A8.3. Объявления структур и объединений
Структура - это объект, состоящий из последовательности именованных элементов различных типов. Объединение - объект, который в каждый момент времени содержит один из нескольких элементов различных типов. Объявления структур и объединений имеют один и тот же вид.
спецификатор структуры-или-объединения: структуры-или-объединения идентификаторнеоб {список-объявлений-структуры} структуры-или-объединения идентификатор
структура-или-объединение: struct union
Список-объявлений-структуры является последовательностью объявлений элементов структуры или объединения:
список-объявлений-структуры: объявление-структуры
список-объявлений-структуры объявление-структуры
объявление-структуры: список-спецификаторов-квалификаторов список-структуры-объявителей;
список-спецификаторов-квалификаторов: спецификатор-типа список-спецификаторов-квалификаторовнеоб
квалификатор-типа список-спецификаторов-квалификаторовнеоб
список-структуры-объявителей: структуры-объявитель
список-структуры-объявителей , структуры-объявитель
Обычно объявление-структуры является просто объявлением для элементов структуры или объединения. Элементы структуры, в свою очередь, могут состоять из заданного числа разрядов (битов). Такой элемент называется битовым полем или просто полем. Его размер отделяется от имени поля двоеточием:
структуры-объявитель: объявитель
объявительнеоб : константное-выражение
Спецификатор типа, имеющий вид
структуры-или-объединения идентификатор { список-объявлений-структуры }
объявляет идентификатор тегом структуры или объединения, специфицированных списком. Последующее объявление в той же или внутренней области видимости может обращаться к тому же типу, используя в спецификаторе тег без списка:
структуры-или-объединения идентификатор
Если спецификатор с тегом, но без списка появляется там, где тег не объявлен, специфицируется незавершенный тип. Объекты с незавершенным типом структуры или объединения могут упоминаться в контексте, где не требуется знать их размер — например в объявлениях (но не определениях) для описания указателя или создания typedef, но не в иных случаях. Тип становится завершенным при появлении последующего спецификатора с этим тегом, содержащего список объявлений. Даже в спецификаторах со списком объявляемый тип структуры или объединения является незавершенным внутри списка и становится завершенным только после появления символа }, заканчивающего спецификатор.
Структура не может содержать элементов незавершенного типа. Следовательно, невозможно объявить структуру или объединение, которые содержат сами себя. Однако, кроме придания имени типу структуры или объединения, тег позволяет определять структуры, обращающиеся сами к себе; структура или объединение могут содержать указатели на самих себя, поскольку указатели на незавершенные типы объявлять можно.
Особое правило применяется к объявлениям вида
структуры-или-объединения идентификатор;
которые объявляют структуру или объединение, но не имеют списка объявления и объявителя. Даже если идентификатор имеет тег структуры или объединения во внешней области видимости (), это объявление делает идентификатор тегом новой структуры или объединения незавершенного типа во внутренней области видимости.
Это невразумительное правило - новое в ANSI. Оно предназначено для взаимно рекурсивных структур, объявленных во внутренней области видимости, но теги которых могут быть уже объявлены во внешней области видимости.
Спецификатор структуры или объединения со списком, но без тега создает уникальный тип, к которому можно обращаться непосредственно только в объявлении, частью которого он является.
Имена элементов и тегов не конфликтуют друг с другом или обычными переменными. Имя элемента не может появляться дважды в одной и той же структуре или объединении, но тот же элемент можно использовать в разных структурах или объединениях.
В первой редакции этой книги имена элементов структуры и объединения не связывались со своими родителями. Однако в компиляторах эта связь стала обычной задолго до появления стандарта ANSI.
Элемент структуры или объединения, не являющийся полем, может иметь любой тип объекта. Поле (которое не имеет объявителя и, следовательно, может быть безымянным) имеет тип int, unsigned int или signed int и интерпретируется как объект целочисленного типа указанной в битах длины. Считается ли поле int знаковым или беззнаковым, зависит от реализации. Соседний элемент-поле упаковывается в ячейки памяти в зависимости от реализации в зависящем от реализации направлении. Когда следующее за полем другое поле не влезает в частично заполненную ячейку памяти, оно может оказаться разделенным между двумя ячейками, или ячейка может быть забита балластом. Безымянное поле нулевой ширины обязательно приводит к такой забивке, так что следующее поле начнется с края следующей ячейки памяти.
Стандарт ANSI делает поля еще более зависимыми от реализации, чем в первой редакции книги. Чтобы хранить битовые поля в "зависящем от реализации" виде без квалификации, желательно прочитать правила языка. Структуры с битовыми полями могут служить переносимым способом для попытки уменьшить размеры памяти под структуру (вероятно, ценой увеличения кода программы и времени на доступ к полям) или непереносимым способом для описания распределения памяти на битовом уровне. Во втором случае необходимо понимать правила местной реализации.
Элементы структуры имеют возрастающие по мере объявления элементов адреса. Элементы структуры, не являющиеся полями, выравниваются по границам адресов в зависимости от своего типа; таким образом, в структуре могут быть безымянные дыры. Если указатель на структуру приводится к типу указателя на ее первый элемент, результат указывает на первый элемент.
Объединение можно представить себе как структуру, все элементы которой начинаются со смещением 0 и размеры которой достаточны для хранения любого из элементов. В любой момент времени в объединении хранится не больше одного элемента. Если указатель на объединение приводится к типу указателя на один из элементов, результат указывает на этот элемент.
Вот простой пример объявления структуры:
struct tnode { char tword[20]; int count; struct tnode *left; struct tnode *right; };
Эта структура содержит массив из 20 символов, число типа int и два указателя на подобную структуру. Если дано такое объявление, то
struct tnode s, *sp;
объявит s как структуру заданного вида, a sp - как указатель на такую структуру. Согласно приведенным определениям выражение
sp->count
обращается к элементу count в структуре, на которую указывает sp;
s.left
- указатель на левое поддерево в структуре s, а
s.right->tword[0]
- это первый символ из tword - элемента правого поддерева s.
Вообще говоря, невозможно проконтролировать, тот ли используется элемент объединения, которому последний раз присваивалось значение. Однако гарантируется выполнение правила, облегчающего работу с элементами объединения: если объединение содержит несколько структур, начинающихся с общей для них последовательности данных, и если объединение в текущий момент содержит одну из этих структур, то к общей части данных разрешается обращаться через любую из указанных структур. Так, правомерен следующий фрагмент программы:
union { struct { int type; } n;
struct { int type; int intnode; } ni;
struct { int type; float floatnode; } nf; } u;
...
u.nf.type = FLOAT; u.nf.floatnode = 3.14; ...
if (u.n.type == FLOAT) ... sin(u.nf.floatnode) ...
