Инициализация структуры в си (c struct). Структуры в си и их передача
Структура - это совокупность переменных, объединенных одним именем, предоставляющая общепринятый способ совместного хранения информации. Объявление структуры приводит к образованию шаблона, используемого для создания объектов структуры. Переменные, образующие структуру, называются членами структуры. (Члены структуры также часто называются элементами или полями.)
Обычно все члены структуры связаны друг с другом. Например, информация об имени и адресе, находящаяся в списке рассылки, обычно представляется в виде структуры. Следующий фрагмент кода объявляет шаблон структуры, определяющий имя и адрес. Ключевое слово struct сообщает компилятору об объявлении структуры.
Struct addr {
char name;
char street ; char city;
char state;
unsigned long int zip;
};
Объявление завершается точкой с запятой, поскольку объявление структуры - это оператор. Имя структуры addr идентифицирует структуру данных и является спецификатором типа. Имя структуры часто используют как ярлык.
На данный момент на самом деле не создано никакой переменной. Определена только форма данных. Для объявления настоящей переменной, соответствующей данной структуре, следует написать:
Struct addr addr_info;
В данной строке происходит объявление переменной addr_info типа addr. При объявлении структуры определяется переменная смешанного типа. До тех пор, пока не будет объявлена переменная данного типа, она не будет существовать.
Когда объявлена структурная переменная, компилятор автоматически выделяет необходимый участок памяти для размещения всех ее членов. Рис. показывает размещение addr_info в памяти.
При объявлении структуры можно одновременно объявить одну или несколько переменных.
Например:
Struct addr {
char name;
char street;
char city;
char state;
unsigned long int zip;
} addr_info; binfo, cinfo;
объявляет структуру addr и объявляет переменные addr_info, binfo, cinfo данного типа.
Важно понять, что каждая вновь создаваемая структурная переменная содержит свои собственный копии переменных, образующих структуру. Например, поле zip переменной binfo отделено от поля zip переменной cinfo. Фактически, единственная связь между binfo и cinfo заключается в том, что они обе являются экземплярами одного типа структуры. Больше между ними нет связи.
Если необходима только одна структурная переменная, то нет необходимости в ярлыке структуры. Это означает, что
Struct {
char name;
char street;
char city;
char state;
unsigned long int zip;
} addr_info;
Объявляет одну переменную addr_info с типом, определенным предшествующей ей структурой. Стандартный вид объявления структуры следующий:
struct ярлык {
тип имя переменной;
тип имя переменной;
тип имя переменной;
} структурные переменные;
Ярлык - это имя типа структуры, а не имя переменной. Структурные переменные - это разделенный запятыми список имен переменных. Следует помнить, что или ярлык, или структурные переменные могут отсутствовать, но не оба.
А теперь только представьте — вы сами можете создавать, своего рода, типы данных, которые вам необходимы и с которыми вам будет удобно работать! И это несложно!
Структура — это, некое объединение различных переменных (даже с разными типами данных), которому можно присвоить имя. Например можно объединить данные об объекте Дом: город (в котором дом находится), улица, количество квартир, интернет(проведен или нет) и т.д. в одной структуре. В общем, можно собрать в одну совокупность данные обо всем, что угодно, точнее обо всем, что необходимо конкретному программисту. Всем сразу стало понятно:)
Если вы только приступаете к знакомству со структурами в С++, сначала, вам необходимо ознакомиться с синтаксисом структур в языке С++ . Рассмотрим простой пример, который поможет познакомиться со структурами и покажет, как с ними работать. В этой программе мы создадим структуру, создадим объект структуры, заполним значениями элементы структуры (данные об объекте) и выведем эти значения на экран. Ну что же, приступим!
#include
В строках 4 — 10 мы создаем структуру. Чтобы ее объявить используем зарезервированное слово struct и даем ей любое, желательно логичное, имя. В нашем случае — building . С правилами именования переменных, вы можете ознакомиться в этой статье . Далее открываем фигурную скобку { , перечисляем 4 элемента структуры через точку с запятой; , закрываем фигурную скобку } и в завершении ставим точку с запятой; . Это будет нашим шаблоном (формой) структуры.
В строке 16 объявляем объект структуры. Как и для обычных переменных, необходимо объявить тип данных. В этом качестве выступит имя нашей созданной структуры — building .
Как же заполнить данными (инициализировать) элементы структуры? Синтаксис таков: Имя объекта далее оператор точка. и имя элемента структуры. Например: apartment1.owner . Таким образом, в строках 18-21 присваиваем данные элементам структуры.
И так, данные мы внесли. Следующий вопрос: «Как к ним обратиться, как работать и использовать их в программе?» Ответ — «Очень просто — так же, как и при инициализации, используя точку. и имя элемента структуры». В строках 23 — 26 выводим заполненные элементы структуры на экран.
