Язык Си - руководство для начинающих

Слово "структура" используется двояко. Во-первых, в смысле "структурного шаблона", о котором мы только что рассказали. Шаблон является схемой без содержания; он сообщает компилятору, как делать что-либо, но нс вызывает никаких действий в программе. Следующий шаг заключается в создании "структурной переменной"; это и есть второй смысл слона структура. Строка нашей программы, создающая структурную переменную, выглядит так:

struct book libry;

На основании этого оператора компилятор создаст переменную libry. Согласно плану, установленному шаблоном book, он выделяет память для символьного массива, состоящего из MAXTIT-элементов, для символьного массива из MAXAUT-элементов и для переменной типа float. Эта память объединяется под именем libry. (В следующем разделе мы расскажем, как ее "разъединить", если понадобится.)

РИС. 14.1. Распределение памяти для структуры.

В этом описании struct book играет ту же роль, что и int или float в своих описаниях. Например, мы могли бы описать две переменные типа struct book или даже указатель на этот тип структуры:

struct book doyle panshin, *ptbook;

Каждая структурная переменная, doyle и panshin, имела бы части title, author и value. Указатель ptbook мог бы ссылаться на doyle, panshin или любую другую book-структуру. Для компьютера оператор нашей программы

struct book libry;

является сокращенной записью

struct book libry;

является сокращенной записью

struct book {

char title [MAXTIT];

char author [MAXAUT];

float value;

} libry; /* присоединяет имя переменной к шаблону */

Другими словами, процесс определения структурного шаблона и процесс определения структурной переменной можно объединить в один этап. Объединение шаблона и определений переменных является именно тем случаем, когда не нужно использовать имя типа структуры:

struct { /* без имени типа структуры */

char title [MAXTIT];

char author [MAXAUT];

float value;

} libry;

Форма с именем типа структуры удобнее, если вы используете структурный шаблон более одного раза.

Есть один аспект определения структурной переменной, который не нашел отражения в нашем примере - инициализация. Теперь мы хотим заняться этим вопросом.

Инициализация структуры

Мы видели, как инициализируются переменные и массивы:

int count = 0;

static int fibo[ ]={0, 1, 1, 2, 3, 5, 8};

Можно ли инициализировать и структурную переменную? Да, если структурная переменная будет внешней или статической. Здесь следует иметь в виду, что принадлежность структурной переменной к внешнему типу зависит от того, где определена переменная, а не где определен шаблон. В нашем примере шаблон book является внешним, а переменная libry - внутренней, так как она определена внутри функции и по умолчанию располагается в классе автоматической памяти. Предположим, мы создали такое описание:

static struct book libry;

В этом случае используется статическая память, и можно инициализировать структуру следующим способом:

static struct book libry={"Пират и девица",

"Рене Вивот",

1р.95 } ;

Чтобы сделать ассоциации более явными, мы дали каждому элементу свою собственную строку для инициализации, хотя компилятору требуются только запятые, чтобы отделить инициализацию одного элемента от инициализации следующего.

Продолжим наши разъяснения свойств структуры.

Настроим нашу программу инвентаризации на обработку, если потребуется, двух или трех (или, может быть, даже большего числа) книг. Очевидно, каждую книгу можно описать структурной переменной типа book. Для описания двух книг нам нужны две такие переменные и т. д. Для обработки нескольких книг потребуется массив таких структур, и мы его создали в программе, показанной на рис. 14.2.

/* инвентаризация большого количества книг */

#include

#define MAXTIT 40

#define MAXAUT 40

#define MAXBKS 100 /* максимальное количество книг */

#define STOP " " /* нулевая строка прекращает ввод */

struct book { /* создание шаблона типа book */

char title [MAXTIT];

char author [MAXAUT];

float value; };

main ( )

{

struct book libry[MAXBKS]; /* массив структур типа book */

int count = 0;

int index;

printf("Введите, пожалуйста, название книги.\n");

printf(" Нажмите клавишу [ввод] в начале строки для останова.\n");

while(strcmp(gets(libry [count].title), STOP) != 0 &&

count < MAXBKS)

{ printf("Введите теперь фамилию автора.\n");

gets(libry [count].author);

printf("Введите теперь цену.\n");

scanf(" %f", & libry [count++].value);

while(getchar()!='n'); /* очистите строку ввода */

if(counts < MAXBKS)

printf("Введите название следующей книги.\n");

} printf ("Вот список ваших книг: \n");

for(index = 0; index < count; index++)

printf("%s, %s: %p.2f\n", libry [index].title, libry[index].author,

libry[index].value);

}

РИC. 14.2. Программа инвентаризации большого количества книг.

