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c:estruturas [2023/08/15 14:28] – mazieroc:estruturas [2024/09/19 20:34] (atual) – maziero
Linha 1: Linha 1:
 +====== Estruturas ======
 +
 +As estruturas (//structs//), também chamadas registros (//records//) são variáveis compostas pelo agrupamento de diversas variáveis e vistas/tratadas pelo programa como uma única variável. As variáveis que compõem uma estrutura podem ser simples (int, float, pointer) ou compostas (arrays e outras estruturas).
 +
 +Estruturas são geralmente utilizadas para agrupar variáveis correlatas, ou seja, que fazem parte de um mesmo conceito lógico. Por exemplo: Uma estrutura pode representar um paciente em uma aplicação médica e conter todos os dados relativos a ele.
 +
 +Uma estrutura é definida através da palavra reservada ''struct'', da seguinte forma:
 +
 +<code c>
 +struct <nome da estrutura>
 +{
 +  type variable ;
 +  type variable ;
 +  ...
 +} ;
 +</code>
 +
 +<note important>
 +Uma estrutura define um novo **tipo de dado**, mas não cria/aloca variáveis desse tipo. Variáveis desse tipo devem ser declaradas posteriormente.
 +</note>
 +
 +A declaração e manipulação de variáveis desse novo tipo é simples:
 +
 +<code c struct1.c>
 +#include <stdio.h>
 +#include <string.h>
 +
 +struct paciente_t     // a extensão "_t" é uma convenção usual para um novo tipo
 +{
 +  char  nome[100] ;
 +  short idade ;
 +  short quarto ;
 +} ;
 +
 +int main ()
 +{
 +  // declaração/alocação
 +  struct paciente_t pac1, pac2 ;
 +
 +  // atribuição de valor aos campos
 +  pac1.idade = 53 ;
 +  pac1.quarto = 417 ;
 +
 +  // uso como parâmetro
 +  strcpy (pac1.nome, "Homer Simpson") ;
 +
 +  // atribuição de structs (o conteúdo é copiado)
 +  pac2 = pac1 ;
 +
 +  // uso dos valores dos campos
 +  printf ("Paciente %s, %d anos, quarto %d\n",
 +          pac1.nome, pac1.idade, pac1.quarto) ;
 +  printf ("Paciente %s, %d anos, quarto %d\n",
 +          pac2.nome, pac2.idade, pac2.quarto) ;
 +
 +  return (0) ;
 +}
 +</code>
 +
 +===== Atribuição de structs =====
 +
 +Valores de tipo ''struct'' podem ser atribuídos, copiados, usados como parâmetros e retornados por funções diretamente, sem necessidade de manipular cada elemento individualmente. Em uma atribuição, por exemplo, todos os bytes contidos na estrutura de origem serão copiados na estrutura de destino.
 +
 +As seguintes operações com estruturas são perfeitamente válidas (e muito úteis):
 +
 +<code c struct2.c>
 +#include <stdio.h>
 +#include <string.h>
 +
 +struct paciente_t
 +{
 +  char  nome[100] ;
 +  short idade ;
 +  short quarto ;
 +} ;
 +
 +// imprime na tela os dados do paciente
 +void imprime_paciente (struct paciente_t p)
 +{
 +  printf ("Paciente %s, %d anos, quarto %d\n", p.nome, p.idade, p.quarto) ;
 +}
 +
 +// devolve um paciente "nulo"
 +struct paciente_t paciente_nulo ()
 +{
 +  struct paciente_t p = {"nulo", 0, 0} ;
 +  return (p) ;
 +}
 +
 +int main ()
 +{
 +  // declaração de variável com valor inicial
 +  struct paciente_t pac1 = { "Home Simpson", 47, 501 } ;
 +
 +  // cópia de struct
 +  struct paciente_t pac2 = pac1 ;
 +
 +  // struct como parâmetro de função (passagem por cópia)
 +  imprime_paciente (pac2) ;
 +
 +  // struct como retorno de função
 +  pac2 = paciente_nulo () ;
 +  imprime_paciente (pac2) ;
 +
 +  return (0) ;
 +}
 +</code>
 +
 +
 +===== Structs e vetores =====
 +
 +O uso de vetores de //structs// permite criar estruturas de dados sofisticadas, com grande poder de expressão. A forma de declaração e acesso é similar ao uso convencional de vetores e //structs// visto até agora:
 +
 +<code c>
 +#define VECSIZE 1000
 +
 +struct paciente_t
 +{
 +  char  nome[100] ;
 +  short idade ;
 +  short quarto ;
 +} ;
 +
 +// declaração/alocação
 +struct paciente_t paciente[VECSIZE] ; // vetor com VECSIZE pacientes
 +
 +// inicializa vetor
 +for (i = 0; i < VECSIZE; i++)
 +{
 +  strcpy (paciente[i].nome, "") ;
 +  paciente[i].idade  = 0 ;
 +  paciente[i].quarto = 0 ;
 +}
 +</code>
 +
 +===== Structs e ponteiros =====
 +
 +Uma variável de tipo //struct// é alocada na memória da mesma forma que as demais variáveis, então é possível obter o endereço da variável usando o operador ''&'' e também criar ponteiros para variáveis //struct//, usando ''*'':
 +
 +<code c struct-ptr.c>
 +#include <stdio.h>
 +#include <string.h>
 +
 +struct paciente_t
 +{
 +  char  nome[100] ;
 +  short idade ;
 +  short quarto ;
 +} ;
 +
 +int main ()
 +{
 +  // declaração/alocação
 +  struct paciente_t pac, *ptr ;
 +
 +  // atribuição de valor aos campos
 +  pac.idade = 53 ;
 +  pac.quarto = 417 ;
 +  strcpy (pac.nome, "Homer Simpson") ;
 +
 +  // atribuição do ponteiro
 +  ptr = &pac ;
 +
 +  // acesso pela variável struct
 +  printf ("Paciente %s, %d anos, quarto %d\n",
 +          pac.nome, pac.idade, pac.quarto) ;
 +
 +  // acesso pelo ponteiro
 +  printf ("Paciente %s, %d anos, quarto %d\n",
 +          (*ptr).nome, (*ptr).idade, (*ptr).quarto) ;
 +
 +  return (0) ;
 +}
 +</code>
 +
 +<note tip>
 +A especificação de C garante que os campos internos de um //struct// são alocados na ordem em que foram definidos, e na área alocada não há outras informações além dos próprios campos. Assim, o endereço de uma variável de tipo //struct// coincide com o endereço de seu primeiro campo.
