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

32421. ГОСТ 28147-89 96.08 KB
  При этом одинаковые блоки открытого текста дают при шифровании разные блоки шифротекста. Изменение бита шифротекста на противоположное значение приводит к аналогичному изменению расшифрованного текста что даёт возможность злоумышленнику проводить целенаправленное изменение шифрованного текста без знания ключа. Каждый блок шифротекста зависит от соответствующего предыдущего блока шифротекста гаммирование с зацеплением блоков. При изменении одного бита в шифрованном тексте в соответствующем блоке открытого текста исказится соответствующий...
32422. Семейство «Криптон» 22.41 KB
  Плата КРИПТОН не использует прерываний и каналов прямого доступа используется прерывание ЧС. В КРИПТОН имеет 2 режима работы: Режим начальной загрузки – соответствует включению компьютера. Совместно с аппаратным криптонзамком может работать программная система защиты Cryptonщит которая имеет сертификаты: 3 классСВТ 2 HDB.
32423. Понятие Key Recovery 16.75 KB
  Key Recovery – технология восстановления ключей. Требование восстановления ключей является одним из важных для случая корпоративных сетей. В её качестве может служить центр перераспределения ключей который генерирует сеансовые ключи. Копии этих ключей могут сохраняться.
32424. Понятие ассиметричной криптографии, схемы её практического использования 103.05 KB
  2 При использовании АК каждый пользователь обладает парой ключей дополняющих друг друга ключей – открытым и личным. Каждый из входящих в пару ключей подходит для расшифровки сообщений зашифрованных с помощью другого ключа из пары.
32425. Алгоритм Диффи-Хэлмана, RSA 17.9 KB
  Основан на односторонней криптографической функции: P – простое число – тоже простое число. Пользователь А выбирает число Х B число Y. Число N опубликовывается P и Q держатся в тайне. Число целых чисел меньших N и взаимно простых по отношению к N.
32426. Контроль целостности, хэш-функции, российский стандарт хэш-функции 18.11 KB
  Поэтому на практике для контроля используется хэшфункция. Хэшфункция делится на 2 класса: с ключом и без ключа. Значение хэшфункции с ключом может вычислить лишь тот кто знает ключ.
32427. Понятие, стандарты, реализация электронной подписи 965.58 KB
  В симметричной криптографии существует проблема электронной подписи – необходимо чтобы получатель а в случае разбирательств и третья сторона могли убедиться в авторстве сообщения и его неизменности. Электронная подпись вводится так как необходимо: Предотвратить отказ от посланного сообщения Защититься от модификации присланного сообщения Предотвратить подделку сообщения Предотвратить отправку сообщения от чужого имени Предотвратить перехват сообщения с целью его модификации Предотвратить повтор сообщений Подпись создается с...
32428. Сертификаты, СА, SSL, аутентификация с помощью сертификатов 397.63 KB
  Структура сертификата: Оговаривается стандартом Х509 последняя3я версия которого появилась в 1996 году. Стандарт оговаривает следующие компоненты сертификата: Номер версии Уникальный порядковый номер Стандарты ЭЦП и хэшфункция используемые для подписи сертификата Имя субъекта и его организация. Для аннулирования сертификата необходимы следующие причины: потеря ЛК изменение места работы Внешнее коммерческое СА используется: Когда действительность ключа должна быть подтверждена доверенной 3й стороной Не хватает...
32429. Стеганография(СГ). Цифровые водяные знаки 18.79 KB
  форматы либо избыточность аудио графической информации. В первом случаем можно использовать для упрятывания информации зарезервированные поля компьютерного формата данных. : небольшое количество информации низкая степень скрытности. Виды стеганографии: Суррогатная – данные информации обычно шумят и необходимо заменять шумящие биты скрываемой информацией.