И вот что мы увидим в результате, когда скомпилируем нашу программу:
Владелец квартиры: Денис Квартира находится в городе: Симферополь Количество комнат: 5 Стоимость: 150000 $
Что ещё важно знать:
- Объект структуры можно объявить до функции main() . Это выглядело бы так:
- Инициализировать структуру можно и таким способом:
но так делают крайне редко;
- Структуру можно вкладывать в другие структуры (это мы рассмотрим в следующем примере).
Дополним предыдущий пример, чтобы увидеть дополнительные возможности работы со структурами.
Пример:
#include
Коментарии по коду программы:
Строка 17 — создание объекта built типа date в определении структуры building . Строки 42 — 43 : создаем указатель на структуру struct building *pApartment; и далее присваиваем ему адрес уже созданного и заполненного данными объекта pApartment = &apartment1; . Обращаясь к элементам структуры через указатель мы используем оператор -> (тире и знак >) . Это видно в строках 47 — 51.
В строке 62 показано, как можно инициализировать структуру. А именно, можно создать новый объект структуры и присвоить ему одним целым, уже созданный и заполненный данными, объект. В функцию show() передаем объект структуры, как параметр — строка 64. Результат:
Владелец квартиры: Денис
Квартира находится в городе: Симферополь
Количество комнат: 5
Стоимость: 150000 $
Дата постройки: январь 2013
Владелец квартиры: Игорь
Квартира находится в городе: Киев
Количество комнат: 4
Стоимость: 300000 $
Дата постройки: январь 2012
Для продолжения нажмите любую клавишу. . .
Разобрав этот пример, мы увидели на практике следующее:
- структуру можно вкладывать в другую структуру;
- увидели, как создаётся указатель на структуру;
- как нужно обращаться к элементу структуры через указатель. А именно, используя оператор -> ; В примере это было так: apartment0->owner , но можно и так (*apartment0).owner . Круглые скобки, во втором случае, обязательны.
- данные одной структуры можно присвоить другой структуре;
- можно структуру передать в функцию, как параметр (кстати, элементы структуры так же можно передавать в функцию, как параметры).
В дополнение ко всему, следует отметить, что функции могут так же возвращать структуры в результате своей работы. Например:
Building Set() { building object; // формирование объекта //... код функции return object; }
Вот так, вкратце, мы познакомились со структурами в языке С++, попрактиковались на примерах и узнали основы. Это только начало!
Пока мы рассматривали одну сложную структуру (сложный тип) - массив; одним из основных свойств массива является однотипность его компонент. Многие информационно-логические задачи связаны с обработкой документов, содержащих в себе информация разного типа (числовую, символьную и т. д.) Примеры таких документов: платежные ведомости (фамилии и имена - символьная информация, денежные суммы - числовая), карточки больных в поликлинике, библиотечная информация. Для программирования алгоритмов обработки такой информации необходимо иметь сложный тип, объединяющий разнотипные компоненты. Таким типом является структура в Си (в Паскале запись).
Структурная переменная, или просто структура, состоит из нескольких переменных (называемых полями), возможно, разного типа.
Структура
|
тип "структура" (шаблон) |
переменная типа "структура " |
|
Описание шаблона : |
Описание структурной переменной |
|
typedef struct { Тип1 Список1ИменПолей; |
struct ИмяШаблона ИмяПеременной |
|
Тип2 Список2ИменПолей; | |
|
ТипN СписокNИменПолей; |
ключевое struct слово не нужно пpи |
|
} ИмяШаблона |
использовании typedef |
|
или struct ИмяШаблона | |
|
{ Тип1 Список1ИменПолей;¦ | |
|
Тип2 Список2ИменПолей; | |
|
ТипN СписокNИменПолей; | |
typedef struct {char author; char title;/*описание*/
int year; float price} BOOK; /*шаблона BOOK*/
/*или можно описать тот же самый шаблон так:
struct BOOK {char author; char title;
int year; float price} ;*/
struct BOOK b;/*описание структурной переменной b*/
Память, занимаемая структурой, равна сумме объемов памяти полей (если исключить из рассмотрения особенности, связанные с выравниванием). В любом случае для определения размера памяти структуры можно использовать операцию sizeof(). Шаблон ВООК, например, описывает структуру размером памяти 70.
Обращение к полю структурной переменной:
ИмяСтруктуры.ИмяПоля или АдресСтруктуры ->ИмяПоля
. (точка) и ->являются операциями, соответственно, прямого и косвенного выбора компоненты структурированной переменной.
Например,
struct BOOK a,*pnta=&a;...
a.author="Byron"; pnta->author="Byron"; /*эквивалентные операторы*/
Пример. Задача примера 2 п.3.1.4 в нижеприведенной программе выполнена с использованием структур (а не строк).
