list,struct-declarator

декларатор-структуры:
declarator
type-specifierdeclarator_opt:constant-expression

Объявление типа структуры не оставляет места для структуры. Это всего лишь шаблон для последующих объявлений структурных переменных.

Ранее определенный идентификатор (тег) можно использовать для ссылки на структурный тип, определенный в другом месте. В этом случае список-объявлений-структур невозможно повторить, пока определение видно. Объявления указателей на структуры и объекты typedef для типов структуры могут использовать тег структуры до определения типа структуры. Однако определение структуры необходимо получить до выполнения каких-либо фактических действий с размером полей. Это неполное определение типа и тега типов. Для того чтобы это определение стало полным, определение типа должно отображаться позже в той же области.

Список-объявлений-структуры задает типы и имена элементов структуры. Аргумент список-объявлений-структуры содержит одну или несколько переменных или объявлений битовых полей.

Каждая переменная, объявленная в списке-объявлений-структуры, определяется как элемент структурного типа. Объявления переменных в списке-объявлений-структуры имеет ту же форму, что и другие объявления переменных, которые обсуждаются в этом разделе, с той разницей, что эти объявления не могут содержать описатели или инициализаторы класса хранения. Элементы структуры могут содержать любые типы переменной, кроме типа void , неполного типа или типа функции.

Невозможно объявить элемент так, чтобы он имел тип структуры, в которой отображается. Однако элемент можно объявить как указатель на структурный тип, в котором он отображается, при условии, что этот структурный тип имеет тег. Это позволяет создавать связанные списки структур.

Структуры имеют ту же область видимости, что и другие идентификаторы. Идентификаторы структур должны отличаться от всех тегов структур, объединений и перечислений с той же областью видимости.

Каждое объявление-структуры в списке-объявления-структуры должно быть уникальным в пределах списка. Однако имена идентификаторов в списке-объявления-структуры не должны отличаться от стандартных имен переменных или идентификаторов в других списках объявления структуры.

Доступ к вложенным структурам можно осуществлять так же, как если бы они были объявлены на уровне области файлов. Например, с данным объявлением

оба объявления являются допустимыми:

Примеры

В следующих примерах показаны объявления структуры.

Структура employee содержит три члена: name , id и class . Член name — это 20-элементный массив, а id и class — простые элементы с типом int и long соответственно. Идентификатор employee является идентификатором структуры.

В этом примере определяются три переменных структуры: student , faculty и staff . Каждая структура имеет такой же список из трех элементов. Эти элементы объявлены как имеющие структурный тип employee , определенный в предыдущем примере.

Структура complex содержит два элемента с типом float — x и y . Тип структуры не имеет тегов и, следовательно, является безымянным или анонимным.

Первые два элемента структуры — это переменная char и указатель на значение float . Третий элемент, next , объявляется как указатель на определяемый структурный тип ( sample ).

Анонимные структуры могут быть полезны, если именованный тег не требуется. Это происходит в том случае, если одно объявление определяет все экземпляры структуры. Пример:

Встроенные структуры часто являются анонимными.

Блок, относящийся только к системам Microsoft

Компилятор позволяет использовать безразмерный массив или массив нулевого размера в качестве последнего члена структуры. Это полезно, если размер константного массива различается при использовании в разных ситуациях. Объявление такой структуры выглядит следующим образом.

struct identifier<set-of-declarationstypearray-name[]; >;

Безразмерные массивы могут отображаться только в качестве последнего члена структуры. Структуры, содержащие объявления безразмерных массивов, могут вкладываться в другие структуры при условии, что никакие другие элементы не объявлены ни в одной из внешних структур. Массивы таких структур использовать не разрешается. Оператор sizeof , если он применен к переменной этого типа или к самому типу, предполагает, что размер массива равен 0.

Объявления структуры также можно задать без декларатора, если они являются элементами другой структуры или объединения. Уровень имен полей повышается до уровня внешней структуры. Например, безыменная структура выглядит следующим образом:

См. справочные сведения о структурах в разделе Элементы структур и объединений.

Завершение блока, относящегося только к системам Майкрософт

Структуры

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.

5. Биномиальная куча и сортировка на куче

Всё ещё не понятно? – пиши вопросы на ящик