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

75610. РАЗЛОЖЕНИЕ ФУНКЦИЙ В ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ РЯД ФУРЬЕ 282.5 KB
  В последнем соотношении колебание самого большого периода, представленное суммой cost и sint, называют колебанием основной частоты или первой гармоникой. Колебание с периодом, равным половине основного периода, называют второй гармоникой
75611. РАЗЛОЖЕНИЕ ФУНКЦИЙ В КОМПЛЕКСНЫЙ РЯД ФУРЬЕ 60.5 KB
  Это и есть разложение в комплексный ряд Фурье. Коэффициенты Сk называются комплексными коэффициентами Фурье и, подобно действительным коэффициентам Фурье, вычисляются как скалярные произведения
75612. КЛЮЧЕВЫЕ ОПЕРАЦИИ ЦОС 191 KB
  Применяется для вычисления выходного сигнала yt линейной системы по заданному входному xt и известному импульсному отклику ht рис. Линейными называются системы для которых справедлив принцип суперпозиции отклик на сумму входных сигналов равен сумме откликов на эти сигналы по отдельности и принцип однородности изменение амплитуды входного сигнала вызывает пропорциональное изменение амплитуды выходного сигнала. Для реальных систем объектов свойство линейности может выполняться приближенно В системах цифровой обработки...
75613. ПРОГРАММИРОВАНИЕ КЛЮЧЕВЫХ ОПЕРАЦИЙ ЦОС В MATLAB 51.5 KB
  Основные арифметические операции в MATLAB: сложение, вычитание, умножение , деление и возведение в степень. Операции умножения, деления и возведения в степень рассчитаны на работу с матрицами, поэтому при поэлементных операциях они записываются
75614. Цифровая фильтрация 152 KB
  согласованные фильтры; фильтры для борьбы с шумами при нелинейных и нестационарных процессах фильтр ГильбертаХуанга Выбор способа борьбы с шумами должен производится с учетом свойств и особенностей информативного сигнала и помехи. Чем в большей степени свойства сигнала и шума априори известны тем может быть получен больший эффект от цифровой обработки. Кроме того несмотря на обилие стандартных доведенных до уровня готовых программ цифровой обработки с учетом конкретных априори известных свойствах информативного сигнала и шума может...
75615. ОПТИМАЛЬНАЯ И СОГЛАСОВАННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ 170.5 KB
  Оптимальная фильтрация Оптимальное выделение сигнала из шума можно проводить различными методами в зависимости от того какая задача ставится: обнаружение сигнала сохранение формы сигнала и т. В каждом методе оптимальной фильтрации вводится понятие критерия оптимальности согласно которому строится оптимальный алгоритм обработки сигнала. Оптимальный фильтр КолмогороваВинера Фильтры низкой частоты высокой частоты и полосовые фильтры эффективны в том случае когда частотные спектры сигнала и шума не...
75616. ПРИМЕНЕНИЕ ЦОС ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОРОТКИХ СИГНАЛОВ. ОКОННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ 233.5 KB
  В том случае если анализируется одночастотный сигнал и он занимает все временное окно массив частотного спектра содержит только один ненулевой элемент номер которого равен количеству периодов сигнала во временном окне. Если же сигнал занимает не все временное окно а его часть то частотный спектр будет растекаться т. Для упрощения записи формулы приводятся в аналитической а не в дискретной форме с временным окном...
75617. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ КОБАЛЬТА В СТРУКТУРЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО ТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА 7.57 MB
  Влияние концентрации исходного раствора хлорида кобальта при имплантации ионов кобальта в полимерную матрицу на основе политетрафторэтилена на размер получаемых наночастиц кобальта; влияние концентрации исходного раствора хлорида кобальта при имплантации ионов кобальта в полимерную матрицу на основе политетрафторэтилена на глубину проникновения наночастиц кобальта;
75618. ИЗМЕНЧИВОСТЬ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ В ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ СМОРОДИНЫ 291.5 KB
  Листья растений смородины Биберштейна значительно крупнее листьев смородины альпийской. У смородины Биберштейна среднее значение листа по признаку «длинна главной жилки» составляет – 5,2 см, а у смородины альпийской – 2,21 см.