Файл: Понятие переменной в программировании. Виды и типы переменных в разных языках программирования..pdf

3.3. Объявление структуры

Структура позволяет объединить в одном объекте совокупность значений, которые могут иметь различные типы. Однако в языке Си реализован очень ограниченный набор операций над структурами как единым целым: передача функции в качестве аргумента, возврат в качестве значения функции, получение адреса. Можно присваивать одну структуру другой, если они имеют одинаковый тег.

Синтаксис:

struct [<тег>] {<список-объявлений-элементов>} <описатель> [,<описатель>…];

struct <тег> <описатель> [,<описатель>…];

Объявление структуры может задавать имя структурного типа и/или последовательность объявлений переменных, называемых элементами структуры. Эти элементы могут иметь различные типы.

Объявление структуры начинается с ключевого слова struct и имеет две формы записи, как показано выше. В первой форме типы и имена элементов структуры специфицируются в списке объявлений элементов. Необязательный в данном случае <тег> — это идентификатор, который именует структурный тип, определенный данным списком объявлений элементов.

<Описатель> специфицирует либо переменную структурного типа, либо указатель на структуру данного типа, либо массив структур данного типа, либо функцию, возвращающую структуру данного типа, либо более сложный объект, являющийся комбинацией перечисленных типов.

Вторая синтаксическая форма объявления использует тег структуры для ссылки на структурный тип, определенный где-то в другом месте программы. В этой форме объявления список объявлений элементов отсутствует. Объявление должно находиться в области действия данного тега, т. е. определение структурного типа, именованного тегом, должно предшествовать объявлению, использующему этот тег, за исключением двух случаев: когда тег используется для объявления либо указателя на структуру, либо структурного типа в typedef. Однако при этом определение структурного типа должно предшествовать использованию данного указателя либо типа, объявленного посредством typedef.

Список объявлений элементов представляет собой последовательность из одного или более объявлений переменных. Каждая переменная, объявленная в этом списке, называется элементом структуры. Особенность синтаксиса объявлений переменных в списке состоит в том, что они не могут содержать спецификаций класса памяти и инициализаторов. Элементы структуры могут иметь базовый тип, либо быть массивом, указателем, объединением или, в свою очередь, структурой.

Элемент структуры не может быть структурой того же типа, в которой он содержится. Однако он может быть объявлен как указатель на тип структуры, в которую он входит. Это позволяет создавать связанные списки структур.

Идентификаторы элементов структуры должны различаться между собой. Идентификаторы элементов разных структур могут совпадать. В пределах одной области действия тег структурного типа должен отличаться от тегов других структурных типов, тегов объединений и перечислимых типов.

Элементы структуры запоминаются в памяти последовательно в том порядке, в котором они объявляются: первому элементу соответствует меньший адрес памяти, а последнему — больший.

3.4. Объявление объединения

Объединение позволяет в разные моменты времени хранить в одном объекте значения различного типа. В процессе объявления объединения с ним ассоциируется набор типов значений, которые могут храниться в данном объединении. В каждый момент времени объединение может хранить значение только одного типа из набора. Контроль над тем, какого типа значение хранится в данный момент в объединении, возлагается на программиста. Синтаксис:

union [<тег>] {<список-объявлений-элементов>} <описатель> [,<описатель>…];

union <тег> <описатель> [,<описатель>…];

Объявление объединения специфицирует его имя и совокупность объявлений переменных, называемых элементами объединения, которые могут иметь различные типы.

Объявление объединения имеет тот же синтаксис, что и объявление структуры, за исключением того, что оно начинается с ключевого слова union, а не с ключевого слова struct. 

Память, которая выделяется переменной типа объединение, определяется размером наиболее длинного из элементов объединения. Все элементы объединения размещаются в одной и той же области памяти с одного и того же адреса. Значение текущего элемента объединения теряется, когда другому элементу объединения присваивается значение.

3.5. Объявление массива

Синтаксис:

[<спецификация типа]> <описатель> [<константное выражение>];

[<спецификация типа]> <описатель> [];

Квадратные скобки, следующие за описателем, являются элементом языка Си, а не признаком необязательности синтаксической конструкции.

Массив позволяет хранить как единое целое последовательность переменных одинакового типа. Объявление массива определяет тип элементов массива и его имя. Оно может определять также число элементов в массиве. Переменная типа массив участвует в выражениях как константа - указатель на значение заданного спецификацией типа. Если спецификация типа опущена, предполагается тип int.

