Урок 9. Структуры

Часто несколько значений описывают одну вещь: у точки — две координаты, у ученика — имя, класс и средний балл. Хранить их в отдельных переменных или параллельных массивах неудобно. Структура объединяет разные значения в одну переменную. Её части называются полями.

Объявление структуры

#include <stdio.h>

struct point {
    int x;
    int y;
};

int main(void) {
    struct point a = {3, 4};
    struct point b = {.x = -1, .y = 2};
    printf("a = (%d, %d)\n", a.x, a.y);
    b.x = 10;
    printf("b = (%d, %d)\n", b.x, b.y);

    struct point c = a;
    c.x = 0;
    printf("a.x = %d, c.x = %d\n", a.x, c.x);
    return 0;
}

a = (3, 4)
b = (10, 2)
a.x = 3, c.x = 0

• struct point { … }; описывает новый тип — сама по себе эта запись переменных не создаёт. После закрывающей фигурной скобки обязательна точка с запятой.
• struct point a = {3, 4}; — переменная a этого типа, значения полей по порядку.
• {.x = -1, .y = 2} — значения по именам полей (так можно с C99); поля, которые не названы, станут нулями.
• a.x — обращение к полю через точку.

В отличие от массивов, структуры можно присваивать целиком: c = a копирует все поля, даже массивы внутри структуры. После копирования c и a — независимые переменные. А вот сравнить структуры через == нельзя — только по полям.

typedef — короткое имя

Писать каждый раз struct point длинно. typedef даёт типу короткое имя:

typedef struct {
    char name[30];
    int grade;
    double score;
} Student;

Теперь переменная объявляется просто: Student s;. Такая запись встречается в программах на C очень часто.

Массив структур

Массив структур — как таблица: элемент — строка, поля — столбцы. Пример: даны ученики (имя, класс, балл), нужно найти лучшего.

#include <stdio.h>

typedef struct {
    char name[30];
    int grade;
    double score;
} Student;

int main(void) {
    Student s[100];
    int n;
    scanf("%d", &n);
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%29s %d %lf", s[i].name, &s[i].grade, &s[i].score);
    }

    int best = 0;
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        if (s[i].score > s[best].score) {
            best = i;
        }
    }
    printf("Лучший: %s, %d класс, балл %.1f\n", s[best].name, s[best].grade, s[best].score);
    return 0;
}

3
Ivan 10 8.5
Olga 11 9.2
Petr 10 7.9

Лучший: Olga, 11 класс, балл 9.2

Обратите внимание на scanf: у поля-строки s[i].name нет & (это массив), у числовых полей — есть. Запомнить лучше номер лучшего ученика (best), а не копировать структуру при каждом сравнении.

Отсортировать такой массив, например по баллу, помогает функция qsort — пример в справке Как отсортировать массив.

Структуры и функции

Структуру можно передать в функцию и вернуть из функции. Передаётся она, как обычная переменная, копией:

#include <stdio.h>

typedef struct {
    double x, y;
} Vec;

Vec add(Vec a, Vec b) {
    Vec r = {a.x + b.x, a.y + b.y};
    return r;
}

void scale(Vec *v, double k) {
    v->x *= k;
    v->y *= k;
}

int main(void) {
    Vec a = {1.5, 2};
    Vec b = {0.5, -1};
    Vec c = add(a, b);
    printf("c = (%.1f, %.1f)\n", c.x, c.y);
    scale(&c, 3);
    printf("c = (%.1f, %.1f)\n", c.x, c.y);
    return 0;
}

c = (2.0, 1.0)
c = (6.0, 3.0)

• add получает копии a и b и возвращает новую структуру.
• scale должна изменить структуру вызывающего — поэтому получает указатель Vec *v.
• v->x — поле структуры, на которую указывает v. Это короткая запись для (*v).x. Скобки там нужны: без них *v.x поняли бы как *(v.x).

Большие структуры (с длинными массивами внутри) часто передают указателем, даже если менять их не нужно: копировать указатель быстрее, чем всю структуру. Чтобы показать, что функция структуру не меняет, пишут const Vec *v.

Вложенные структуры и размер

Поле структуры может быть другой структурой:

typedef struct {
    int day, month, year;
} Date;

typedef struct {
    char title[50];
    Date deadline;
} Task;

Обращение — цепочкой точек: t.deadline.year, а через указатель — p->deadline.year.

Размер структуры (sizeof) бывает больше суммы размеров полей: компилятор добавляет между полями пустые байты, чтобы числа лежали по удобным для процессора адресам. Поэтому размер структуры всегда узнают через sizeof, а не считают вручную.

Частые ошибки

• Нет ; после } в описании структуры. Компилятор выдаёт непонятную ошибку на следующей строке — часто в строке с int main: expected ';', identifier or '(' before 'int'.
• Точка вместо стрелки и наоборот. Через переменную — s.x, через указатель — p->x. gcc подсказывает: на p.x у указателя он пишет 'p' is a pointer; did you mean to use '->'?.
• Структура изменилась только внутри функции. Функция получила копию; чтобы изменить оригинал, передайте указатель.

Коротко

• struct имя { поля }; описывает тип, точка с запятой в конце обязательна.
• typedef struct { … } Имя; — короткое имя типа.
• Поле переменной — s.x, поле по указателю — p->x (то же, что (*p).x).
• Структуры присваиваются целиком (c = a), но не сравниваются через ==.
• В функцию структура передаётся копией; чтобы изменить её — указателем.

Проверьте себя

#include <stdio.h>

typedef struct {
    int v;
} Box;

void set(Box b) {
    b.v = 99;
}

int main(void) {
    Box b = {1};
    set(b);
    printf("%d\n", b.v);
    return 0;
}