3.4. Структуры

При разработке программ важным является выбор эффективного способа представления данных. Во многих случаях недостаточно объявить простую переменную или массив, а нужна более гибкая форма представления данных. Таким элементом может быть структура, которая позволяет включать в себя разные типы данных, а также другие структуры. Приведем пример, в котором использование структуры позволяет эффективно представить данные. Таким примером будет инвентарный перечень книг, в котором для каждой книги необходимо указывать ее наименование, автора и год издания. Причем количество книг может быть разным, но будем полгать, что не более 100. Для хранения информации об одной книге целесообразно использовать структуру, которая задается в языке С++ с помощью ключевого слова struct, за которым следует ее имя. Само определение структуры, т.е. то, что она будет содержать, записывается в фигурных скобках {}. В данном случае структура будет иметь следующий вид:

struct book {
char title[100]; //наименование книги
char author[100]; //автор
int year; //год издания
};

Такая конструкция задает своего рода шаблон представления данных, но не сам объект, которым можно было бы оперировать подобно переменной или массиву. Для того чтобы объявить переменную для структуры с именем book используется такая запись:

struct book lib; //объявляется переменная типа book

После объявления переменной lib имеется возможность работать со структурой как с единым объектом данных, который имеет три поля: title, author и year. Обращение к тому или иному полю структуры осуществляется через точку: lib.title, lib.author и lib.year. Таким образом, для записи в структуру информации можно использовать следующий фрагмент программы:

printf(“Введите наименование книги: “);
scanf(“%s”,lib.title);
printf(“Введите автора книги: “);
scanf(“%s”,lib.author);
printf(“Введите год издания книги: “);
scanf(“%d”,&lib.year);

После этого в соответствующие поля будет записана введенная с клавиатуры информация и хранится в единой переменной lib. Однако по условиям задачи необходимо осуществлять запись не по одной, а по 100 книгам. В этом случае целесообразно использовать массив структур типа book, который можно задать следующим образом:

struct book lib[100];

В этом случае программу ввода и хранения информации по книгам можно записать в виде:

Листинг 3.5. Инвентарный перечень книг.

#include
struct book {
char title[100]; //наименование книги
char author[100]; //автор
int year; //год издания
};

int main()
{
int cnt_book = 0, ch;
struct book lib[100];
do
{
printf(“Введите наименование книги: “);
scanf(“%s”,lib[cnt_book].title);
printf(“Введите автора книги: “);
scanf(“%s”,lib[cnt_book].author);
printf(“Введите год издания книги: “);
scanf(“%d”,&lib.year);
printf(“Нажмите q для завершения ввода: ”);
cnt_book++;
}
while(scanf(“%d”,ch) == 1 && cnt_book < 100);
return 0;
}

Данный пример показывает удобство хранения информации по книгам. Тот же алгоритм в общем случае можно реализовать и без структуры, но тогда пришлось бы использовать два двумерных массива символов и один одномерный массив для хранения года издания. Несмотря на то, что формально такая запись была бы корректной с точки зрения языка С++, но менее удобна в обращении.

Структуры можно автоматически инициализировать при их объявлении подобно массивам, используя следующий синтаксис:

struct bool lib = {
“Евгений Онегин”,
“Пушкин А.С.”,
1995
};

При выполнении данного фрагмента программы в переменные структуры title, author и year будет записана соответственно информация: “Евгений Онегин”, “Пушкин А.С.”, 1995. Здесь следует обратить внимание, что последовательность данных при инициализации должна соответствовать последовательности полей в структуре. Это накладывает определенные ограничения, т.к. при инициализации необходимо помнить последовательность полей в структуре. Стандарт C99 допускает более гибкий механизм инициализации полей структуры:

struct book lib = {.year = 1995,
.author = “Пушкин А.С.”,
.title = “Евгений Онегин” };

или

struct book lib = { .year = 1995,
.title = “Евгений Онегин” };

или

struct book lib = {.author = “Пушкин А.С.”,
.title = “Евгений Онегин”,
1995 };

В первом и во втором примерах при инициализации указываются наименования полей через точку. При этом их порядок и число не имеет значения. В третьем примере первые два поля указаны через имена, а последнее инициализируется по порядковому номеру – третьему, который соответствует полю year.

