Контрольные вопросы

1. Как определяется структура в языке С?

2. Как объявляется структура в языке С?

3. Какими способами можно объявить новые структурные переменные?

4. Какие форматы используются для доступа к элементам структуры?

5. Что такое вложенная структура?

6. Какой уровень вложенности структур поддерживается стандартом С89?

7. Как объявляется массив структур?

8. Как объявляется указатель на структуру?

9. Как инициализируется указатель на структуру?

10. Как осуществляется инициализация полей структуры, определенных как символьные массивы?

11. Какой оператор может быть использован для определения структурного типа данных?

12. Является ли тегструктуры именем ее типа?

Библиографический список

1. Керниган Б. У. Язык программирования С : пер. с англ./Б. У.Керниган, Д. М.Ритчи. – 2-е изд. – М.: Вильямс, 2007. – 304 с.

2. Шилдт Г. Полный справочник по С : пер. с англ./Г. Шилдт. – 4-е изд. – М.: Вильямс, 2007. – 704 с.

3. Демидович Е.М. Основы алгоритмизации и программирования. Язык Си : учеб. пособие/Е.М. Демидович. – 2-е изд., испр. и доп. – СПб. : БХВ-Петербург, 2008. – 440 с.

4. Дейтл Х.М. Как программировать на С : пер. с англ./Х.М. Дейтл, П.Дж. Дейтл. – 4-е изд. – М. : Бином-Пресс, 2006. – 912 с.

5. Прата С. Язык программирования С. Лекции и упражнения : пер. с англ. / С. Прата. – 5-е изд. – М.: Вильямс, 2006. – 960 с.

Тема 14 Объединения и перечислимые типы в языке с

Рассматриваются вопросы создания и использования объединений и перечислимых типов в языке программирования С.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Объединения

Объединение (union) – это тип, который позволяет хранить различные типы данных в одном пространстве памяти (но не одновременно) [1].

Объединения образуются во многом подобно структурам. Существуют шаблоны объединений и переменные типа объединения. Они могут быть определены с помощью одного или двух действий, причем в последнем случае используется дескриптор объединения [1].

Пример шаблона объединения с дескриптором hold:

union hold {

int digit;

double bigf;

char letter;

};

Объединение может хранить значение тип int,double,char. Структура с такими же полями способна хранить все типы одновременно.

Пример определения трех переменных объединения:

union hold fit; // переменная объединения типа hold

union hold save[10]; // массив из 10 переменных объединения

union hold *ptr; // указатель на переменную типа hold

Первое объявление определяет единственную переменную fit. Компилятор выделяет пространство памяти, достаточное для того, чтобы хранить наибольший из описанных вариантов, а именно типdouble, который требует обычно 8 байт. Второе объявлениеsave[10] создает массив с 10 элементами, каждый из которых имеет размер в 8 байт. В третьем объявлени указатель может содержать адрес объединенияhold.

Рассмотрим варианты инициализации объединения [1]:

union hold valA;// создали переменную valA по шаблону union hold

valA.letter = 'R';

union hold valB = valB;// инициализация одного объединения другим

union hold valC = {88};// инициализация числового элемента

Рассмотрим варианты использования объединения:

union hold fit;

fit.digit = 23; // число 23 хранится в переменной fit, 2 байта

fit.bigf = 6.78; // число 23 затерто, хранится 6.78, 8 байтов

fit.letter = 'h';// число 6.78 затерто, хранится символ h,1 байт

Операция точки показывает, какой тип данных используется в текущий момент [1]. За один раз запоминается только одно значение. Нельзя одновременно хранить значение типа char и значение типаint, даже если для этого имеется достаточно пространства (памяти для 8 байт). Следить за тем, какие значения на текущий момент хранятся в объединении, входит в обязанности программиста. Бывает, что на различных этапах выполнения программы одни переменные могут быть не нужны, в то время как другие, наоборот, используются только в текущей части программы, поэтому объединения экономят пространство, вместо того чтобы впустую тратить память на не использующиеся в данный момент переменные.

