Les structures et les tableaux

Gaël Thomas

Du type primitif au type composé

Jusqu’à maintenant, vous avez vu les types primitifs
- char, short, int, long long (signés par défaut, non signés si préfixés de unsigned)
- float (4 octets), double (8 octets)
Dans ce cours, nous apprenons à définir de nouveaux types de données
- Une structure est constituée de sous-types hétérogènes
- Un tableau est constitué de sous-types homogènes

Les structures

Une structure est une définition d’un nouveau type de données

composé de sous-types nommés (primitifs ou composés)
possédant un nom

Remarque: les sous-types d’une structure s’appellent des champs

Définition d’une nouvelle structure avec :

struct nom_de_la_structure {
  type1 nom_du_champs1;
  type2 nom_du_champs2;
  ...
};

Par exemple:

struct nombre_complexe {
  int partie_reelle;
  int partie_imaginaire;
};

Par convention, les noms de structures commencent par une minuscule en C

Une structure peut aussi être composée à partir d’une autre structure, comme dans cet exemple:

struct point {
  int x;
  int y;
};

struct segment {
  struct point p1;
  struct point p2;
};

En revanche, une structure ne peut pas être composée à partir d’elle-même. À titre d’illustration, l’exemple suivant n’est pas correct:

struct personnage {
  struct personnage ami;
  int               point_de_vie;
};

Cette construction est impossible car il faudrait connaître la taille de la structure personnage pour trouver la taille de la structure personnage.

Déclaration d’une variable de type structure

Une déclaration d’une variable de type structure se fait comme avec un type primitif:

struct nombre_complexe z1, z2, z3;

On peut aussi initialiser les champs de la structure lors de la déclaration:

/* partie_relle de z prend la valeur 0 */
/* partie_imaginaire de z prend la valeur 1 */
struct nombre_complexe i = { 0, 1 };
/* autre solution : */
struct nombre_complexe j = { .partie_reelle=0, .partie_imaginaire=1 };

L’initialisation d’une variable de type structure est différente lorsque la variable est déclarée globalement ou localement. On vous rappelle qu’une variable globale si elle est déclarée en dehors de toute fonction. Sinon, on dit qu’elle est locale.

Lorsqu’une variable de type structure est déclarée en tant que variable globale sans être initialisée, le compilateur initialise chacun de ces champs à la valeur 0. En revanche, lorsqu’une structure est déclarée en tant que variable locale dans une fonction sans être initialisée, ces champs prennent une valeur aléatoire.

Par exemple, dans :

struct nombre_complexe i;

void f() {
  struct nombre_complexe j;
}

Les champs de i sont initialisés à 0 alors que ceux de j prennent une valeur aléatoire.

On peut aussi partiellement initialiser une structure comme dans l’exemple suivant :

struct nombre_complexe j = { 1 };

Dans ce cas, le champs partie_relle prend la valeur 1 et le champs partie_imaginaire prend soit la valeur 0 si la variable est globale, soit une valeur aléatoire si la variable est locale à une fonction.

Accès aux champs d’une variable de type structure

L’accès aux champs d’une variable de type structure se fait en donnant le nom de la variable, suivi d’un point, suivi du nom du champs :

struct point {
  int x;
  int y;
};

struct ligne {
  struct point p1;
  struct point p2;
};

void f() {
  struct point p;
  struct ligne l;

  p.x = 42;
  p.y = 17;
  l.p1.x = 1;
  l.p1.y = 2;
  l.p2 = p; /* copie p.x/p.y dans l.p2.x/l.p2.y */

  printf("[%d %d]\n", p.x, p.y);
}

Les tableaux

Un tableau est un type de données composé de sous-types homogènes
- Les éléments d’un tableau peuvent être de n’importe quel type (primitif, structure, mais aussi tableau)
- Pour déclarer un tableau:
```
type_des_elements nom_de_la_variable[taille_du_tableau];
```
Par exemple:

    int          a[5];      /* tableau de 5 entiers */
    double       b[12];     /* tableau de 12 nombres flottants */
    struct point c[10];     /* tableau de 10 structures points */
    int          d[12][10]; /* tableau de 10 tableaux de 12 entiers */
                            /* => d est une matrice 12x10 */

Accès aux éléments d’un tableau

L’accès à l’élément n du tableau tab se fait avec tab[n]
Un tableau est indexé à partir de zéro (éléments vont de 0 à N - 1)

void f() {
  int x[3];
  int y[3];
  int i;

  /* 0 est le premier élément, 2 est le dernier */
  for(i=0; i<3; i++) {
    x[i] = i;
    y[i] = x[i] * 2;
  }
}

