Что такое структура struct
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
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
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.
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.
Структуры (struct) в C#
Объявление структуры
Для того, чтобы объявить переменную типа структуры в C# используется ключевое слово struct :
После ключевого слова struct следует имя структуры и далее, в фигурных скобках — элементы структуры (поля, методы и т.д.). Например, определим структуру, которая описывает точку в трехмерном пространстве:
Создание структуры
Как и в случае с классами, структуры в C# можно создавать с использованием ключевого слова new :
После того, как структура создана, её полям и свойствам можно присваивать значения (см. в предыдущем пункте).
Если структура содержит только публичные поля (не путать со свойствами) и методы, то можно не вызывать конструктор, а сразу назначить значение полей и после этого вызывать методы структуру. Например:
Начиная с версии C# 10 полям структуры можно присваивать значения по умолчанию, однако, в этом случае необходимо будет вызвать new(), чтобы создать экземпляр структуры. Например:
Если мы попытаемся вывести в консоль значения полей вот так:
то получим ошибку «Попытка доступа к неинициализированной переменной». Поэтому, необходимо получать доступ к переменной point с использованием оператора new:
Конструкторы структур
Здесь, опять же, структуры ничем не отличаются от классов C#. У любой структуры есть как минимум один конструктор (конструктор по умолчанию) без параметров. При этом, мы можем создавать свои конструкторы и точно также, как и с классами вызывать их по цепочке, например:
Создаем структуры ( struct )
Начиная с версии C# 10 мы можем также создать для структуры свой конструктор без параметров:
Инициализатор структур struct
Значения полей и свойств структуры, как в случае и с классами, можно задавать непосредственно при создании, используя следующую языковую конструкцию:
то есть вначале мы объявляем переменную, затем вызываем конструктор и затем в фигурных скобках указываем имена полей или свойств и их значения. Даже, если мы создадим и проинициализируем структуру вот так:
то значения полей будут теми, которые мы указываем в инициализаторе, т.е. 24, 45 и 22.
Копирование структур с изменением значений (оператор with)
Начиная с версии C# 10 мы можем копировать значения структур с изменениями, например:
Отличие структуры от класса в C#
Думаю, что после прочтения всего, что было выше, у любого начинающего программировать в C# человека возникнет резонный вопрос: если у структур в C# всё тоже самое, что и у классов. то зачем нам эти структуры нужны и, если всё-таки они нужны, то когда их использовать? Попробуем в кратце разобраться с этим вопросом вместе.
Структура — тип значений, класс — ссылочный тип
Если не вдаваться далеко в подробности работы программ, то основное отличие struct от class заключается в том, что структура храниться целиком в стеке, а объект класса храниться в куче, а ссылка на него — в стеке. В результате этого, доступ к данным структуре будет путь не намного, но быстрее, чем к классу. О том, что такое стек и куча мы ещё поговорим позднее.
Структуры не поддерживают наследование
В отличие от классов C#, наследование структур не поддерживается, то есть вот такой код приведет к ошибке:
Когда использовать структуры (struct), а когда классы (class) в C#
Конечно, вопрос о том, что лучше использовать зависит, в первую очередь, от того в контексте чего задается такой вопрос, но основная рекомендация от Microsoft может быть сформулирована следующим образом: структуры (struct) стоит использовать в том случае, если ваш объект содержит минимальное количество каких-либо логически связанных операций или не содержит их вообще.
Например, использование структур вполне оправдано в примерах выше — описание точки в трехмерном пространстве. Максимум логики, которую мы можем добавить в структуру — это переопределить операторы сложения, вычитания и равенства.
Если же мы пробуем описать с помощью своего типа данных, например, автомобиль, то тут уже логика может быть самая разветвленная: проверка наличия топлива в баке, технические характеристики, оценка состояния в зависимости от каких-либо внешних или внутренних факторов и т.д. Соответственно, в этом случае, более предпочтительным будет использование не структуры, а класса.
Итого
Как и классы в C#, структуры позволяют определить пользовательский тип данных в вашем проекте. При этом, на первый взгляд, структуры (struct) практически ни чем не отличаются от классов, однако различия есть: во-первых, структуры относятся к типам значений, во-вторых, структуры не поддерживают механизмов наследования. Использовать или не использовать структуры — решение самого разработчика, однако, рекомендуется использовать тип struct только в том случае, если ваш пользовательский тип данных содержит минимум бизнес-логики или не содержит её вовсе.
struct (C++)
struct Ключевое слово определяет тип структуры и (или) переменную типа структуры.
Синтаксис
Параметры
Спецификация шаблона
Необязательные спецификации шаблона. Дополнительные сведения см. в разделе спецификации шаблонов.
struct
ключевое слово struct ;
тегами
Имя типа, присваиваемое структуре. Тег становится зарезервированным ключевым словом в области структуры. Тег является необязательным. Если он опущен, определяется анонимная структура. Дополнительные сведения см. в разделе типы анонимных классов.
Комментарии
Тип структуры — это пользовательский составной тип. Он состоит из полей или членов, которые могут иметь разные типы.
В C++ структура является такой же, как и класс, за исключением того, что ее члены по public умолчанию имеют значение.