#include
#include
#include
{ /*структура сведений об игрушках*/
typedef struct {int nu;/*номер*/
char name;/*наименование*/
int minage,maxage;/*мин. и макс. возраст ребенка*/
double rub /*стоимость*/;}TOYS;
TOYS toy;/*переменная типа записьTOYS */
double max; /*максимальная стоимость*/
char namemax;/*название самого дорогого конструктора*/
int n /*число игрушек*/,i/*номер игрушки*/;
puts("Введите число наименований игpушек");
for (i=0;
i /*в
цикле ввод сведений об игрушках и
проверка условий*/ fflush(stdin); /*очистка буфера
устройства ввода послеscanf
*/ printf("
Введите сведения об игpушке с номеpом
%2d\n",toy.nu); puts("наименование"); puts("мин. и макс. возpаст и стоимость"); scanf("%d%d%lf",&toy.minage,&toy.maxage,&toy.rub); if
((strstr(toy.name,"констpуктоp")!=NULL || strstr(toy.name,"Констpуктоp")!=NULL) && (toy.maxage <= 7) && (toy.rub>max)) strcpy(namemax,toy.name); puts(" Констpуктоpов для детей до семи
лет нет"); {
printf("Cамый доpогой констpуктоp для
детей до семи лет\n"); printf(" %s стоит %8.0f pублей\n",namemax,max); В Си существует еще один сложный тип,
описание которого формально похоже на
структуру. Это тип (и переменная)
объединение
. Объединение - это переменная, содержащая
поля разного типа, помещаемые в одно и
то же место памяти. По существу объединение
дает способ различной интерпретация
содержимого памяти. Описание шаблона
(типа) объединения и переменной этого
типа выполняется также, как для структуры,
только вместо ключевого слова struct
используетсяunion
. Размер памяти,
занимаемой объединением, равен
максимальному из размеров полей. 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. 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}");
}
}
Структура - это удобное хранилище для разнородных данных, которые хочется объединить. К примеру, вы можете создать структуру, описывающую параметры вашего устройства - сетевые настройки, таймаут спящего режима, его идентификатор и прочее подобное, типа какой-нибудь строки приветствия и состояния светодиода. Раз все параметры будут храниться в одном месте - они всегда будут на виду, да и нормальные IDE будут вам подсказывать поля структуры при обращении к ним. Ещё мы рассмотрим хранение и восстановление структур из архива, а также их передачу по сети. Объявление такой структуры: Struct {
uint32_t ID;
char IP;
uint16_t timeout;
bool led;
char text;
} params;
Как это работает? В си довольно удобный синтаксис, в том плане что многие вещи записываются как «тип_данных переменная», начиная с «int i» заканчивая «void main() {}». Так и здесь, кодовое слово struct начинает объявление структуры, и весь кусок кода «struct { … }» просто задаёт новый тип. Соответственно, params - это уже готовая переменная (экземпляр типа), которую можно использовать. Внутри фигурных скобок перечислены все поля структуры, которые потом будут доступны так: params.ID или params.IP. Длина полей должна быть фиксированной, поэтому нельзя использовать строки вида *text, только массивы вида text. Можно было сделать немного иначе: объявить только тип, а переменную завести позже. Для этого мы использовали бы ключевое слово typedef и написали так: Typedef struct {
uint32_t ID;
char IP;
uint16_t timeout;
bool led;
char text;
} params_struct;
params_struct params;
Так появляется возможность оставить все объявления структурных типов в отдельном файле (header), а в главном файле просто использовать уже готовые структурные типы для объявления структур прямо по месту. Конечно, в обоих вариантах вы можете объявить сколько угодно экземпляров структур, или создать массив из них: Struct {
uint32_t ID;
char IP;
uint16_t timeout;
bool led;
char text;
} params1, params2, params;
Вариант с массивом особенно удобен для сервера в клиент-серверной топологии сети - на каждом клиенте хранятся в структуре его собственные параметры, а на мастер-устройстве располагается таблица параметров всех клиентов в виде массива структур. В принципе, ничего сложного в структурах нет, а с темой серверов и клиентов мы плавно подошли к более интересной теме: Для многих будет удивлением то, что данные структуры хранятся в памяти в виде плоского списка, все поля структуры просто идут в памяти друг за другом. Поэтому становится возможным обращаться с этой структурой как с простым массивом байт! Проверим, создадим массив «поверх» этой структуры. Начальное смещение получим так: Char *Bytes = ¶ms;
мы объявили указатель char и поместили в него адрес params. Теперь Bytes указывает на первый байт структуры, и при последовательном чтении мы побайтно прочитаем всю структуру. Но сколько байт нужно прочитать? Для этого рассмотрим две интересных функции. Это даже не функции, а встроенные макросы языка Си. Начнём с более простой, sizeof
. Компилятор заменяет все записи вида sizeof X на значение длины Х. В качестве X может выступать как тип, так и экзмепляр типа, т.е. в нашем случае можно подставить в sizeof и тип структуры (если мы его заводили с помощью typedef), и саму переменную структуры так: sizeof params_struct или sizeof params. Она пройдёт по всем полям структуры, сложит их длины и отдаст сумму, которая и будет длиной структуры. offsetof
- настоящий макрос, который принимает два параметра (структуру _s_ и поле _m_ в ней) и отдаёт положение этого поля в структуре, его смещение относительно начала структуры. Выглядит этот макрос очень просто: Offsetof(s, m) (size_t)&(((s *)0)-›m).