Объявление массива может иметь одну из двух синтаксических форм, указанных выше. Квадратные скобки, следующие за <описателем>, являются признаком типа массив. Если <описатель> представляет собой идентификатор (имя массива), то объявляется массив элементов специфицированного типа. Если же <описатель> представляет собой более сложную конструкцию, то каждый элемент массива имеет тип, заданный совокупностью <спецификации типа> и оставшейся части описателя. Это может быть любой тип, кроме типов void и функция. Таким образом, элементы массива могут иметь базовый, перечислимый, структурный тип, быть объединением, указателем или, в свою очередь, массивом.

Константное выражение, заключенное в квадратные скобки, определяет число элементов в массиве. Индексация элементов массива начинается с нуля. Таким образом, последний элемент массива имеет индекс на единицу меньше, чем число элементов в массиве.

Во второй синтаксической форме константное выражение в квадратных скобках опущено. Эта форма может быть использована, если в объявлении массива присутствует инициализатор, либо массив объявляется как формальный параметр функции, либо данное объявление является ссылкой на объявление массива где-то в другом месте программы. Однако для многомерного массива может быть опущена только первая размерность.

Многомерный массив, или массив массивов, объявляется путем задания последовательности константных выражений в квадратных скобках, следующей за описателем:

<спецификация типа> <описатель> [<константное выражение>] {<константное выражение>]…;

Каждое константное выражение в квадратных скобках определяет число элементов в данном измерении массива, поэтому объявление двумерного массива содержит два константных выражения, трехмерного — три и т. д.

4. Стек и стековые переменные

Стек характерен тем, что получить доступ к его элементам можно лишь с одного конца, называемого вершиной стека; иначе говоря: стек – структура данных типа «список», функционирующая по принципу LIFO (last in — first out, «последним пришёл — первым вышел»). Графически его удобно изобразить в виде вертикального списка, например, стопки книг, где чтобы воспользоваться одной из них, и не нарушить установленный порядок, нужно поднять все те книги, что лежат выше нее, а положить книгу можно лишь поверх всех остальных.

Впервые стек был предложен в 1946 году Аланом Тьюрингом, как средство возвращения из подпрограмм. В 1955 году немцы Клаус Самельсон и Фридрих Бауэр из Технического университета Мюнхена использовали стек для перевода языков программирования и запатентовали идею в 1957 году. Но международное признание пришло к ним лишь в 1988 году.

Операции над элементами в стеке происходят строго с одного конца: для включения нужного элемента в n-ую ячейку, необходимо сдвинуть n-1 элементов, и исключить тот элемент, который занимает n-ую позицию.

Стек, чаще всего, реализуется на основе обычных массивов, односвязных и двусвязных списков. В зависимости от конкретных условий, выбирается одна из этих структур данных.

Основными операциями над стеками являются:

• добавление элемента;
• удаление элемента;
• чтение верхнего элемента.

В языках программирования эти три операции, обычно дополняются и некоторыми другими. Вот, например, список функций C++ для работы со стеком:

• push() – добавить элемент;
• pop() – удалить элемент;
• top() – получить верхний элемент;
• size() – размер стека;
• empty() – проверить стек на наличие элементов.

Данные функции входят в стандартную библиотеку шаблонов C++ – STL, а именно в контейнер stack. Далее будет рассмотрен пример работы с контейнером stack, а пока разберем стек, реализованный на основе массива.

Программа, имитирующая интерфейс стека, основанного на базе статического массива, будет состоять из следующих операций, реализованных в виде функций:

• Creation() – создание пустого стека;
• Full() – проверка стека на пустоту;
• Add() – добавление элемента;
• Delete() – удаление элемента;
• Top() – вывод верхнего элемента;
• Size() – вывод размера стека.

Как таковых пользовательских операций тут всего четыре: Add, Delete, Top, Size. Они доступны из консоли. Функция Creation – создает пустой стек сразу после запуска программы, а Full проверяет возможность выполнения пользовательских операций.

Многие языки программирования располагают встроенными средствами организации и обработки стеков. Одним из них, как подчеркивалось ранее, является C++. Разберем принципы функционирования контейнера stack стандартной библиотеки шаблонов STL. Во-первых, stack – контейнер, в котором добавление и удаление элементов осуществляется с одного конца, что свойственно непосредственно стеку. Использование стековых операций не требует их описания в программе, т. е. stack здесь предоставляет набор стандартных функций. Для начала работы со стеком в программе необходимо подключить библиотеку stack: