Programmation C-C++/Structures et types

Cours de C/C++
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Types avancés
	Structures et types
	Classes de stockage
Livre original de C. Casteyde

Structures de données et types complexes

En dehors des types de variables simples, le C/C++ permet de créer des types plus complexes. Ces types comprennent essentiellement les structures, les unions et les énumérations, mais il est également possible de définir de nouveaux types à partir de ces types complexes.

Les structures

Les types complexes peuvent se construire à l'aide de structures. Pour cela, on utilise le mot clé struct. Sa syntaxe est la suivante :

struct [nom_structure]
{
    type champ;
   [type champ;
   [...]]
};

Il n'est pas nécessaire de donner un nom à la structure. La structure contient plusieurs autres variables, appelées champs. Leur type est donné dans la déclaration de la structure. Ce type peut être n'importe quel autre type, même une structure.

La structure ainsi définie peut alors être utilisée pour définir une variable dont le type est cette structure.

Pour cela, deux possibilités :

• faire suivre la définition de la structure par l'identificateur de la variable ;

Exemple - Déclaration de variable de type structure

struct Client
{
    unsigned char Age;
    unsigned char Taille;
} Jean;

ou, plus simplement :

struct
{
    unsigned char Age;
    unsigned char Taille;
} Jean;

Dans le deuxième exemple, le nom de la structure n'est pas mis.

• déclarer la structure en lui donnant un nom, puis déclarer les variables avec la syntaxe suivante :

[struct] nom_structure identificateur;

Exemple - Déclaration de structure

struct Client
{
    unsigned char Age;
    unsigned char Taille;
};

struct Client Jean, Philippe;
Client Christophe; // Valide en C++ mais invalide en C

Dans cet exemple, le nom de la structure doit être mis, car on utilise cette structure à la ligne suivante. Pour la déclaration des variables Jean et Philippe de type struct Client, le mot clé struct a été mis. Cela n'est pas nécessaire en C++, mais l'est en C. Le C++ permet donc de déclarer des variables de type structure exactement comme si le type structure était un type prédéfini du langage. La déclaration de la variable Christophe ci-dessus est invalide en C.

Les éléments d'une structure sont accédés par un point, suivi du nom du champ de la structure à accéder. Par exemple, l'âge de Jean est désigné par Jean.Age.

Note : Le typage du C++ est plus fort que celui du C, parce qu'il considère que deux types ne sont identiques que s'ils ont le même nom. Alors que le C considère que deux types qui ont la même structure sont des types identiques, le C++ les distingue. Cela peut être un inconvénient, car des programmes qui pouvaient être compilés en C ne le seront pas forcément par un compilateur C++. Considérons l'exemple suivant :

int main(void)
{
    struct st1
    {
        int a;
    } variable1 = {2};
    struct
    {
        int a;
    } variable2;    /* variable2 a exactement la même structure
                       que variable1, */
    variable2 = variable1;   /* mais cela est ILLÉGAL en C++ ! */
    return 0;
}

Bien que les deux variables aient exactement la même structure, elles sont de type différents ! En effet, variable1 est de type « st1 », et variable2 de type « » (la structure qui a permis de la construire n'a pas de nom). On ne peut donc pas faire l'affectation. Pourtant, ce programme était compilable en C pur...

Note : Il est possible de ne pas donner de nom à une structure lors de sa définition sans pour autant déclarer une variable. De telles structures anonymes ne sont utilisables que dans le cadre d'une structure incluse dans une autre structure :

struct struct_principale
{
    struct
    {
        int champ1;
    };
    int champ2;
};

Dans ce cas, les champs des structures imbriquées seront accédés comme s'il s'agissait de champs de la structure principale. La seule limitation est que, bien entendu, il n'y ait pas de conflit entre les noms des champs des structures imbriquées et ceux des champs de la structure principale. S'il y a conflit, il faut donner un nom à la structure imbriquée qui pose problème, en en faisant un vrai champ de la structure principale.

Les unions

Les unions constituent un autre type de structure. Elles sont déclarées avec le mot clé union, qui a la même syntaxe que struct. La différence entre les structures et les unions est que les différents champs d'une union occupent le même espace mémoire. On ne peut donc, à tout instant, n'utiliser qu'un des champs de l'union.

Exemple - Déclaration d'une union

union entier_ou_reel
{
    int entier;
    float reel;
};

union entier_ou_reel x;

x peut prendre l'aspect soit d'un entier, soit d'un réel. Par exemple :

x.entier=2;

affecte la valeur 2 à x.entier, ce qui détruit x.reel.

Si, à présent, on fait :

x.reel=6.546;

la valeur de x.entier est perdue, car le réel 6.546 a été stocké au même emplacement mémoire que l'entier x.entier.

Les unions, contrairement aux structures, sont assez peu utilisées, sauf en programmation système où l'on doit pouvoir interpréter des données de différentes manières selon le contexte. Dans ce cas, on aura avantage à utiliser des unions de structures anonymes et à accéder aux champs des structures, chaque structure permettant de manipuler les données selon une de leurs interprétations possibles.

Exemple - Union avec discriminant

struct SystemEvent
{
    int iEventType;  /* Discriminant de l'événement.
                        Permet de choisir comment l'interpréter. */
    union
    {
        struct
        {                     /* Structure permettant d'interpréter */
            int iMouseX;      /* les événements souris. */
            int iMouseY;
        };
        struct
        {                     /* Structure permettant d'interpréter */
            char cCharacter;  /* les événements clavier. */
            int iShiftState;
        };
        /* etc. */
    };
};

/* Exemple d'utilisation des événements : */
int ProcessEvent(struct SystemEvent e)
{
    int result;
    switch (e.iEventType)
    {
    case MOUSE_EVENT:
        /* Traitement de l'événement souris... */
        result = ProcessMouseEvent(e.iMouseX, e.iMouseY);
        break;
    case KEYBOARD_EVENT:
        /* Traitement de l'événement clavier... */
        result = ProcessKbdEvent(e.cCharacter, e.iShiftState);
        break;
    }
    return result;
}

Les énumérations

Les énumérations sont des types intégraux (c'est-à-dire qu'ils sont basés sur les entiers), pour lesquels chaque valeur dispose d'un nom unique. Leur utilisation permet de définir les constantes entières dans un programme et de les nommer. La syntaxe des énumérations est la suivante :

enum enumeration
{
    nom1 [=valeur1]
   [, nom2 [=valeur2]
   [...]]
};

Dans cette syntaxe, enumeration représente le nom de l'énumération et nom1, nom2, etc. représentent les noms des énumérés. Par défaut, les énumérés reçoivent les valeurs entières 0, 1, etc. sauf si une valeur explicite leur est donnée dans la déclaration de l'énumération. Dès qu'une valeur est donnée, le compteur de valeurs se synchronise avec cette valeur, si bien que l'énuméré suivant prendra pour valeur celle de l'énuméré précédent augmentée de 1.

Exemple - Déclaration d'une énumération

enum Nombre
{
    un=1, deux, trois, cinq=5, six, sept
};

Dans cet exemple, les énumérés prennent respectivement leurs valeurs. Comme

quatre

n'est pas défini, une resynchronisation a lieu lors de la définition de

cinq

.

Les énumérations suivent les mêmes règles que les structures et les unions en ce qui concerne la déclaration des variables : on doit répéter le mot clé enum en C, ce n'est pas nécessaire en C++.

Les champs de bits

Il est possible de définir des champs de bits et de donner des noms aux bits de ces champs. Pour cela, on utilisera le mot clé struct et on donnera le type des groupes de bits, leurs noms, et enfin leurs tailles :

Exemple - Déclaration d'un champs de bits

struct champ_de_bits
{
    int var1;                    /* Définit une variable classique. */
    int bits1a4  : 4;            /* Premier champ : 4 bits. */
    int bits5a10 : 6;            /* Deuxième champ : 6 bits. */
    unsigned int bits11a16 : 6;  /* Dernier champ : 6 bits. */
};

La taille d'un champ de bits ne doit pas excéder celle d'un entier. Pour aller au-delà, on créera un deuxième champ de bits. La manière dont les différents groupes de bits sont placés en mémoire dépend du compilateur et n'est pas normalisée.

Les différents bits ou groupes de bits seront tous accessibles comme des variables classiques d'une structure ou d'une union :

struct champ_de_bits essai;

int main(void)
{
    essai.bits1a4 = 3;
    /* suite du programme */
    return 0;
}

Initialisation des structures et des tableaux

Les tableaux et les structures peuvent être initialisées, tout comme les types classiques peuvent l'être. La valeur servant à l'initialisation est décrite en mettant les valeurs des membres de la structure ou du tableau entre accolades et en les séparant par des virgules :

Exemple - Initialisation d'une structure

/* Définit le type Client : */
struct Client
{
    unsigned char Age;
    unsigned char Taille;
    unsigned int Comptes[10];
};

/* Déclare et initialise la variable John : */
struct Client John={35, 190, {13594, 45796, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}};

La variable John est ici déclarée comme étant de type Client et initialisée comme suit : son âge est de 35, sa taille de 190 et ses deux premiers comptes de 13594 et 45796. Les autres comptes sont nuls.

Il n'est pas nécessaire de respecter l'imbrication du type complexe au niveau des accolades, ni de fournir des valeurs d'initialisations pour les derniers membres d'un type complexe. Les valeurs par défaut qui sont utilisées dans ce cas sont les valeurs nulles du type du champ non initialisé. Ainsi, la déclaration de John aurait pu se faire ainsi :

struct Client John={35, 190, 13594, 45796};

Note : La norme C99 fournit également une autre syntaxe plus pratique pour initialiser les structures. Cette syntaxe permet d'initialiser les différents champs de la structure en les nommant explicitement et en leur affectant directement leur valeur. Ainsi, avec cette nouvelle syntaxe, l'initialisation précédente peut être réalisée de la manière suivante :

Exemple - Initialisation de structure C99

/* Déclare et initialise la variable John : */
struct Client John={
    .Taille = 190,
    .Age = 35,
    .Comptes[0] = 13594,
    .Comptes[1] = 45796
};

On constatera que les champs qui ne sont pas explicitement initialisés sont, encore une fois, initialisés à leur valeur nulle. De plus, comme le montre cet exemple, il n'est pas nécessaire de respecter l'ordre d'apparition des différents champs dans la déclaration de la structure pour leur initialisation.

Il est possible de mélanger les deux syntaxes. Dans ce cas, les valeurs pour lesquelles aucun nom de champ n'est donné seront affectées au champs suivants le dernier champ nommé. De plus, si plusieurs valeurs différentes sont affectées au même champ, seule la dernière valeur indiquée sera utilisée.

Cette syntaxe est également disponible pour l'initialisation des tableaux. Dans ce cas, on utilisera les crochets directement, sans donner le nom du tableau (exactement comme l'initialisation des membres de la structure utilise directement le point, sans donner le nom de la structure en cours d'initialisation). On notera toutefois que cette syntaxe n'est pas disponible en C++. Avec ce langage, il est préférable d'utiliser la notion de classe et de définir un constructeur. Les notions de classe et de constructeur seront présentées plus en détails dans le Chapitre 8. C'est l'un des rares points syntaxiques où il y a incompatibilité entre le C et le C++.

Les alias de types

Le C/C++ dispose d'un mécanisme de création d'alias, ou de synonymes, des types complexes. Le mot clé à utiliser est typedef. Sa syntaxe est la suivante :

typedef définition alias;

où alias est le nom que doit avoir le synonyme du type et définition est sa définition. Pour les tableaux, la syntaxe est particulière :

typedef type_tableau type[(taille)]([taille](...));

type_tableau est alors le type des éléments du tableau.

Exemple - Définition de type simple

typedef unsigned int mot;

mot est strictement équivalent à unsigned int.

Exemple - Définition de type tableau

typedef int tab[10];

tab est le synonyme de « tableau de 10 entiers ».

Exemple - Définition de type structure

typedef struct client
{
    unsigned int Age;
    unsigned int Taille;
} Client;

Client représente la structure client. Attention à ne pas confondre le nom de la structure (« struct client ») avec le nom de l'alias (« Client »).

Note : Pour comprendre la syntaxe de typedef, il suffit de raisonner de la manière suivante. Si l'on dispose d'une expression qui permet de déclarer une variable d'un type donné, alors il suffit de placer le mot clé typedef devant cette expression pour faire en sorte que l'identificateur de la variable devienne un identificateur de type. Par exemple, si on supprime le mot clé typedef dans la déclaration du type Client ci-dessus, alors Client devient une variable dont le type est struct client.

Une fois ces définitions d'alias effectuées, on peut les utiliser comme n'importe quel type, puisqu'ils représentent des types :

unsigned int i = 2, j; /* Déclare deux unsigned int */
tab Tableau; /* Déclare un tableau de 10 entiers */
Client John; /* Déclare une structure client */

John.Age = 35; /* Initialise la variable John */
John.Taille = 175;
for (j=0; j<10; j = j+1) Tableau[j]=j; /* Initialise Tableau */

Transtypages

Il est parfois utile de changer le type d'une valeur. Considérons l'exemple suivant : la division de 5 par 2 renvoie 2. En effet, 5/2 fait appel à la division euclidienne. Comment faire pour obtenir le résultat avec un nombre réel ? Il faut faire 5./2, car alors 5. est un nombre flottant. Mais que faire quand on se trouve avec des variables entières (i et j par exemple) ? Le compilateur signale une erreur après i dans l'expression i./j ! Il faut changer le type de l'une des deux variables. Cette opération s'appelle le transtypage. On la réalise simplement en faisant précéder l'expression à transtyper du type désiré entouré de parenthèses :

(type) expression

Exemple - Transtypage en C

int i=5, j=2;
((float) i)/j

Dans cet exemple, i est transtypé en flottant avant la division. On obtient donc 2.5.

Le transtypage C est tout puissant et peut être relativement dangereux. Le langage C++ fournit donc des opérateurs de transtypages plus spécifiques, qui permettent par exemple de conserver la constance des variables lors de leur transtypage. Ces opérateurs seront décrits dans la Section 10.2 du chapitre traitant de l'identification dynamique des types.