Как он работает? Магия именно в первом шаге, в котором мы берём 0. Благодаря этому на четвёртом шаге абсолютный адрес поля, вычисленный компилятором, оказывается отсчитан относительно начала структуры - структуру-то мы положили в адрес 0. Таким образом, после выполнения этого макроса мы реально имеем смещение поля относительно начала структуры. Понятно, что этот макрос правильно определит смещения даже в сложных и вложенных структурах. Здесь нужно сделать небольшое отступление. Дело в том, что я рассматривал самый простой случай, когда поля упакованы точно вслед друг за другом. Есть и другие методы упаковки, которые называются «выравнивание». К примеру, можно выдавать каждому полю «слот», кратный 4 байтам, или 8 байтам. Тогда даже char будет занимать 8 байт, и общий размер структуры вырастет, а все смещения сдвинутся и станут кратны выравниванию. Эта штука полезна при программировании для компьютера, поскольку из-за грануляции ОЗУ процессор гораздо быстрее умеет извлекать из памяти выровненные данные, ему требуется на это меньше операций. Окей, теперь мы умеем представлять любую структуру в виде массива байт, и обратно. Вы поняли фишку? У нас теперь одна и та же область памяти имеет роли «структура» и «массив». Изменяем что-то в структуре - меняется массив, меняем массив - меняется структура. В этом - суть процесса! У нас нет отдельного массива, потому что сама структура - это уже массив, и мы просто обращаемся к памяти разными методами. И у нас нет никаких копирующих циклов по полям или по байтам, этот цикл будет уже сразу в функции передачи. Теперь осталось лишь научиться удобно с этим всем работать. Чтобы создать архивную копию структуры, для передачи по сети или для складывания её в надёжное место - отдайте в вашу функцию передачи данных адрес этого массива. К примеру, моя функция записи массива данных в EEPROM выглядит так: I2C_burst_write (I2Cx, HW_address, addr, n_data, *data). Вам просто нужно вместо n_data передать sizeof params, а вместо *data - ¶ms: I2C_burst_write (I2Cx, HW_address, addr, sizeof params, ¶ms)
Функции передачи данных по сети обычно выглядят примерно так же. В качестве данных передавайте ¶ms, а в качестве длины данных - sizeof params. Всё точно так же. Моя функция чтения массива из EEPROM: I2C_burst_read (I2Cx, HW_address, addr, n_data, *data). n_data = sizeof params, *data = ¶ms: I2C_burst_read (I2Cx, HW_address, addr, sizeof params, ¶ms)
Не забывайте, что вы сразу пишете принятые байты непосредственно в структуру. При медленной или ненадёжной передаче имеет смысл записать данные во временный буфер, и после их проверки передать их в структуру через Memcpy(¶ms, &temp_buffer, sizeof params).
Реализовав эти методы, мы воплотим удобную синхронизацию двух структур, находящихся на разных компьютерах: клиент-микроконтроллер может быть хоть на другой стороне земного шара от сервера, но передать структуры будет всё так же просто. И зачем же мы так долго рассматривали макрос offsetof? Его очень удобно использовать для чтения и записи отдельных полей структуры, например так: I2C_burst_write (I2Cx, HW_address, addr + offsetof(params, IP), sizeof params.IP, ¶ms.IP)
I2C_burst_read (I2Cx, HW_address, addr + offsetof(params, IP), sizeof params.IP, ¶ms.IP)
Ну и вообще, было бы неплохо сделать удобные макросы-обёртки для этой цели.
#define store(structure, field) I2C_burst_write (I2Cx, HW_address, addr + offsetof(structure, field), sizeof(structure.field), &(structure.field))
#define load(structure, field) I2C_burst_read (I2Cx, HW_address, addr + offsetof(structure, field), sizeof(structure.field), &(structure.field))Конструкторы структуры
Хранение, передача и синхронизация структур
sizeof и offsetof
Работа с массивом из структуры
Хранение и передача структуры
Приём и восстановление структуры
Хранение/восстановление отдельных полей