Вот пример работы программы:

Введите, пожалуйста, название книги.

Нажмите клавишу [ввод] в начале строки для останова.

Искусство программирования

Введите теперь фамилию автора. Д.Кнут

Введите теперь цену.

5р.67

Введите название следующей книги.

... еще вводы...

Вот список ваших книг:

Искуство программирования для ЭВМ, Д.Кнут: 5р.67

ПЛ/1 для программистов, Скотт Р., Сондак Н: 1р.08

Программирование на языке Паскаль, П. Грогоно: 1р.30

Язык Фортран 77, Г. Кантан: 0р.80

Трансляция языков программирования, Ф. Вайнгартен: 0р.75

Язык Эсперанто, М.И. Исаев: 0р.60

Ассемблеры и загрузчики, Д.Баррон: 0р.30

Структурное программирование, У. Дал, Э. Дейкстра, К. Хоор: 1р.11

Операционные системы, Г. Катцан: 2р.25

Параллельные вычислительные системы, Б.А.Головкин: 2р.50

Следует обратить внимание на два важных момента, относящихся к массивам структур, - как описывать и как обращаться к отдельным их элементам. После разъяснения этих вопросов мы вернемся и сделаем пару замечаний по нашей программе.

Описание массива структур

Процесс описания массива структур совершенно аналогичен описанию любого другого типа массива:

struct book libry [MAXBKS];

Этот оператор объявляет libry массивом, состоящим из MAXBKS-элементов. Каждый элемент массива представляет собой структуру типа book. Таким образом, libry[0] является book-структурой, libry[1] - второй book-структурой и т. д. Рис. 14.3 может помочь вам представить это. Имя libry само по себе не является именем структуры; это имя массива, содержащего структуры.

РИС. 14.3. Maccив структур.

Определение элементов массива структур

При определении элементов массива структур мы применяем те же самые правила, которые используются для отдельных структур: сопровождаем имя структуры операцией получения элемента и именем элемента:

libry [0].value value - первый элемент массива

libry [4].title title - пятый элемент массива

Заметим, что индекс массива присоединяется к libry, а не к концу имени:

libry. value[2] /* неправильно */

libry[2].value /* правильно */

Мы используем libry[2].value, потому что libry[2] является именем структурной переменной точно так же, как libry[l] является именем другой структурной переменной, а ранее doyle было именем структурной переменной.

Между прочим, что бы это значило?

libry[2].title[4]

Это был бы пятый элемент элемента title (т. е. title[4]) структуры типа book, описанный третьей структурой (т.e. libry[2]). В нашем примере им был бы символ р. Это означает, что индексы, находящиеся справа от операции ".", относятся к отдельным элементам, в то время как индексы, расположенные слева от операции, относятся к массивам структур.

Теперь покончим с этой программой.

Детализация программы

Главное отличие ее от нашей первой программы заключается в том, что теперь создается цикл для считывания названий книг. Мы начинаем цикл с while-условия:

while(strcmp(gets(libry [count].title), STOP) != 0

&& count < MAXBKS)

Выражение gets(libry [count].title) считывает вводимую строку, содержащую название книги. Функция strcmp( ) сравнивает эту строку со STOP, которая является " " , т.e. пустой строкой. Если пользователь нажмет клавишу [ввод] в начале строки, то перепишется пустая строка и цикл закончится. Мы также должны проверять, не превысило ли число считанных на текущий момент книг предельного размера массива.

В программе есть странная строка while(getchar ( ) ! = '\n'); /* очистить строку ввода */

Она включена для того, чтобы использовать особенность функции scanf( ), которая игнорирует символы пробела и новой строки. Когда вы отвечаете на запрос об элементе value в структуре book, то вводите что-нибудь вроде

12.50 [ввод]

При этом передается последовательность символов

12.50\n

Функция scanf( ) собирает символы 1, 2, . , 5, 0, но опускает символ \n, стоящий там, и ожидает, что следом придет еще какой-нибудь оператор чтения. Если пропустить нашу странную строку, то следующим оператором чтения будет gets(libry [count].title) в операторе управления циклом. Он прочел бы оставшийся символ новой строки как первый символ, и программа решила бы, что мы послали сигнал останова. Поэтому мы и вставили такую странную строку. Если вы поняли это, то увидите, что она "проглатывает" символы до тех пор, пока не найдет и не получит символ новой строки. Функция ничего не делает с данным символом, только принимает его от устройства ввода. Это приводит к тому, что функция gets( ) снова начинает работать. Вернемся теперь к изучению структур.