При инициализации полей объединения вместо операции точки можно применять операцию стрелки, если используется указатель на объединение. В частности, для рассмотренных примеров:

int x;

ptr = &fit;

x = ptr->digit;

В содержимом объединения могут быть структуры в качестве инициализаторов. При этом по правилам использования объединения обращаться можно будет только к одной из них.

Фактически объединение является структурой, в которой все элементы имеют нулевое смещение от ее начала. Она имеет достаточную длину, чтобы в нее поместился самый длинный элемент, и при этом выравнивание выполняется правильно для всех типов данных [2]. Над объединениями разрешено выполнять те же операции, что и над структурами: присваивать или копировать как единое целое, брать его адрес и обращаться к отдельным элементам.

Объединения могут употребляться в структурах и массивах и наоборот. Способ обращения к члену объединения в структуре (или к члену структуры в объединении) полностью идентичен обращению к элементу вложенной структуры. Объединение можно инициализировать только данными того типа, который имеет его первый элемент [2].

Смысловое отличие объединения от структуры состоит в том, что записать информацию в объединение можно с помощью одного из его элементов, а выбрать данные из того участка памяти можно с помощью другого элемента того же объединения [3].

К объединениям может быть применен оператор typedef, после чего можно вводить обозначения объединяющих типов, не требующие служебного словаunion. Рассмотрим пример:

typedef union data

{

char str[80];

int a;

double x;

} new_data;

Определения новых переменных (например, student1,student2) объединений будут выглядеть таким образом:

new_data student1, student2;

Объединения не относятся ни к скалярным данным, ни к данным агрегирующих типов [3]. Они не могут сравниваться операциями «==» и «!=» по тем же самым причинам, что и структуры, поскольку элементы объединения необязательно хранятся в последовательных байтах памяти.

Объединения часто используются для специального преобразования типов, поскольку к находящимся в них данным можно обращаться разными способами [4].

1.2. Перечислимые типы

Перечислимый(enumerated type)типслужит для объявления символических имен, представляющих целочисленные константы [1]. Можно сказать, что это тип данных, заданных списком принадлежащих ему значений.

Назначение перечислимых типов заключается в том, чтобы повысить удобочитаемость программы [1]. Синтаксис в этом случае аналогичен тому, который используется для описания структур.

Примеры объявления перечислимого типа:

enum spectrum {red, orange, yellow, green, blue, violet};

enum spectrum color;

Первое объявление устанавливает spectrumкак имя дескриптора, который позволяет использоватьenum spectrumв качестве имени типа. Второе объявление делаетcolorпеременной этого типа. Идентификаторы, заключенные в фигурные скобки, перечисляют возможные значения, которые может принимать переменнаяspectrum. Соответственно, возможными значениямиcolorявляютсяred,orange,yellowи т. д. Но эти возможные значения являются целочисленными, т.е. 0, 1, 2, 3, 4, 5. Другими словами, значения вenumначинаются с 0, если не задано иное число, и всегда увеличиваются на 1.

В общем случае перечислимые константы имеют тип int, но перечислимые переменные не так жестко привязаны к целочисленному типу данных, поскольку он может содержать перечислимые константы. Например, перечислимые константы переменнойspectrumимеют диапазон [0; 5] (как в массиве), поэтому компилятор может выбрать типunsigned charдля представления переменнойcolor.

В языке программирования Ск перечислимой переменной можно применять операции инкрементирования «++» и декрементирования «––». Например,

for (color = red; color <= violet; ++color)

{

;

}

По умолчанию константам в перечислимом списке присваиваются целые значения 0, 1, 2 и т. д. В то же время возможны присваиваемые значения, например:

enum levels {low = 100, medium = 500, high = 2000};

Если назначить конкретное значение одной из констант, то все следующие константы будут пронумерованы последовательно в возрастающем порядке, например:

enum feline {cat, lynx = 10, puma, tiger};

В этом случае cat(кошка) получает значение 0 по умолчанию,lynx(рысь),puma (пума),tiger(тигр) – соответственно 10, 11, 12.