Сведения об управляемых классах и структурах в C++/CLI см. в разделе классы и структуры.
Использование структуры
В языке C struct для объявления структуры необходимо явно использовать ключевое слово. В C++ не нужно использовать struct ключевое слово после определения типа.
Если тип структуры определен путем размещения одной или нескольких разделенных запятыми имен переменных между закрывающей фигурной скобкой и точкой с запятой, имеется возможность объявления переменных.
Переменные структуры можно инициализировать. Инициализация каждой переменной должна быть заключена в скобки.
Связанные сведения см. в разделе класс, объединениеи перечисление.
Типы struct, union и enum в Modern C++
Язык C++ сильно изменился за последние 10 лет. Изменились даже базовые типы: struct, union и enum. Сегодня мы кратко пройдёмся по всем изменениям от C++11 до C++17, заглянем в C++20 и в конце составим список правил хорошего стиля.
Зачем нужен тип struct
Тип struct — фундаментальный. Согласно C++ Code Guidelines, struct лучше использовать для хранения значений, не связанных инвариантом. Яркие примеры — RGBA-цвет, вектора из 2, 3, 4 элементов или информация о книге (название, количество страниц, автор, год издания и т.п.).
Он похож на class, но есть два мелких различия:
Согласно C++ Core Guidelines, struct хорошо применять для сокращения числа параметров функции. Этот приём рефакторинга известен как «parameter object».
Кроме того, структуры могут сделать код более лаконичным. Например, в 2D и 3D графике удобнее считать в 2-х и 3-х компонентных векторах, чем в числах. Ниже показан код, использующий библиотеку GLM (OpenGL Mathematics)
Эволюция struct
В C++11 появилась инициализация полей при объявлении.
Ранее для таких целей приходилось писать свой конструктор:
Вместе с инициализацией при объявлении пришла проблема: мы не можем использовать литерал структуры, если она использует инициализацию полей при объявлении:
В C++11 и C++14 это решалось вручную написанием конструктора с boilerplate кодом. В C++17 ничего дописывать не надо — стандарт явно разрешает агрегатную инициализацию для структур с инициализаторами полей.
В примере написаны конструкторы, необходимые только в C++11 и C++14:
В C++20 агрегатная инициализация обещает стать ещё лучше! Чтобы понять проблему, взгляните на пример ниже и назовите каждое из пяти инициализируемых полей. Не перепутан ли порядок инициализации? Что если кто-то в ходе рефакторинга поменяет местами поля в объявлении структуры?
В C11 появилась удобная возможность указать имена полей при инициализации структуры. Эту возможность обещают включить в C++20 под названием «назначенный инициализатор» («designated initializer»). Подробнее об этом в статье Дорога к С++20.
В C++17 появился structured binding, также известный как «декомпозиция при
объявлении». Этот механизм работает со структурами, с std::pair и std::tuple и дополняет агрегатную инициализацию.
В сочетании с классами STL эта фишка может сделать код элегантнее:
Зачем нужен тип union
Вообще-то в C++17 он не нужен в повседневном коде. C++ Core Guidelines предлагают строить код по принципу статической типобезопасности, что позволяет компилятору выдать ошибку при откровенно некорректной обработке данных. Используйте std::variant как безопасную замену union.
Если же вспоминать историю, union позволяет переиспользовать одну и ту же область памяти для хранения разных полей данных. Тип union часто используют в мультимедийных библиотеках. В них разыгрывается вторая фишка union: идентификаторы полей анонимного union попадают во внешнюю область видимости.
Эволюция union
В C++11 вы можете складывать в union типы данных, имеющие собственные конструкторы. Вы можете объявить свой констуктор union. Однако, наличие конструктора ещё не означает корректную инициализацию: в примере ниже поле типа std::string забито нулями и вполне может быть невалидным сразу после конструирования union (на деле это зависит от реализации STL).
В C++17 код мог бы выглядеть иначе, используя variant. Внутри variant использует небезопасные конструкции, которые мало чем отличаются от union, но этот опасный код скрыт внутри сверхнадёжной, хорошо отлаженной и протестированной STL.
Зачем нужен тип enum
Тип enum хорошо использовать везде, где есть состояния. Увы, многие программисты не видят состояний в логике программы и не догадываются применить enum.
Ниже пример кода, где вместо enum используют логически связанные булевы поля. Как думаете, будет ли класс работать корректно, если m_threadShutdown окажется равным true, а m_threadInitialized — false?
Другой пример — магические числа, без которых якобы никак. Пусть у вас есть галерея 4 слайдов, и программист решил захардкодить генерацию контента этих слайдов, чтобы не писать свой фреймворк для галерей слайдов. Появился такой код:
Даже если хардкод слайдов оправдан, ничто не может оправдать магические числа. Их легко заменить на enum, и это по крайней мере повысит читаемость.
Иногда enum используют как набор флагов. Это порождает не очень наглядный код:
Возможно, вам лучше использовать std::bitset :
Иногда программисты записывают константы в виде макросов. Такие макросы легко заменить на enum или constexpr.
Эволюция enum
Кроме того, для enum и scoped enum появилась возможность явно выбрать тип, используемый для представления перечисления в сгенерированном компилятором коде:
В некоторых новых языках, таких как Swift или Rust, тип enum по умолчанию является строгим в преобразованиях типов, а константы вложены в область видимости типа enum. Кроме того, поля enum могут нести дополнительные данные, как в примере ниже
Правила хорошего стиля
Подведём итоги в виде списка правил:
Из таких мелочей строится красота и лаконичность кода в телах функций. Лаконичные функции легко рецензировать на Code Review и легко сопровождать. Из них строятся хорошие классы, а затем и хорошие программные модули. В итоге программисты становятся счастливыми, на их лицах расцветают улыбки.
Сложные типы данных в Си
Структура — это объединение нескольких объектов, возможно, различного типа под одним именем, которое является типом структуры. В качестве объектов могут выступать переменные, массивы, указатели и другие структуры.
Структуры позволяют трактовать группу связанных между собой объектов не как множество отдельных элементов, а как единое целое. Структура представляет собой сложный тип данных, составленный из простых типов.
Общая форма объявления структуры:
После закрывающей фигурной скобки > в объявлении структуры обязательно ставится точка с запятой.
Пример объявления структуры
В указанном примере структура date занимает в памяти 12 байт. Кроме того, указатель *month при инициализации будет началом текстовой строки с названием месяца, размещенной в памяти.
При объявлении структур, их разрешается вкладывать одну в другую.
Инициализация полей структуры
Инициализация полей структуры может осуществляться двумя способами:
В первом способе инициализация осуществляется по следующей форме:
Имя элемента структуры является составным. Для обращения к элементу структуры нужно указать имя структуры и имя самого элемента. Они разделяются точкой:
Второй способ инициализации объектов языка Си с использованием функций ввода-вывода.
Объединения
Объединениями называют сложный тип данных, позволяющий размещать в одном и том же месте оперативной памяти данные различных типов.
Размер оперативной памяти, требуемый для хранения объединений, определяется размером памяти, необходимым для размещения данных того типа, который требует максимального количества байт.
Когда используется элемент меньшей длины, чем наиболее длинный элемент объединения, то этот элемент использует только часть отведенной памяти. Все элементы объединения хранятся в одной и той же области памяти, начиная с одного адреса.
Общая форма объявления объединения
Объединения применяются для следующих целей:
Например, удобно использовать объединения, когда необходимо вещественное число типа float представить в виде совокупности байтов
Результат выполнения: 
Пример Поменять местами два младших байта во введенном числе
Результат выполнения 
Битовые поля
Используя структуры, можно упаковать целочисленные компоненты еще более плотно, чем это было сделано с использованием массива.
Набор разрядов целого числа можно разбить на битовые поля, каждое из которых выделяется для определенной переменной. При работе с битовыми полями количество битов, выделяемое для хранения каждого поля отделяется от имени двоеточием
При работе с битовыми полями нужно внимательно следить за тем, чтобы значение переменной не потребовало памяти больше, чем под неё выделено.
Пример Разработать программу, осуществляющую упаковку даты в формат 
Результат выполнения 
Массивы структур
Работа с массивами структур аналогична работе со статическими массивами других типов данных.
Пример Библиотека из 3 книг
Результат выполнения 
Указатели на структуры
Доступ к элементам структуры или объединения можно осуществить с помощью указателей. Для этого необходимо инициализировать указатель адресом структуры или объединения.
Для организации работы с массивом можно использовать указатель. При этом обращение к полям структуры через указатель будет выглядеть как:
указатель — указатель на структуру или объединение;
поле — поле структуры или объединения;
Динамическое выделение памяти для структур
Пример Библиотека из 3 книг
Комментариев к записи: 37
struct date
<
int day; // 4 байта
char *month; // 4 байта
int year; // 4 байта
>;
# if ndef department_h
#define department_h
#include
struct Office
<
char title[50];
struct <
int amount; // количество сотрудников
char lastname[50]; // фамилия начальника
> inc;
struct <
int year;
int month;
> date;
#include //подключаем основную библиотеку
#include
#include //подключаем библиотеку математики
#include //подключаем библиотеку языков
#include
#include «department.h»
#define N 0
int small( struct Office* a, int n, int year, int month)
<
int i = 0, index = 0, min = 0;
while ((a[i].date.year > year) || (a[i].date.month > month) && (a[i].date.year == year)) //сравниваем дату создания с датой, введенной нами
<
i++;
>
index = i;
min = a[i].inc.amount;
for (i; i //находим самый маленький отдел и сравниваем дату с другими датами создания отдела
<
if ((a[i].inc.amount return index;
>
int main()
<
setlocale(LC_ALL, «Rus» ); //включение локализации
setlocale(LC_NUMERIC, «Eng» ); //использование «.» в дробных значениях
int n = 0, year = 0, month = 0;
n = sizeof (A) / sizeof (A[0]); //размер (в байтах) всего массива, то есть сумма всех элементов/ размер (в байтах) одной структуры (50)
for ( int i = 0; i # else
struct Office A[19];
create(A, &n);
for ( int i = 0; i #endif