Любители указателей будут рады узнать, что указатели можно использовать и для структур. Это хорошо по крайней мере по трем причинам. Во-первых, точно так же как указатели на массивы, они легче в использовании (скажем, в задаче сортировки), чем сами массивы, а указателями на структуры легче пользоваться, чем самими структурами. Во-вторых, структура не может использоваться в качестве аргумента функции, а указатель на структуру может. В-третьих, многие удобные представления данных являются структурами, содержащими указатели к другим структурам.

Следующий короткий пример (рис. 14.5) показывает, как определять указатель на структуру и как использовать его для получения элементов структуры.

/* указатель на структуру */

#define LEN 20 struct names {

char first [LEN];

char last [LEN]; };

struct guy {

struct names handle;

char favfood [LEN];

char job [LEN];

float income; };

main( ) {

static struct guy fellow [2] = {

{ "Франко", "Уотэл" }

"баклажан",

" вязальщик половиков ",

15435.00},

{{"Родней", "Свилбели" },

"лососевый мусс", "декоратор интерьера",

35000.00 } };

struct guy *him; /* ЭТО - - указатель па структуру */

printf("адрес #1: %u #2 : %u\n", &fellow[0],

&fellow[1]);

him = &fellow[0]; /* сообщает указателю, на что ссылаться */

printf("указатель #1: %u #2: %u \n ", him, him + 1);

printf("him -> доход $ %.2f: (*him).доход $ %.2f \n",

him -> доход, (*him).доход);

him++; /* указывает на следующую структуру */

printf("him -> favfood is %s : him -> names.last is %s\n",

him-> favfood, him -> handle.last);}

РИС. 14.5. Программа с использованием указателя на структуру.

Вот, пожалуйста, ее выход:

адрес #1: 12 #2: 96

указатель #1: 12 #2: 96

him -> доход $15435.00: (*him).доход $15435.00

him -> favfood лососевый мусс: him -> names.last

- Свилбели

Сначала посмотрим, как мы создали указатель на структуру guy. Затем научимся определять отдельные элементы структуры при помощи указателей.

Описание и инициализация указателя на структуру

Вот самое простое описание, какое только может быть:

struct guy *him;

Первым стоит ключевое слово struct, затем слово guy, являющееся именем структурного шаблона, далее * и за нею имя указателя. Синтаксис тот же, как для описаний других указателей, которые мы видели.

Теперь можно создать указатель him для ссылок на любые структуры типа guy. Мы инициализируем him, заставляя его ссылаться нa fellow[0]; заметим, что мы используем операцию получения адреса:

him = &fellow[0];

Первые две выведенные строки показывают результат этого присваивания. Сравнивая две строки, мы видим, что him ссылается на fellow[0], a him+1 - на fellow[l]. Заметим, что добавление 1 к him прибавляет 84 к адресу. Это происходит потому, что каждая guy-структура занимает 84 байта памяти: первое имя - 20, последнее имя - 20, favfood - 20, job - 20 и income - 4 байта (размер элемента типа float в нашей системе).

Доступ к элементу структуры при помощи указателя

him ссылается на структуру fellow[0]. Каким образом можно использовать him для получения значения элемента структуры fellow[0]? Третья выведенная строка даст для этого два способа.

Первый способ, наиболее общий, использует новую операцию ->. Она заключается в вводе дефиса (-) и следующего за ним символа "больше чем" (>). Пример помогает понять смысл сказанного:

him -> income - это fellow[0].income,

если him = &fellow[0]

Другими словами, структурный указатель, за которым следует операция ->, работает так же, как имя структуры с последующей операцией ".". (Мы не можем сказать him.income, потому что him не является именем структуры.)

Очень важно отметить, что him-указатель, а him - > income - элемент структуры, на которую делается ссылка. Таким образом, в этом случае him - > income является переменной типа float.

Второй способ определения значения элемента структуры вытекает из последовательности:

если him == &fellow[0], то *him == fellow[0]. Это так, поскольку & и * - взаимообратные операции. Следовательно, после подстановки

fellow[0].income == (*him).income

Круглые скобки необходимы, поскольку операция "." имеет приоритет выше, чем *.

Отсюда можно сделать вывод, что если him является указателем на структуру fellow[0], то следующие обозначения эквивалентны:

fellow[0].income == (*him).income == him->income

Давайте теперь посмотрим, как взаимодействуют структуры и функции.