Перечисления особенно полезны там, где не требуется преобразования значений (целого типа) в имена (массив символов), в частности используются в компиляторах для создания таблицы соответствия символов [4].

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Пример1.Для переменной типа объединения предусмотреть ввод, и вывод элементов ее полей.

Программный код решения примера

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

#include <string.h>

#define N 79

union hold

{

char str[N+1];

double bigf;

char ch;

int digit;

};

int main (void) {

double D2;

int i = 0,

digit2;

char str2[80], ch2;

union hold fit, *PTR = &fit;

//PTR = &fit; // вариант взятия адреса

printf("\n\t Fields of the \"union\":\n \

1) string, 2) double, 3) character, 4) integer\n");

do {

printf("\n Enter %d field of the \"union\": ", i+1);

_flushall();

if (i == 0)

{

gets_s(str2, N);

strcpy_s(PTR->str, strlen(str2) + 1, str2);

printf(" The first field: %c\n", PTR->str);

i++;

}

else if (i == 1)

{

scanf_s("%lf", &D2);

printf(" The second field: %1.4f\n", PTR->bigf = D2);

i++;

}

else if (i == 2)

{

scanf_s("%c", &ch2);

printf(" The third field: %c\n", PTR->ch = ch2);

i++;

}

else

{

scanf_s("%d", &digit2);

printf(" The fourth field: %d\n", PTR->digit = digit2);

i++;

}

} if (i < 4);

printf("\n 1 field: %c\n 2 field: %1.4f\n \

3 field: %c\n 4 field: %d\n", \

PTR->str, PTR->bigf, PTR->ch, PTR->digit);

printf("\n Press any key: ");

getch();

return 0;

}

Результат выполнения программы показан на рис.14.1.

Рис.14.1. Результат заполнения полей объединения

Как видно из рис. 14.1, заполнение четырех полей объединения возможно поочередно. После «прохода» всех полей строчные поля не сохранились.

Задание1

1. В программе переставьте очередность полей объединения. Проанализируйте результат выполнения измененной программы.

2. Определите размерность объединения с помощью оператора sizeof().

3. Введите свою фамилию, средний балл за последнюю сессию, начальную букву своего имени и год своего рождения.

4. Вместо операции стрелка примените операцию точка.

5. С помощью оператора typedefсоздайте переменную объединения с именемcompX, где Х – номер компьютера, на котором выполняется лабораторная работа.

Пример2.Написать программу, в которой информация о геометрических фигурах представляется на основе комбинированного использования переменных типа структуры и объединения. В качестве фигур принять эллипс с заданными полуосями, окружность с заданным радиусом и координатами центра, равнобочную трапецию с заданными основаниями и боковыми сторонами. Общие компоненты фигур: площадь фигур, периметр трапеции, длина окружности, длина эллипса.

Программный код решения примера

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

// #define _USE_MATH_DEFINES

#include <math.h>

const double pi = 3.14159265358979;

int main (void)

{

double Ltr, AK;

struct figure

{

double area, perimeter;

int type;

union select {

double R[3]; // circle

double E[2]; // ellipse

double Trap[3]; //trapezium

} geom_fig;

} geom, *PTR = &geom;

printf("\n Figures: 1 - Circle, 2 - Ellipse, 3 - trapezium");

printf("\n\n Select figure: ");

scanf_s("%d", &(PTR->type));

switch (PTR->type)

{

case 1:

PTR->geom_fig.R[0] = 5.0; // радиус круга

PTR->geom_fig.R[1] = 1.5; // x0

PTR->geom_fig.R[2] = 2.5; // y0

PTR->area = pi*(PTR->geom_fig.R[0])*(PTR->geom_fig.R[0]);

