3.1.3.Структуры данных

Базовым строительным блоком структуры данных является ячейка, которая предназначена для хранения значения определенного базового или составного типа данных. Структуры данных создаются путем задания имен совокупностям (агрегатам) ячеек и (необязательно) интерпретации значения некоторых ячеек как представителей (указателей) других ячеек.

В качестве простейшего механизма агрегирования ячеек в большинстве языков программирования можно применять (одномерный) массив, т.е. последовательность ячеек определенного типа. Массив также можно рассматривать как отображение множества индексов в множество ячеек.

Другим общим механизмом агрегирования ячеек в языках программирования является структура (запись). Запись можно рассматривать как ячейку, состоящую из нескольких других ячеек (называемых полями), значения в которых могут быть разных типов. Записи часто группируются в массивы; тип данных определяется совокупностью типов полей записи.

Массивы и записи являются структурами с произвольным доступом, подразумевая под этим, что время доступа к компонентам массива или записи не зависит от значения индекса массива или указателя поля записи.

Третий метод агрегирования ячеек, который можно найти в языках программирования это файл. Файл, как и одномерный массив, является последовательностью значений определенного типа. Различают файлы прямого и последовательного доступа. В файле прямого доступа имеет индекс, т.е. все ячейки (компоненты) файла пронумерованы. Доступ может быть осуществлен к любой ячейки. Файл последовательного доступа не имеет индексов: его элементы доступны только в том порядке, в каком они были записаны в файл.

Достоинство агрегирования с помощью файла заключается в том, что файл не имеет ограничения на количество составляющих его элементов и это количество может изменяться во время выполнения программы.

В дополнение к средствам агрегирования ячеек в языках программирования можно использовать указатели и курсоры. Указатель — это ячейка, чье значение указывает на другую ячейку. При графическом представлении структуры данных в виде схемы тот факт, что ячейка А является указателем на ячейку В, показывается с помощью стрелки от ячейки А к ячейке В.

Курсор — это ячейка с целочисленным значением, используемая для указания на массив. В качестве способа указания курсор работает так же, как и указатель, но курсор можно использовать и в языках, которые не имеют явного типа указателя.

В схемах структур данных принято рисовать стрелку из ячейки курсора к ячейке, на которую указывает курсор. Иногда также указывают целое число в ячейке курсора, напоминая тем самым, что это не настоящий указатель.

Пример структуры данных представлен на рис.3.1. В данной структуре ячейка header содержит указатель на запись, состоящую из двух полей: cur и next. Поле cur содержит курсор, содержащий индекс логически первого элемента массива reclist (в данном случае четвертый элемент массива является логически первым, см. ниже). Поле next содержит указатель на аналогичную запись, в которой поле cur содержит курсор на логически последнюю запись массива reclist (в примере это вторая запись), а поле next содержит пустой указатель. Массив reclist состоит из четырех записей с индексами от 1 до 4. Каждая запись состоит из двух полей: data и next. Поле data содержит данные (в примере это символы a,b,c,d). Логический порядок элементов массива определяется значением курсора в поле next - курсор хранит индекс логически следующего элемента массива. Так за четвертым элементом следует первый, за первым - третий, за третьим - второй. Второй элемент массива логически последний, т.к. значение поля next второго элемента равно 0, т.е. отличается от любого значения индекса массива - 1,2,3 или 4.

Некоторые способы описания новых типов на языке Си, создания различных структур данных (массивов, файлов, структур) и испоьзования указателей будут рассмотрены в дальнейшем. Также будут рассмотрены различные способы предятавления данных в памяти ЭВМ.