Резюме: операции над структурами и объединениями

Эта операция используется с именем структуры или объединения для определения элемента этой структуры или объединения. Если name является именем структуры, a member - элементом, определенным структурным шаблоном, то name.member обозначает этот элемент структуры. Операция получения элемента может использоваться таким же образом для объединений.

Примеры

struct {

int code;

float cost;

} item;

item.code = 1265;

Данный оператор присваивает значение элементу code структуры item.

Вспомним, что аргументы функции передают значения в функцию. Каждое значение является либо числом типа int или float, либо ASCII-кодом или адресом. Структура гораздо сложнее, чем отдельная переменная, поэтому неудивительно, что саму структуру нельзя использовать в качестве аргумента функции. (Это ограничение снято в некоторых новых рeализациях.) Однако есть способы ввести информацию о структуре внутрь функции. Рассмотрим три способа (на самом деле два с вариациями).

Использование элементов структуры

Поскольку элемент структуры является переменной с единственным значением (т.е. типа int или одного из его "родственников" - char, float, double или указатель), он может быть передан как аргумент функции. Простая программа финансовых расчетов на рис. 14.6, которая прибавляет взнос клиента к его счету, иллюстрирует этот способ. Заметим, между прочим, что мы объединили определение шаблона, описание переменной и инициализацию в один оператор.

/* передача элементов структуры как аргументов функции */

struct funds {

char *bank;

float bankfund;

char *save;

float savefund; }

stan = { " Банк синьора Помидора",

1023.43,

" Сбережения и займы Снупи",

4239.87 };

main( )

{

float total, sum( );

extern struct funds stan; /* необязательное описание */

printf("У Стэна всего %.2f долл.\n", sum(stan.bankfund,

stan.savefund));

}

/* складывает два числа типа float */

float sum(x, у);

float x, у;

{ return( x + y); }

РИС. 14.6. Программа, передающая функции аргументы, являющиеся элементами структуры.

Результат выполнения этой программы:

У Стэна всего 5263.30 долл.

Вот это да, она работает. Заметим, что функция sum( ) "не знает", или же си безразлично, являются ли элементами структуры фактические аргументы; она только "требует", чтобы они имели тип float.

Конечно, если вы хотите, чтобы программа воздействовала на значение элемента в вызывающей программе, можно передать ей адрес этого элемента:

modify(&stan.bank fund);

и тогда получилась бы функция, которая изменила бы банковский счет в структуре stan.

Второй способ передачи информации о структуре заключается в возможности сообщить суммирующей функции, что она имеет дело со структурой.

Использование адреса структуры

Мы будем решать ту же самую задачу, что и прежде, но при этом использовать адрес структуры в качестве аргумента. Это хорошо, поскольку адрес представляет собой только одно число. Так как функция должна работать со структурой funds, она тоже должна использовать шаблон funds. См. рис. 14.7.

/* передача адреса структуры в функцию */

struct funds {

char *bank;

float bankfund;

char *save;

float savefund;

} stan = {

"Банк синьора Помидора" ,

1023.43,

" Сбережения и займы Снупи" ,

4239.87

};

main( )

{

float total, sum( );

printf(" У Стэна всего %.2f долл.\n", sum(&stan) );

}

float sum (money)

struct funds *money;

}

return( money-> bankfund + money-> savefund);

}

PИC. 14.7. Программа, передающая функции адрес структуры. Эта программа тоже выдает

У Стэна всего 5263.30 долл.

Функция sum( ) имеет указатель (money) на структуру fund. Передача адреса &stan в функцию заставляет указатель money ссылаться на структуру stan. Затем используем операцию - > для получения значений элементов stan.bankfund и stan.savefund.

Эта функция также имеет доступ к названиям учреждений, хотя их не использует. Заметим, что мы должны применять операцию & для получения адреса структуры. В отличие от имени массива имя структуры само по себе нe является синонимом своего адреса.

Наш следующий способ применим к массивам структур и является вариантом данного способа.

Использование массива

Предположим, у нас есть массив структур. Имя массива является синонимом его адреса, поэтому его можно передать функции. С другой стороны, функции будет необходим доступ к структурному шаблону. Чтобы показать, как такая программа работает (рис. 14.8), мы расширим нашу программу таким образом, чтобы она обслуживала двух человек, а мы, следовательно, имели бы массив двух структур funds.