PTR->perimeter = 2*pi*(PTR->geom_fig.R[0]);

printf("\n %d) Circle:\n R = %1.4f, \

x0 = %1.4f, y0 = %1.4f, area = %1.4f, L = %1.4f\n", \

PTR->type, PTR->geom_fig.R[0], PTR->geom_fig.R[1], PTR->geom_fig.R[2], \

PTR->area, PTR->perimeter);

break;

case 2:

PTR->geom_fig.E[0] = 5.0; // a - большая полуось

PTR->geom_fig.E[1] = 4.0; // b - малая полуось

PTR->area = pi*(PTR->geom_fig.E[0])*(PTR->geom_fig.E[1]);

PTR->perimeter = 2.0*pi*(PTR->geom_fig.E[0])*\

(PTR->geom_fig.E[0] - PTR->geom_fig.E[1])/(PTR->geom_fig.E[0]);

printf("\n %d) - Ellipse:\n a = %1.4f, b = %1.4f, \

area = %1.4f, L = %1.4f\n", \

PTR->type, PTR->geom_fig.E[0], PTR->geom_fig.E[1], \

PTR->area,PTR->perimeter);

break;

case 3:

PTR->geom_fig.Trap[0] = 12.0;// AD

PTR->geom_fig.Trap[1] = 7.0; // BD

PTR->geom_fig.Trap[2] = 5.5; // h

AK = (PTR->geom_fig.Trap[0] - PTR->geom_fig.Trap[1])/2.0;

Ltr = (PTR->geom_fig.Trap[0] + PTR->geom_fig.Trap[1]) + \

2.0*sqrt(AK*AK + (PTR->geom_fig.Trap[2])*(PTR->geom_fig.Trap[2])

);

PTR->area = 0.5*(PTR->geom_fig.Trap[0] + PTR->geom_fig.Trap[1])*\

(PTR->geom_fig.Trap[2]);

PTR->perimeter = Ltr;

printf("\n %d) Trapezium:\n AD = %.4f, BC = %.4f, h = %.4f, \

Area = %1.4f, L = %1.4f\n", \

PTR->type, PTR->geom_fig.Trap[0], PTR->geom_fig.Trap[1], \

PTR->geom_fig.Trap[2], PTR->area, PTR->perimeter);

break;

default :

printf("\n\t Error! Break\n");

break;

}

printf("\n Press any key: ");

getch();

return 0;

}

В программе одним из полей структуры geomявляется объединение. В зависимости от выбора типа –метки активного элементаtype– происходит вывод на консоль параметров фигуры, ее площади и длины граничной линии (периметр трапеции и т.д.). Компонентtypeиспользуется для указания, какой из компонентов (полей) объединенияgeom_figявляется активным в данный момент. Подобную структуру называютпеременной структурой.

Определение числа (M_PI) может быть выполнено с помощью препроцессорного определения#define_USE_MATH_DEFINESи подключения математической библиотеки#include<math.h>. В программе это определение числазакомментировано. Используется прямое определение числас помощью типаconst double.

Результат выполнения программы представлен на рис.14.2.

Рис.14.2. Результат выбора и расчета плоской фигуры

Задание2

1. Выполните программу для всех возможных случаев.

2. По программному коду запишите формулы для расчета площадей и длин граничных линий каждой из фигур.

3. Предусмотрите ввод с клавиатуры параметров выбранной фигуры.

Пример3. Написать программу вывода на консоль дня недели до и после заданного номера дня недели с помощью перечислимого типа данныхenum.

Программный код решения примера

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

const int NUMDAYS = 7;

enum DAYS

{

Mon, // Monday,

Tue, // Tuesday,

Wed, // Wednesday,

Thu, // Thursday,

Fri, // Friday,

Sat, // Saturday,

Sun // Sunday

} day1, day2, day3; // сегодня, вчера, завтра

// Прототипы функций

int day_before(DAYS);

int day_after(DAYS);

void print_day(DAYS);

int main (void)

{

printf("\n Days of week:\n 1) Monday, 2) Tuesday, 3) Wednesday, \

4) Thursday,\n 5) Friday, 6) Saturday, 7) Sunday\n");

printf("\n Select the number of days a week: ");

scanf_s("%d", &day1);

if (day1 > 7 || day1 < 1)

printf("\n\t Error!\n");

else {

day2 = day_before(day1);

day3 = day_after(day1);

printf("\n If today ");

print_day(day1);

printf("\n yesterday was ");

print_day(day2);

printf("\n and tomorrow will be ");

print_day(day3);

}

printf("\n\n Press any key: ");

getch();

return 0; }

// Описание функции

int day_after(day) {

int aft, ex;

aft = (day+1) % NUMDAYS; // Остаток от деления по модулю

if (aft == 0)

ex = NUMDAYS;

else

ex = aft;

return ex; }

// Описание функции

int day_before(day) {

int pre, ex;

pre = (day-1) % NUMDAYS;

if (pre == 0)

ex = NUMDAYS;

else

ex = pre;

return ex; }

// Описание функции

void print_day(day) {

int day_i = day-1;

// Массив указателей

static char**days[] =

char**days[] =

{"Monday",

"Tuesday",

"Wednesday",

"Thursday",

"Friday",

"Saturday",

"Sunday" };

printf(" %c\n", days[day_i]); }

В программе использован спецификатор класса памяти staticдля массива указателей, инициированных названиями дней недели. В этом случае массив указателей с заданным именем будет недоступен за пределами функции, где он определен. Для данной программы класс памятиstatic внутри функцииprint_day()инициирует выделение памяти для объекта (массив указателей) и служит определением массива указателей.

Возможный результат выполнения программы приведен на рис.14.3.

Рис.14.3. Пример выбора полей перечисления по дням недели

Задание3

1. В программе используйте кодовые страницы (WindowsилиDOS) для работы с русскими шрифтами (с подключением заголовка<locale.h>).

2. Видоизмените программу для выбора месяца года (с учетом п.1).

3. Видоизмените программу для выбора одного из 7 цветов (каждый охотник желает знать, где сидят фазаны – красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый) с выводом на консоль цвета и его кода RGB(red,green,blue– красный, зеленый, синий).

4. Выполните изменения в программе, чтобы выбор дня недели осуществлялся при инициализации переменной day1, напримерday1 = Sun.

5. Напишите программу вывода на консоль названия месяца до и после заданного (введенного пользователем) номера месяца года с помощью перечислимого типа данных enum.

Пример4.Написать программу вывода количества дней для каждого месяца не високосного года на основе перечислимого типа данных [5].

Программный код решения примера

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

int main (void) {

enum month {january = 1, february, march, april, may, june,july, august, september, october, november,

december } aMonth;

int days;

printf("\n Enter the number of the month (1 - 12): ");

scanf_s("%d", &aMonth);

switch (aMonth)

{

// 31 день

case january:

case march:

case may:

case july:

case august:

case october:

case december:

days = 31;

break;

// 30 дней

case april:

case june:

case september:

case november:

days = 30;

break;

case february:

days = 28;

break;

default:

printf("\n\t Wrong number of the month\n");

days = 0;

break;

}

if (days)

printf("\n The number of days of the month: %d\n", days);

if (aMonth == february)

printf("\n ... or 29 if it is a leap year\n");

printf("\n\n Press any key: ");

getch();

return 0;

}

Возможный результат выполнения программы показан на рис.14.4.

Рис.14.4. Подсчет количества дней в месяце года

Задание4

1. Произведите запись в текстовый файл с именем compX.txt, где Х – номер компьютера, на котором выполняется лабораторная работа.

2. Создайте переменную перечислимого типа compX, где Х – номер компьютера, на котором выполняется лабораторная работа.

3. Предусмотрите вывод названия месяца и количества его дней.

4. Предусмотрите количество дней в феврале для високосного года (без добавления разделительного союза «или»).