 +</note>
 + 
 +O acesso ao campo interno do //struct// feito através do desreferenciamento do ponteiro também pode ser feito através do operador //ponteiro->campo//. Assim, as operações abaixo são equivalentes:
 +
 +<code c>
 +  (*ptr).idade = 45 ;
 +  ptr->idade = 45 ;
 +</code>
 +
 +O uso conjunto de //structs// e ponteiros permite construir estruturas de dados complexas, como filas, pilhas, árvores e grafos. Por exemplo, podemos definir um elemento de uma fila de inteiros da seguinte forma:
 +
 +<code c>
 +struct filaInt_t
 +{
 +  int valor ;
 +  struct filaInt_t *prox ;
 +} ;
 +
 +// ponteiro para o início de uma fila
 +struct filaInt_t *fila1 ;
 +</code>
 +
 +O ponteiro ''prox'' dentro do //struct// permite "apontar" para outras variáveis de mesmo tipo, que por sua vez podem apontar para outras variáveis de mesmo tipo e assim sucessivamente. Isso permite criar uma fila de inteiros, com uma estrutura similar à da figura a seguir:
 +
 +{{  fila.png  |Fila de inteiros}}
 +
 +O código que constrói essa estrutura é o seguinte (simplificado, pois não testa o sucesso do ''malloc''):
 +
 +<code c>
 +fila1 = malloc (sizeof (struct filaInt_t)) ;
 +
 +fila1->valor = 45 ;
 +fila1->prox  = malloc (sizeof (struct filaInt_t)) ;
 +
 +fila1->prox->valor = 21 ;
 +fila1->prox->prox  = malloc (sizeof (struct filaInt_t)) ;
 +
 +fila1->prox->prox->valor = 4 ;
 +fila1->prox->prox->prox  = NULL ;
 +</code>
 +
 +===== Exercícios =====
 +
 +  - Escrever um programa em C para gerenciar uma relação de alunos, implementada como um vetor de //structs// de tipo ''aluno_t''. O programa deve ter funções para:
 +    - ler os dados de um aluno (nome, idade, GRR, curso), devolvendo os campos lidos como um //struct//;
 +    - imprimir os dados de um aluno a partir de seu //struct//;
 +    - imprimir a relação de alunos;
 +    - imprimir os nomes dos alunos com idade acima de 22 anos;
 +    - ordenar a relação de alunos por idade; 
 +    - ordenar a relação de alunos por nome.
 +  - escreva um programa em C para manipular datas e horários:
 +    - //structs// do tipo ''data_t'' armazenam datas (dia, mês, ano);
 +    - //structs// do tipo ''hora_t'' armazenam horários (hora, minuto, segundo);
 +    - //structs// do tipo ''datahora_t'' armazenam datas e horários (seus campos internos são //structs// dos tipos acima);
 +    - a função ''le_data'' lê um //struct// de tipo ''data_t'';
 +    - a função ''le_hora'' lê um //struct// de tipo ''hora_t'';
 +    - a função ''le_datahora'' lê um //struct// de tipo ''datahora_t'';
 +    - as funções ''esc_data'', ''esc_hora'' e ''esc_datahora'' escrevem na tela seus tipos respectivos;
 +    - a função ''data_dias'' retorna (''int'') o número de dias em uma data, a partir do início do calendário (1/1/1); para simplificar, desconsiderar anos bissextos e outros ajustes de calendário;
 +    - a função ''hora_segs'' retorna (''int'') o número de segundos em um horário, a partir do início do dia (00:00:00);
 +    - a função ''dif_data'' retorna (''int'') o número de dias entre duas datas;
 +    - a função ''dif_hora'' retorna (''int'') o número de segundos entre dois horários;
 +    - a função ''dif_datahora'' retorna (''datahora_t'') a diferença entre duas datas e horários.