Tableaux et structures

On peut mixer les tableaux et les structures, par exemple :

    struct point {
      int x;
      int y;
    };

    struct triangle {
      struct point sommets[3];
    };

void f() {
  struct triangle t;

  for(i=0; i<3; i++) {
    t.sommets[i].x = i;
    t.sommets[i].y = i * 2;
  }
}

Différences par rapport à Java

On ne peut pas accéder à la taille d’un tableau
Lors d’un accès en dehors des bornes du tableau, l’erreur est silencieuse :

c’est une erreur, mais elle n’est pas signalée immédiatement

=> parmi les erreurs les plus fréquentes (et les plus difficiles à repérer) en C

void f() {
  int x[3];

  x[4] = 42; /* Erreur silencieuse !!! */
             /* Écriture à un emplacement aléatoire en mémoire */
             /* le bug pourra apparaître n'importe quand */ 
}

Initialisation d’un tableau lors de sa déclaration

Un tableau peut être initialisé lorsqu’il est déclaré avec

type_element nom_variable[taille] = { e0, e1, e2, ... };

Par exemple: int x[6] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
Comme pour les structures, on peut partiellement initialiser un tableau
- Par exemple: int x[6] = { 1, 1, 1 };

En l’absence d’initialisation : * Si le tableau est une variable globale, chaque élément est initialisé à 0 * Sinon, chaque élément est initialisé à une valeur aléatoire

Lorsqu’on initialise un tableau lors de sa déclaration, on peut omettre la taille du tableau. Dans ce cas, la taille du tableau est donnée par la taille de la liste d’initialisation.

int x[] = { 1, 2, 3 };  /* tableau à trois éléments */
int y[6] = { 1, 2, 3 }; /* tableau à six éléments, avec les trois premiers initialisés */

Initialisation mixte de tableaux et structures

On peut composer des initialisations de tableaux et de structures

    struct point {
      int x;
      int y;
    };

    struct triangle {
      struct point sommets[3];
    };

    struct triangle t = {
      { 1, 1 },
      { 2, 3 },
      { 4, 9 }
    };

Tableaux et chaînes de caractères

Une chaîne de caractère est simplement un tableau de caractères terminé par le caractère '\0' (c’est à dire le nombre zéro)

char yes[] = "yes";

est équivalent à

char yes[] = { 'y', 'e', 's', '\0' };

Passage par valeur et par référence

En C, il existe deux types de passage d’arguments :
- Passage par valeur : l’argument est copiée de l’appelé vers l’appelant
  
  => l’argument et sa copie sont deux variables différentes
- Passage par référence : une référence vers l’argument de l’appelant est donné à l’appelé
  
  => l’appelant et l’appelé partagent la même donnée
Par défaut :
- Les tableaux sont passés par référence
  - Un argument de type tableau est déclaré avec type nom[], sans la taille
- Les autres types sont passés par valeur

Passage par valeur – les types primitifs

/* le x de f et le x du main sont deux variables distinctes */
/* le fait qu'elles aient le même nom est anecdotique */
void f(int x) {
  x = 666;
  printf("f : x = %d\n", x);           /* f : x = 666 */
}

int main() {
  int x = 42;
  f(x);                         /* x est copié dans f */
      /* => le x de main n'est donc pas modifié par f */
  printf("g : x = %d\n", x);            /* g : x = 42 */
  return 0;
}

Passage par valeur – les structures

struct point {
  int x;
  int y;
};

void f(struct point p) {
  p.x = 1;
  printf("(%d, %d)\n", p.x, p.y);        /* => (1, 2) */
}

int main() {
  struct point p = { -2, 2 };
  f(p);                       /* p est copié dans f */
  printf("(%d, %d)\n", p.x, p.y);      /* => (-2, 2)  */
  return 0;
}

Passage par référence – les tableaux

void print(int x[], int n) {
  for(int i=0; i<n; i++) {
    printf("%d ", x[i]);
  }
  printf("\n");
}

int main() {
  int tab[] = { 1, 2, 3 };

  print(tab, 3);  /* => 1 2 3 */
  f(tab);  
  print(tab, 3); /* => 1 42 3 */

  return 0;
}

/* x est une référence vers le tableau original */
void f(int x[]) {
  x[1] = 42;           /* => modifie l'original */
}

Notions clés

Les structures
- Une structure définit un nouveau type de donné
- Définition : struct nom { type_1 champs_1; type_2 champs_2; ... };
- Déclaration : struct nom var = { v1, v2 };
- Utilisation : var.champs_i
Les tableaux
- Un tableau est un type de donné
- Déclaration : int tab[] = { 1, 2, 3 };
- Utilisation : tab[i]
- Une chaîne de caractère est un tableau de caractère terminé par un zéro
Passage par valeur ou par référence
- Les tableaux sont passés par référence
- Les autres types sont passés par valeur