/* передача массива структур в функцию */

struct funds {

char *bank;

float bankfund;

char *save;

float savefund; }

jones[2] ={

{ " Банк синьора Помидора" ,

1023.43,

" Сбережения и займы Снупи" ,

4239.87 },

{ " Банк Честного Джека",

976.57,

"Накопления по предварительному плану",

1760.13 } };

main( )

{

float total, sum( );

printf("Джонсы имеют всего %.2f долл.\n", sum(jones));

}

float sum(money);

struct funds *money;

{

float total;

int i;

for( i = 0, total = 0; i < 2; i++, money++ )

total += money- > bankfund + money -> savefund;

return(total);

}

РИС. 14. 8. Программа, передающая функции массив структур.

Программа выдает

Джонсы имеют всего 8000.00 долл.

(Что за круглая сумма! Можно подумать, что эти цифры взяты с потолка.) Имя массива jones является указателем на массив. В частности, оно ссылается на первый элемент массива, который является структурой jones[0]. Таким образом, в начале указатель money за дается через

money = &jones[0];

Затем использование операции - > позволяет нам добавить два вклада для первого Джонса. Это действительно очень похоже на последний пример. Далее, цикл for увеличивает указатель money на 1. Теперь он ссылается на следующую структуру, jones[1], и остаток вкладов может быть добавлен к total.

Вот два основных замечания:

1. Имя массива можно использовать для передачи в функцию указателя на первую структуру в массиве.

2. Затем можно использовать арифметическую операцию над указателем, чтобы передвигать его на последующие структуры в массиве. Заметим, что вызов функции

sum(&jones[0])

дал бы тот же самый эффект, что и применение имени массива, так как оба они ссылаются на один и тот же адрес. Использование имени массива является просто косвенным способом передачи адреса структуры.

Вопросы

1. Что неправильно в этом шаблоне?

structure {char itible;

int num [20];

char *togs;

};

2. Вот фрагмент программы; что она напечатает?

struct house {

float sqft;

int rooms;

int stories;

char *address; };

main ( ) {

static struct house fruzt = { 1560.0, 6, 1, " 22 Spiffo Road";

struct house *sign;

sign = &fruzt;

printf(" %d %d\n" , fruzt.rooms, sign-> stories);

printf(" %s\n", frurt.address);

prinlf(" %c %c \n" sign- >address[3], fruzt.address[4]);

}

3. Придумайте структурный шаблон, который будет содержать название месяца, трехбуквенную аббревиатуру месяца, количество дней в месяце и номер месяца.

4. Определите массив, состоящий из двенадцати структур того же типа, что и в вопросе 3, и инициализируйте его для не високосного года.

5. Напишите функцию, которая получает номер месяца, а возвращает общее число дней года вплоть до этого месяца. Считайте, что структурный шаблон и массив из вопросов 3 и 4 описаны как внешние.

6. Взяв за основу нижеследующую функцию typedet, опишите 10-элементный массив указанной структуры. Затем, используя присваивание отдельного элемента попытайтесь описать третьим элементом массива линзу Ремаркатара с фокусным расстоянием 500 мм и апертурой f / 2.0.

typedef struct { /* описатель линзы */

float foclen; /* фокусное расстояние, мм */

float fstop; /* апертура */

char *brand; /* фирменная марка */ } LENS;

Ответы:

1. Должно быть ключевое слово struct, а не structure. Шаблон требует либо имени структуры перед открывающей скобкой или имени переменной после закрывающей скобки. Кроме того, точка с запятой должна стоять после *togs и в конце шаблона.

2.

6 1

22 Spiffo Road S p

Элемент fruzt.address является символьной строкой, а fruzt.address[4] является пятым элементом этого массива.

3.

struct month {

char name[10]; /* или char *name; */

char abbrev[4]; /* или char *abbrev; */

int days;

int monumb; };

4.

struct month months [12] = {

{" Январь" , " Янв" , 31, 1} , {" Февраль" , " Фев" , 28, 2} ,

и т. л. {"Декабрь", "Дек" , 31, 12}

5.

days(monlh);

inl month;

{

int index, tolal;

if(month < 1 || month > 12)

return (-1); /* признак ошибки */

else

for(index = 0, total = 0; index < month; index++)

total + = months [index].days;

return (total);}

Заметим, что index содержит номер месяца, уменьшенный на единицу, так как массивы начинаются с индекса 0; следовательно, мы используем выражение index < month вместо index <= month.

6.

ЛИНЗА tubby [10];

tubby [2].foclen = 300.0;

tubby [2].fstop = 2.0;

tubby [2].brand = "Рсмаркатар";