Книга: Язык программирования Си для персонального компьютера

Объявление структуры

Объявление структуры

Структура позволяет объединить в одном объекте совокупность значений, которые могут иметь различные типы. Однако в языке Си реализован очень ограниченный набор операций над структурами как единым целым: передача функции в качестве аргумента, возврат в качестве значения функции, получение адреса. Можно присваивать одну структуру другой, если они имеют одинаковый тег.

Синтаксис:

struct [<тег>] {<список-объявлений-элементов>} <описатель> [,<описатель>…];

struct <тег> <описатель> [,<описатель>…];

Объявление структуры может задавать имя структурного типа и/или последовательность объявлений переменных, называемых элементами структуры. Эти элементы могут иметь различные типы.

Объявление структуры начинается с ключевого слова struct и имеет две формы записи, как показано выше. В первой форме типы и имена элементов структуры специфицируются в списке объявлений элементов. Необязательный в данном случае <тег> — это идентификатор, который именует структурный тип, определенный данным списком объявлений элементов.

<Описатель> специфицирует либо переменную структурного типа, либо указатель на структуру данного типа, либо массив структур данного типа, либо функцию, возвращающую структуру данного типа, либо более сложный объект, являющийся комбинацией перечисленных типов.

Вторая синтаксическая форма объявления использует тег структуры для ссылки на структурный тип, определенный где-то в другом месте программы. В этой форме объявления список объявлений элементов отсутствует. Объявление должно находиться в области действия данного тега, т. е. определение структурного типа, именованного тегом, должно предшествовать объявлению, использующему этот тег, за исключением двух случаев: когда тег используется для объявления либо указателя на структуру, либо структурного типа в typedef. Однако при этом определение структурного типа должно предшествовать использованию данного указателя либо типа, объявленного посредством typedef.

Список объявлений элементов представляет собой последовательность из одного или более объявлений переменных или битовых полей (см. ниже). Каждая переменная, объявленная в этом списке, называется элементом структуры. Особенность синтаксиса объявлений переменных в списке состоит в том, что они не могут содержать спецификаций класса памяти и инициализаторов. Элементы структуры могут иметь базовый тип, либо быть массивом, указателем, объединением или, в свою очередь, структурой.

Элемент структуры не может быть структурой того же типа, в которой он содержится. Однако он может быть объявлен как указатель на тип структуры, в которую он входит. Это позволяет создавать связанные списки структур.

Идентификаторы элементов структуры должны различаться между собой. Идентификаторы элементов разных структур могут совпадать. В пределах одной области действия тег структурного типа должен отличаться от тегов других структурных типов, тегов объединений и перечислимых типов.

Элементы структуры запоминаются в памяти последовательно в том порядке, в котором они объявляются: первому элементу соответствует меньший адрес памяти, а последнему — больший. Однако в СП ТС, если в одном объявлении содержатся описатели нескольких элементов, порядок их размещения в памяти будет обратным. Каждый элемент в памяти выровнен на границу, соответствующую его типу. Для микропроцессора Intel 8086/8088 это означает, что любой элемент, отличный от типа char или unsigned char, выравнивается на четную границу. Поэтому внутри структур могут появляться неименованные, пустые участки памяти между соседними элементами.

В версии 4.0 СП MSC элемент структуры, представляющий собой структуру нечетной длины, дополняется лишним байтом в конце, чтобы его длина стала четной. В версии 5.0 СП MSC это дополнение лишним байтом производится только в том случае, когда тип следующего элемента структуры требует его размещения с четного адреса.

В СП ТС по умолчанию выравнивания в структурах не производится, однако существует опция компиляции, специфицирующая выравнивание. При этом обеспечивается следующее:

—структура будет начинаться на границе машинного слова (иметь четный адрес);

—любой элемент, имеющий тип, отличный от char или unsigned char, будет иметь четное смещение от начала структуры;

—чтобы структура содержала четное число байтов, в конец структуры будет при необходимости добавлен лишний байт.

