4884

Структуры и объединения. Перечисления. Поиск и сортировка в массивах структур

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Структуры и объединения. Перечисления. Поиск и сортировка в массивах структур. Подобно тому, как массив является совокупностью элементов одного типа, структуры в С++ представляют собой совокупность элементов произвольных типов, например: struct Stud...

Русский

2012-11-28

57.5 KB

7 чел.

Структуры и объединения. Перечисления. Поиск и сортировка в массивах структур.

Подобно тому, как массив является совокупностью элементов одного типа, структуры в С++ представляют собой совокупность элементов произвольных типов, например:

struct Student

{

 char name[128];      // Имя: "Андрей Петров"

 char faculty[128];   // Факультет: "ПМ-ПУ"

 unsigned int course; // Курс: 2

 unsigned int id;     // Номер зачетки: 234534

 float grade;         // Средний балл: 4.99

};

Здесь определяется новый тип данных Student, который описывает некоторую информацию о студенте. Заметим, что после закрывающей фигурной скобки, закрывающей определение структуры, обязательно ставится ‘;’. Теперь можно описывать переменные типа Student так же, как и любые другие:

Student s;        // Переменная типа Student

Student group[10]; // Массив элементов типа Student

Student * ps;      // Указатель на переменную типа Student

Инициализировать переменные-структуры можно аналогично массивам:

Student s = { "Andrey Petrov", "PM-PU", 2, 234534, 4.99 };

Обращаться к элементам структуры можно с помощью операции '.' (в случае непосредственной работы с переменной типа struct), а также используя операцию '->' (в случае косвенного обращения к переменной через указатель):

s.name = "Sergei Gerasimov";

s.course++;

ps = & s;

ps->id = 123123;

ps->grade = 4.5;

Объекты структурного типа могут быть присвоены, переданы как фактические параметры функций и возвращены функциями в качестве результата. Другие допустимые операции, например, такие, как сравнение ( == и != ), не определены. Размер объекта структурного типа не обязательно равен сумме размеров всех его членов. Это происходит по той причине, что на многих машинах требуется размещать объекты определенных типов, только выравнивая их по некоторой, зависящей от системы адресации, границе (или просто потому, что работа при таком выравнивании будет более эффективной).

Заметим, что тип можно использовать сразу после его появления в описании, еще до того, как будет завершено все описание:

struct Human // Структура описывает элемент в дереве родословной

{

  Human * mother;   // Указатели на родителей

  Human * father;

  Human * children; // Указатель на массив детей

};

Однако описывать объекты типа структуры нельзя, пока не появится полное её описание, поскольку компилятор не может определить размер структуры:

struct Student

{

  Student neighbor; // Ошибка!

};

Чтобы позволить нескольким структурным типам ссылаться друг на друга, можно просто описать имя одного из них как имя некоторого структурного типа:

 

struct Family; // Будет определена позднее (forward declaration)

struct Human

{

  Human * mother;

  Human * father;

  Human * children;

  Family * family;

};

struct Family

{

  Human * members;

}

Объединения.

Объединения представляют собой специальный механизм для экономии памяти. Рассмотрим пример структуры, описывающей элементы, содержащие некоторую строковую (s_value) либо целочисленную (i_value) информацию в зависимости от значения поля type:

struct Element

{

  char type;

  char s_value *; // Используется только если type == 's'

  int i_value;    // Используется только если type == 'i'

};

В этом случае очевидно, что в любой момент либо s_value, либо i_value не используется и, следовательно, выделенная для них память расходуется впустую. В таком случае удобно описать обе эти переменные в виде объединения:

struct Element

{

  char type;

  union

  {

     char s_value[128]; // Используется только если type == 's'

     int i_value;       // Используется только если type == 'i'

  };

};

Объединение гарантирует, что при выделении памяти все его члены будут размещаться начиная с одного адреса. Таким образом, все члены объединения занимают такой же объем памяти, какой требуется для размещения наибольшего члена объединения. Разумеется, вся ответственность за корректное использование объединения (т.е. соответствие записи и чтения разных элементов в различных частях программы) лежит на программисте.

Перечисления.

Нередко возникает необходимость описания объектов, имеющих фиксированный набор возможных значений-состояний. Например, моделируя работу лифта, можно перечислить возможные состояния, в которых он может находиться (упрощённо):

- лифт стоит, ожидая пассажиров;

- лифт движется вверх;

- лифт движется вниз;

- лифт сломан.

Можно описать состояния лифта набором констант, например:

const int ELEVATOR_STOPPED = 1;

const int ELEVATOR_MOVING_UP = 2;

const int ELEVATOR_MOVING_DOWN = 3;

const int ELEVATOR_DISABLED = 4;

Однако, такой подход может вызвать проблему:

struct Elevator

{

  int state; // Тип int, может принимать любые значения 

};

Elevator e;

e.state = ELEVATOR_STOPPED; // OK

e.state = 5; // Смысловая ошибка, но компилятор ее не видит!


