Структуры и объединения. Битовые поля

Для полноты изложения основ языка С++ кратко коснёмся структур (struct) и объединений (union). Это сложные типы данных, определяемые разработчиком в программе, обычно, с целью повышения её наглядности и удобства разработки.

Важно отметить, что понятие структуры в языке С++ существенно расширено в соответствии с концепцией объектно-ориентированного программирования. В данном разделе в качестве введения рассмотрим структуры в стиле языка С, поскольку объектно-ориентированному программированию будет посвящена отдельная глава.

Структура – сложный тип данных, который объединяет под общим именем переменные любых типов (они называются полями структуры). Объявляется следующим образом:

 

struct [имя_типа_структуры]

{

описание поля 1;

описание поля 2;

….

} [переменные_типа_структуры];

 

Определение структуры завершается точкой с запятой.

Можно опустить имя_типа_структуры или переменные_типа_структуры, но не то и другое сразу. Если переменные типа структуры не объявлены сразу при описании структуры, значит, они будут объявлены где-нибудь позже отдельным оператором. При описании структуру можно инициализировать, как и массив (используя фигурные скобки).

Например:

 

struct student

{

char name[30]; // фамилия студента

unsigned int mark; // оценка по программированию

};

 

Мы создали новый тип student, который теперь можно использовать, как и любой другой тип данных. Например, можно создать переменные этого типа:

student x, y={"Попов", 5};//переменные x и y имеют тип student,

// переменная y инициализирована, а x – не инициализирована

 

Для обращения к элементам структуры используется операция ‘.’:

cout << y.name << " " << <<y.mark << "\n";

 

При работе со структурами часто используются указатели. Например:

student *py=&y; // указатель на объявленную ранее структуру y

Имеется отдельный синтаксис обращения к элементам структуры через указатель на структуру – использование операции ‘->’. Например:

cout << py->name << " " << <<py->mark << "\n";

Объединение – участок памяти, используемый несколькими разными переменными, которые могут быть различных типов. Объявляется с помощью ключевого слова union:

 

union [имя_типа_объединения]

{

объявление переменной 1;

объявление переменной 2;

….

} [переменные_объединения];

Например:

union int_char

{

int i;

char ch;

};

 

Как и для структур, объявлять переменные объединений можно как в конце оператора объявления объединения, так и отдельными операторами.

Доступ к элементам объединений осуществляется так же, как и к элементам структур, как показано в следующем примере:

 

// Пример 1.15 – выводим байты целого числа, используя union

union int_char

{

int i;

char ch[sizeof(int)];

};

int main(void)

{

int_char t;

t.i = 1;

for(int j=0;j<sizeof(int);j++)

cout << (int)t.ch[j]; //выводим значения отдельных байтов

}

 

Битовые поля. Язык C++ имеет удобные средства доступа к отдельны битам внутри байтов. Битовые поля могут быть объявлены только в структурах, объединениях и классах. Размер битового поля указывается через двоеточие при определении поля. Пример:

 

struct emp // структура сотрудник

{

char name[30];

unsigned lay_off: 1; //временно уволен или неактивен

unsigned hourly: 1; //почасовая оплата или оклад

unsigned deductions: 3; //вычеты

};

 

Здесь три последних поля хранятся в одном байте.

Ограничения на использование битовых полей:

· нельзя получить адрес битового поля

· нельзя создать битовое поле-массив

· нельзя выходить за границы целого

 

1.10 Функции в С++ – основы

 

Понятие функции

Понятие функции является фундаментальным при изучении основ С++, поэтому оно было представлено в самом первом разделе пособия (вместе с примером 1.1, демонстрирующим применение вспомогательной функции). В данном разделе уточним некоторые важные моменты, касающиеся описания и использования функций.

Сначала вспомним и систематизируем основы.

Функция – именованная часть программы (единица программного кода), к которой можно обращаться многократно из различных частей программы, а также из других программ. Иногда функцию определяют как операцию, определяемую пользователем. Подход к разработке программного обеспечения, основанный на разбиении программы на отдельные функции, называют процедурно-ориентированным программированием. Имеется и более общий термин – модульное программирование, который включает и процедурно-ориентированный, и объектно-ориентированный подходы.

При разработке программного кода в нашем распоряжении имеется стандартная библиотека С++, которая содержит множество функций универсального назначения, - хорошо отлаженных, протестированных, апробированных.

Тем не менее, подавляющее большинство программных продуктов имеет свою специфическую функциональность, которая не может быть полностью покрыта функциями стандартной библиотеки. Поэтому в языке С++ имеются развитые средства для реализации собственных функций и их последующего многократного использования.

Выделение функций при разработке собственной программы – далеко не простая задача. Для начала напомним основные принципы, которые следует соблюдать. Далее в пособии эта тема будет развиваться.

· Каждая функция должна выполнять завершённое элементарное действие, смысл которого всем понятен. Примеры из стандартной библиотеки: возведение числа в заданную степень, сортировка массива, удаление фрагмента из строки текста. Имя функции должно кратко отображать суть выполняемого действия (pow, sort, erase).

· Функции не должны зависеть друг от друга, чтобы каждую из них можно было отладить по отдельности, а затем использовать в различных ситуациях. При таком подходе программа будет представлять собой совокупность относительно независимых фрагментов, что заметно упростит процесс её разработки и сопровождения.

· Функции должны быть небольшого размера – всего несколько строк программного кода. Если действие, которое выполняет функция, требует написания более объёмного кода, следует подумать о выделении в ней вспомогательных функций. Например, в функции сортировки массива можно использовать функцию сравнения и функцию перестановки элементов, причём каждую из этих функций можно будет использовать и в других ситуациях, поэтому программа от этого только выиграет.

· Не следует смешивать в одной функции обработку и ввод-вывод данных, поскольку это резко снижает универсальность функции и возможности её многократного использования.

· Вообще, при выделении функций следует постоянно помнить о возможности их многократного использования – это не просто сокращает размер программного кода, но и повышает его надёжность и сопровождаемость.

Для того, чтобы научиться реальному воплощению этих принципов, требуется как можно больше практики программирования. Даже в небольшой учебной программе стоит выделять функции – со временем и рука набьётся, и преимущества модульного программирования станут ощутимыми.