ARCHIV

C/C++ (22) - Struktury

Dnes si ukážeme, jak se v C vytváří uživatelské typy. Nejdůležitější jsou struktury, ale dojde i na jednoduché typy a uniony.

22.6.2005 07:00 | Jan Němec | Články autora | přečteno 58131×

typedef

Jazyk C umožňuje definování uživatelských typů. My jsme zatím používali pouze typy základní: čísla, funkce, pole a ukazatele. Pomocí typedef můžeme definovat nový typ pomocí nějakého již známého typu. Pascalisté tak mohou aspoň trochu přizpůsobit C svému oblíbenému jazyku pomocí

typedef double real;

a od této řádky dále psát místo double real. Přirozeným místem pro definici typů je hlavičkový soubor, který se bude inkludovat do všech dotčených zdrojových souborů.

I takto jednoduché využití typedef má svůj praktický význam. Jazyk C standardně nenabízí celočíselné typy s normou pevně daným rozsahem hodnot. Pokud píšeme multiplatformní program a potřebujeme znaménkový dvaatřicetibitový integer, obvykle definujeme

typedef int signed32;

a signed32 pak používáme všude tam, kde bychom psali int. Při překladu programu na šestnáctibitových platformách pak (samozřejmě ne ručně, ale pomocí #ifdef) pouze na jednom místě programu změníme řádku na

typedef long signed32;

Uvedený postup je vhodný pouze v případech, kdy opravdu potřebujeme garantovaný rozsah typu, jinak je lepší počítat v typech int a double. Celá řada knihoven si skutečně vlastní číselné typy definuje, takže se setkáme s typy jako je gint, DWORD nebo CK_ULONG.

Běžně se typedef používá také při konstrukci složitějších typů, zejména pokud budou použity opakovaně. Máme-li třeba pole deseti ukazatelů na funkce bez parametru vracející ukazatel na funkci s parametrem typu char, která vrací ukazatel na ukazatel na int, můžeme to sice napsat i takhle,

int ** (*((* pole[10])()))(char);

ale kódu porozumí jen opravdu skalní C programátoři a i ti nad ním budou muset chvíli přemýšlet. Mnohem lepší je použít typedef.

typedef int ** (* TVRACENA_FUNKCE)(char);
typedef TVRACENA_FUNKCE (* TFUNKCE_Z_POLE)();

TFUNKCE_Z_POLE pole[10];

Tento kód je sice delší, ale mnohem lépe čitelný, navíc ve skutečném programu zřejmě budeme oba typy používat opakovaně.

struct

Pomocí klíčového slova struct můžeme vytvořit strukturované typy. V Céčku je to trochu komplikované, neboť se (celkem zbytečně) rozlišuje název struktury a název typu. Existuje proto hned 5 způsobů definicí struktur, typů a proměnných, z nichž ne všechny se běžně používají. Ukážeme si to na příkladu se jmény.

typedef struct jmeno {
  char krestni[16];
  char prijmeni[16];
} JMENO;

Definovali jsme strukturu jmeno a odpovídající typ JMENO. Proměnné definujeme stejně, jako by JMENO byl obyčejný nestrukturovaný typ a jejich položkám přistupujeme pomocí tečky.

JMENO karlicek;

strcpy(karlicek.krestni, "Karel");
strcpy(karlicek.prijmeni, "Novák");
printf("%s %s\n", karlicek.krestni, karlicek.prijmeni);

V našem příkladu jsme využili pouze jméno typu, nikoli jméno struktury. Úvodní definici jsme proto mohli napsat i takto:

typedef struct {
  char krestni[16];
  char prijmeni[16];
} JMENO;

Aby to nebylo tak jednoduché, můžeme definovat pouze strukturu a nikoli typ, v tom případě se obejdeme bez klíčového slova typedef. Uvádím to jen pro úplnost, v praxi jsem tento postup nikdy nevyužil.

struct {
  char krestni[16];
  char prijmeni[16];
} karlicek;

Jen definice proměnné, sama struktura jméno nemá a nemůžeme ji později použít, zřejmě nám stačí jediná proměnná tohoto typu.

struct jmeno {
  char krestni[16];
  char prijmeni[16];
} karlicek;

/* ... */

struct jmeno lojzicek;

Definice proměnné karlicek zároveň s pojmenováním struktury jmeno. Při definici dalších proměnných je třeba znovu uvést klíčové slovo struct. Právě proto je obvyklejší pojmenovat typ a nikoli strukturu.

struct jmeno {
  char krestni[16];
  char prijmeni[16];
};

 /* ... */

struct jmeno karlicek, lojzicek;

Obdoba předchozího, jen jsme vynechali definici proměnné přímo v definici struktury.

Velikost struktury v paměti může být větší než součet velikosti jejích prvků. Je to zejména kvůli zarovnávání prvků na adresy, které jsou násobkem nějaké mocniny dvou. Například pokud má int velikost 4 byty a char 1 a ve struktuře se budou střídat, může překladač vložit za každý char 3 byty volného místa, aby byly inty na adresách dělitelných čtyřmi. Konkrétní platformy mohou podobné zarovnání vyžadovat, nebo je alespoň výsledný kód rychlejší. Pokud chceme alokovat paměť pro strukturu, zásadně použijeme sizeof.

JMENO *karlicek;

karlicek = (JMENO *) malloc(sizeof(JMENO));
if (!karlicek) {
  /* ... */
}

strcpy((*karlicek).krestni, "Karel");

 /* ... */
free(karlicek);

Všimněte si, jak ošklivě se přistupuje k prvkům ukazatele na strukturovaný typ. Nejprve je třeba jej dereferencovat pomocí * a teprve potom lze použít tečka. Kvůli nevhodné výchozí prioritě operátorů je navíc třeba závorkovat. Naštěstí má Céčko pro tyto případy ještě jeden operátor.

strcpy(karlicek->krestni, "Karel");

Oba zápisy jsou zcela ekvivalentní, používá se pochopitelně ten druhý.

Strukturovaný typ v sobě může obsahovat další struktury.

typedef struct {
  JMENO jm;
  char ulice[32];
  unsigned cislo;
} ADRESA;

 /* ... */

ADRESA pepik;

strcpy(pepik.ulice, "Evropská");
pepik.cislo = 6;
strcpy(pepik.jm.krestni, "Josef");
strcpy(pepik.jm.prijmeni, "Černý");

printf("%s %s bydlí v ulici %s číslo %u.\n", pepik.jm.krestni, pepik.jm.prijmeni,
  pepik.ulice, pepik.cislo);

union

Syntaxí podobný, ale významem odlišný od struct je union. V unionu se jednotlivé prvky v paměti překrývají a modifikace jednoho ovlivní i všechny ostatní. To má význam, pokud potřebujeme šetřit pamětí a chceme si v jednom typu struktury pamatovat různé druhy údajů.

Příklad pro dnešní díl

Chlípný sexistický důstojník si vede evidenci všech lidí, které zná. U mužů ho zajímá, zda slouží v armádě, u žen pouze tělesné rozměry. Jeho služební notebook má málo paměti, nemůže proto skladovat zbytečnosti (rozměry mužů a příslušnost žen k armádě).

/* databaze.h */
#ifndef _DATABAZE_H_
#define _DATABAZE_H_

typedef union {
  int miry[3];
  char vojak;
} OSOBNI_UDAJE;

typedef struct {
  char zena;
  char jmeno[16];
  OSOBNI_UDAJE data;
} CLOVEK;

void nastavZenu(const char *jmeno, int prsa, int pas, int boky,
  CLOVEK *clovek);
void nastavMuze(const char *jmeno, char vojak, CLOVEK *clovek);
void vypisOsobu(const CLOVEK *clovek);
#endif

Definované typy a funkce jsou obecného použití, patří proto do hlavičkového souboru.

/* databaze.c */
#include "databaze.h"

void nastavZenu(const char *jmeno, int prsa, int pas, int boky,
  CLOVEK *clovek) {
  
  clovek->zena = 1;
  strncpy(clovek->jmeno, jmeno, sizeof(clovek->jmeno));
  clovek->jmeno[sizeof(clovek->jmeno) - 1] = 0;
  clovek->data.miry[0] = prsa;
  clovek->data.miry[1] = pas;
  clovek->data.miry[2] = boky;
}

void nastavMuze(const char *jmeno, char vojak, CLOVEK *clovek) {

  clovek->zena = 0;
  strncpy(clovek->jmeno, jmeno, sizeof(clovek->jmeno));
  clovek->jmeno[sizeof(clovek->jmeno) - 1] = 0;
  clovek->data.vojak = vojak;
}

void vypisOsobu(const CLOVEK *clovek) {
  printf("%s, ", clovek->jmeno);
  if (clovek->zena) {
    printf("%i:%i:%i\n", clovek->data.miry[0], clovek->data.miry[1],
      clovek->data.miry[2]);
  } else {
    puts(clovek->data.vojak ? "voják" : "civil");
  }
}

int main(void) {
  CLOVEK franta, katka;

  nastavMuze("František", 1, &franta);
  nastavZenu("Kateřina", 90, 60, 90, &katka);

  vypisOsobu(&franta);
  vypisOsobu(&katka);
  
  return 0;
}

Pokračování příště

V příštím dílu si ukážeme, jak pomocí strukturovaných typů a ukazatelů implementovat jednoduchou datovou strukturu, jejíž kapacita je omezena pouze celkovým množstvím dostupné paměti.

Verze pro tisk