В некоторых случаях имеет смысл создавать структуры, которые содержат в себе другие (вложенные) структуры. Например, при создании простого банка данных о сотрудниках предприятия целесообразно ввести, по крайней мере, две структуры. Одна из них будет содержать информацию о фамилии, имени и отчестве сотрудника, а вторая будет включать в себя первую с добавлением полей о профессии и возрасте:

struct tag_fio {
char last[100];
char first[100];
char otch[100];
};
struct tag_people {
struct tag_fio fio; //вложенная структура
char job[100];
int old;
};

Рассмотрим способ инициализации и доступ к полям структуры people на следующем примере.

Листинг 3.6. Работа с вложенными структурами.

int main()
{
struct people man = {
{“Иванов”, “Иван”, “Иванович”},
“Электрик”,
50 };
printf(“Ф.И.О.:%s %s %sn”,man.fio.last,man.fio.first,
man.fio.otch);
printf(“Профессия : %s n”,man.job);
printf(“Возраст : %dn”,man.old);
return 0;
}

В данном примере показано, что для инициализации структуры внутри другой структуры следует использовать дополнительные фигурные скобки, в которых содержится информация для инициализации полей фамилии, имени и отчества сотрудника. Для того чтобы получить доступ к полям вложенной структуры выполняется сначала обращение к ней по имени man.fio, а затем к ее полям: man.fio.last, man.fio.first и man.fio.otch. Используя данное правило, можно создавать многоуровневые вложения для эффективного хранения и извлечения данных.

Структуры, как и обычные типы данных, можно передавать функции в качестве аргумента. Следующий пример демонстрирует работу функции отображения полей структуры на экран.

Листинг 3.7. Передача структур через аргументы функции.

#include
struct tag_people {
char name[100];
char job[100];
int old;
};
void show_struct(struct tag_people man);
int main()
{
struct tag_people person = {“Иванов”,”Электрик”,30};
show_struct(person);
return 0;
}
void show_struct(struct tag_people man)
{
printf(“Имя: %sn”,man.name);
printf(“Профессия: %sn”,man.job);
printf(“Возраст: %dn”,man.old);
}

В приведенном примере используется функция с именем show_struct, которая имеет тип аргумента struct tag_people и переменную-структуру man. При передаче структуры функции создается ее копия, которая доступная в теле функции show_struct под именем man. Следовательно, любые изменения полей структуры с именем man никак не повлияют на содержание структуры с именем person. Вместе с тем иногда необходимо выполнять изменение полей структуры функции и возвращать измененные данные вызывающей программе. Для этого можно задать функцию, которая будет возвращать структуру, как показано в листинге 3.8.

Листинг 3.8. Функции, принимающие и возвращающие струткуру.

#include
struct tag_people {
char name[100];
char job[100];
int old;
};
void show_struct(struct tag_people man);
struct tag_people get_struct();
int main()
{
struct tag_people person;
person = get_struct();
show_struct(person);
return 0;
}
void show_struct(struct tag_people man)
{
printf(“Имя: %sn”,man.name);
printf(“Профессия: %sn”,man.job);
printf(“Возраст: %dn”,man.old);
}
struct tag_people get_struct()
{
struct tag_people man;
scanf(“%s”,man.name);
scanf(“%s”,man.job);
scanf(“%d”,man.old);
return man;
}

В данном примере используется функция get_struct(), которая инициализирует структуру с именем man, запрашивает у пользователя ввод значений ее полей и возвращает введенную информацию главной программе. В результате выполнения оператора присваивания структуры man структуре person, происходит копирование информации соответствующих полей и автоматическое удаление структуры man.

Функциям в качестве аргумента можно также передавать массивы структур. Для этого используется следующее определение:

void show_struct(struct people mans[], int size);

Здесь size – число элементов массива, которое необходимо для корректного считывания информации массива mans. Следующий пример показывает принцип работы с массивами структур.

Листинг 3.9. Передача массив структур функции.

#include
#define N 2
struct tag_people {
char name[100];
char job[100];
int old;
};
void show_struct(struct people mans[], int size);
int main()
{
struct people persons[N] = {
{ “Иванов”, «Электрик», 35 },
{ “Петров”, «Преподаватель», 50 },
};
show_struct(persons, N);
}
void show_struct(struct people mans[], int size)
{
for(int i = 0;i < size;i++) {
printf(“Имя: %sn”,mans[i].name);
printf(“Профессия: %sn”,mans[i].job);
printf(“Возраст: %dn”,mans[i].old);
}
}

При передаче аргумента persons выполняется копирование информации в массив mans и указывается дополнительный параметр size, для определения числа элементов массива mans. Затем в функции show_struct() реализуется цикл, в котором выполняется отображение информации массива структуры на экран монитора.