Битовые поля структур используются преимущественно в двух целях: для экономии памяти, поскольку позволяют плотно упаковать значения, и для организации удобного доступа к регистрам внешних устройств, в которых различные биты могут иметь самостоятельное функциональное назначение.

Объявление битового поля имеет следующий синтаксис:

<спецификация типа> [<идентификатор>]:<константное выражение>;

Битовое поле состоит из некоторого числа разрядов машинного слова. Число разрядов, т.е. размер битового поля, задается <константным виражением>. Константное выражение должно иметь неотрицательное целое значение. Это значение не может превышать числа разрядов, требуемого для представления значения специфицированного типа. Для битового поля в версия 4.0 СП MSC спецификация типа должна задавать беззнаковый целый тип (unsigned int). Для версии 5.0 СП MSC спецификация типа может задавать как знаковый, так и беззнаковый целый тип, причем любого размера — char, int, long. Однако знаковый целый тип для битовых полей реализован лишь синтаксически, а в выражениях битовые поля участвуют как беззнаковые значения. Недопустимы массивы битовых полей, указатели на битовые поля и функции, возвращающие битовые поля. Нельзя применять к битовым полям операцию адресации (&).

<Идентификатор> именует битовое поле. Его наличие, однако, необязательно. Неименованное битовое поле означает пропуск соответствующего числа битов перед размещением следующего элемента структуры. Неименованное битовое поле, для которого указан нулевой размер, имеет специальное назначение: оно гарантирует, что память для следующей переменной в этой структуре (в том числе и для следующего битового поля) будет начинаться на границе машинного слова (int). В версии 5.0 СП MSC выравнивание будет производиться на границу того типа, который задан для неименованного битового поля (char, int или long).

Битовое поле не может выходить за границу ячейки объявленного для него типа. Например, битовое поле, объявленное с типом unsigned int, упаковывается либо в пространство, оставшееся в текущей ячейке unsigned int от размещения предыдущего битового поля, либо, если предыдущий элемент структуры не был битовым полем или памяти в текущей ячейке недостаточно, в новую ячейку unsigned int.

В СП ТС битовое поле может иметь либо тип unsigned int, либо тип signed int. Поля целого типа хранятся в дополнительном коде; крайний левый бит — знаковый. Например, битовое поле типа signed int размером 1 бит может только хранить значение ?1 и 0, т.к. любое ненулевое значение будет интерпретироваться как -1.

Примеры:

/* пример 1 */

struct {

float х, у;

} complex;

/* пример 2 */

struct employee {

char name [20];

int id;

long class;

} temp;

/* пример 3 */

struct employee student, faculty, staff;

/* пример 4 */

struct sample {

char h; float *pf;

struct sample *next; )x;

/* пример 5 */

struct {

unsigned icon: 8;

unsigned color: 4;

unsigned underline: 1;

unsigned blink: 1;

} screen [25][80];

В первом примере объявляется переменная с именем complex, имеющая тип структура. Эта структура состоит из двух элементов х и у типа float. Тип структуры не поименован, поскольку тег в объявлении отсутствует.

Во втором примере объявляется переменная с именем temp, имеющая тип структура. Структура состоит из трех элементов с именами name, id и class. Элемент с именем name — это массив из 20 элементов типа char. Элементы с именами id и class — это простые переменные типа int и long соответственно. Структурный тип поименован тегом employee.

В третьем примере объявлены три переменные типа структура с именами student, faculty и staff. Объявление каждой из этих структур ссылается на структурный тип employee, определенный в предыдущем примере.

В четвертом примере объявляется переменная с именем х типа структура. Тип структуры поименован тегом sample. Первые два элемента структуры — переменная h типа char и указатель рf на значения типа float. Третий элемент с именем next объявлен как указатель на структуру того же самого типа sample.

В пятом примере объявляется двумерный массив с именем screen, элементы которого имеют структурный тип. Массив состоит из 2000 элементов. Каждый элемент — это отдельная структура, состоящая из четырех элементов — битовых полей с именами icon, color, underline и blink.

Оглавление книги