Гораздо удобнее для таких целей использовать перечисления:

enum ElevatorState

{

  ELEVATOR_STOPPED = 1,

  ELEVATOR_MOVING_UP,

  ELEVATOR_MOVING_DOWN,

  ELEVATOR_DISABLED

};

struct Elevator

{

  ElevatorState state;

};

Elevator e;

e.state = ELEVATOR_STOPPED; // ОК

e.state = 5; // Ошибка, неявное преобразование int к enum запрещено

Элементы перечисления, если их значение не указано явно, получают последовательные значения с шагом 1, и начинаются с 0. Таким образом, в приведенном выше примере значение всех элементов ElevatorState совпадает со значением соответствующих констант, рассмотренных ранее. Имя перечисления становится новым типом. С помощью стандартных преобразований тип перечисления может неявно приводиться к типу int. Обратное преобразование (из типа int в перечисление) должно быть задано явно.

Поиск и сортировка в массивах структур.

Структуры могут представлять собой достаточно сложные сущности с большим количеством различных элементов, поэтому поиск и сортировка приобретают дополнительную «степень свободы», связанную с тем, что критерии поиска и упорядочивания элементов зависят от составных элементов структуры. Элемент структуры, по которому осуществляется поиск и сортировка, часто называют ключом.

Кроме того, непосредственное копирование и обмен структур становится достаточно трудоемкой операцией ввиду их большого объема, и прямое применение алгоритмов сортировки с большим количеством обменных операций может оказаться нецелесообразным.

В связи с этим, более эффективным подходом будет создание дополнительного массива, хранящего указатели на структуры. В этом случае, изменение порядка элементов в этом массиве сводится к обмену местами только значений указателей (т.е. адресов структур), что гораздо более эффективно:

Подобный массив, позволяющий обеспечить упорядоченный доступ к элементам без изменения исходного расположения элементов, называют индексом. Легко видеть, что можно без труда хранить и несколько таких индексов, упорядоченных в соответствии с различными критериями. Это позволяет организовать эффективный поиск по разным ключам, без необходимости пересортировки.


S1

2

S3

S4

S5

S6

S1

S2

S3

S4

S5

S6

&S1

p1

p2

p3

p4

p5

p6

&S2

&S3

&S4

&S5

&S6

&S3

p1

p2

p3

p4

p5

p6

&S1

&S4

&S6

&S2

&S5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

772. Измерение теплоемкости 791 KB
  Изменение положения тигля в ячейке. Различие в теплофизических и физических характеристиках образца и стандарта. Отличие средней температуры образца от измеряемой температуры. Значения параметров кинетических уравнений элементарных стадий.
773. Creation of international business networks 447.93 KB
  Internal business environment Market space. External networks and alliances. Benefits of assotiations and networks. Risks and limitations. Define strategy. Forms of strategic alliances. Internationalization on SMEs. Measuring global business activities.
774. Проектирование механического привода к конвейеру 160 KB
  В проектируемом приводе используется двухступенчатый Планетарно-коническии горизонтальновертикальный редуктор. Быстроходная ступень - планетарная, тихоходная - коническая. Проектный расчет валов редуктора и подбор подшипников. Проектировочный тиходной коничесокой ступени.
775. Заболевания слизистой полости рта (стоматиты, молочница) 160 KB
  Воспалительные заболевания слизистой полости рта. Катаральный стоматит чаще встречается у детей грудного возраста и у дошкольников. Поражение слизистой полости рта грибками рода Candida.
776. Гельминтозы у детей 154.5 KB
  Заболевания, вызываемые гельминтами (аскариды, острицы, карликовый цепень, власоглав, бычий цепень, широкий лентец и др.) Личинка пробуравливает стенку тонкого кишечника и попадает в кровь.
777. Заболевания ЖКТ (острый гастрит, гастродуоденит,панкреатит, лямблиоз) 179.5 KB
  Острое воспаление слизистой оболочки желудка, вызванное кратковременным действием сильных раздражителей. Хроническое рецидивирующее, склонное к прогрессированию воспалительно–дистрофическое поражение слизистой оболочки.
778. Особенности протекания кори и краснухи 46.5 KB
  Острое вирусное высокозаразное заболевание, вызываемое фильтрующимся вирусом и сопровождающееся лихорадкой, сыпью, воспалением слизистых оболочек. Острое инфекционное заболевание, вызываемое фильтрующимся вирусом, сопровождающееся появлением сыпи и увеличением затылочных лимфатических узлов.
779. Проект производственных подразделений АТП с детальной разработкой поста по ТР коробки передач автомобиля ГАЗ-3302 319.5 KB
  Определение количества рабочих на объекте проектирования. График межсменного времени и времени работы подвижного состава на линии с графиком работы основных подразделений АТП. Подбор технологического оборудования, организационной и технологической оснастки. Распределение трудоемкости работ ТО и ТР.
780. Підприємництво, його сутність та основні форми 257.5 KB
  Сутність підприємництва, його роль у ринковій економіці. Проблеми розвитку підприємництва в Україні: господарський та податковий кодекс. Особливий вид економічної активності (під якою ми розуміємо доцільну діяльність, направлену на отримання прибутку).