أنواع البيانات C

في لغة البرمجة C ، تُشكّل أنواع البيانات دلالات وخصائص تخزين عناصر البيانات. ويتم التعبير عنها في بنية اللغة على شكل تعريفات لمواقع الذاكرة أو المتغيرات . كما تُحدد أنواع البيانات أنواع العمليات أو طرق معالجة عناصر البيانات.

توفر لغة C أنواعًا حسابية أساسية، مثل أنواع الأعداد الصحيحة والأعداد الحقيقية ، بالإضافة إلى صيغة لبناء المصفوفات والأنواع المركبة. تحتوي مكتبة C القياسية على تعريفات إضافية لأنواع الدعم، والتي تتميز بخصائص إضافية، مثل توفير مساحة تخزين بحجم دقيق، بغض النظر عن تطبيق اللغة على منصات الأجهزة المحددة. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

يتضمن معيار C99 تعريفاتٍ لعدة أنواع جديدة من الأعداد الصحيحة لتحسين قابلية نقل البرامج. ^{[ 2 ]} اعتُبرت أنواع الأعداد الصحيحة الأساسية المتوفرة غير كافية، لأن أحجامها الفعلية تُحددها آلية التنفيذ وقد تختلف بين الأنظمة المختلفة. تُعدّ الأنواع الجديدة مفيدةً بشكلٍ خاص في البيئات المُدمجة حيث لا يدعم الجهاز عادةً سوى عددٍ محدود من الأنواع، ويختلف هذا الدعم بين البيئات المختلفة. تُعرَّف جميع الأنواع الجديدة في <inttypes.h>ملف الرأس، وهي متوفرة أيضًا في <stdint.h>ملف الرأس. يمكن تصنيف الأنواع إلى الفئات التالية:

• أنواع الأعداد الصحيحة ذات العرض المحدد، والتي تضمن امتلاكها نفس عدد البتات (n) في جميع التطبيقات. يتم تضمينها فقط إذا كانت متوفرة في التطبيق.
• أنواع الأعداد الصحيحة ذات العرض الأدنى، والتي تُضمن كونها أصغر نوع متاح في التطبيق، وتحتوي على عدد بتات محدد على الأقل (n) . يُضمن تحديدها على الأقل لقيم N=8، 16، 32، 64.
• أسرع أنواع الأعداد الصحيحة التي تضمن كونها أسرع نوع عدد صحيح متاح في التطبيق، والتي تحتوي على عدد بتات محدد على الأقل n . يُضمن تحديدها على الأقل لقيم N=8، 16، 32، 64.
• أنواع المؤشرات الصحيحة التي تضمن قدرتها على احتواء مؤشر. يتم تضمينها فقط إذا كانت متوفرة في التنفيذ.
• أنواع الأعداد الصحيحة ذات العرض الأقصى والتي تضمن أن تكون أكبر نوع عدد صحيح في التنفيذ.

يلخص الجدول التالي الأنواع والواجهة اللازمة للحصول على تفاصيل التنفيذ ( يشير n إلى عدد البتات):

على غرار أنواع الأعداد الصحيحة ذات العرض الثابت، تحدد المواصفة القياسية ISO/IEC TS 18661 أنواع الأعداد العشرية لتبادل IEEE 754 والتنسيقات الموسعة بالنظامين الثنائي والعشري:

• _FloatNبالنسبة لتنسيقات التبادل الثنائي؛
• _DecimalNبالنسبة لتنسيقات التبادل العشري؛
• _FloatNxللتنسيقات الثنائية الموسعة؛
• _DecimalNxللصيغ العشرية الموسعة.

لكل نوع بيانات مؤشرٌT مُقابل . المؤشر هو نوع بيانات يحتوي على عنوان موقع تخزين لمتغير من نوع مُحدد. تُعلن المؤشرات باستخدام مُعرّف النوع النجمي (*) بعد نوع التخزين الأساسي وقبل اسم المتغير. المسافة البيضاء قبل أو بعد النجمة اختيارية.T*

char * p ; long * q ; int * r ;

يمكن أيضًا تعريف المؤشرات لأنواع بيانات المؤشرات، مما يُنشئ مؤشرات غير مباشرة متعددة، مثل char **المؤشرات int ***إلى المصفوفات. وتُعدّ هذه الأخيرة أقل شيوعًا من مصفوفة المؤشرات، وقد يكون تركيبها مُربكًا.

char * pc [ 10 ]; // مصفوفة من 10 عناصر من نوع 'مؤشر إلى حرف' char ( * pa )[ 10 ]; // مؤشر إلى مصفوفة من 10 عناصر من نوع char

يتطلب العنصر pcعشرة كتل من الذاكرة بحجم المؤشر إلىchar (عادة 40 أو 80 بايت على المنصات الشائعة)، ولكن العنصر paهو مؤشر واحد فقط (بحجم 4 أو 8 بايت)، والبيانات التي يشير إليها هي مصفوفة من عشرة بايت ( ).sizeof*pa==10

تحتوي لغة C أيضًا على "مؤشر إلى void" void *. ^{[ 18 ]}void لا يعني اسم "مؤشر إلى " أنه يشير إلى voidالذاكرة (كما voidهو الحال مع نوع غير مكتمل بدون حجم)، بل يشير إلى شيء من نوع غير محدد. يجب تحويله إلى نوع مؤشر آخر قبل إمكانية الوصول إليه. void *قد لا يشير المؤشر إلى دالة. استدعاء الدالة mallocيُرجع قيمة void *، freeويأخذ قيمة void *.

تستخدم لغة C مفهوم المؤشر الفارغ للدلالة على مؤشر لا يشير إلى أي بيانات صالحة. NULLغالبًا ما يُستخدم الماكرو بدلاً من المؤشر الفارغ، معتمدًا على التحويل الضمني للأنواع كلما أمكن. مع ذلك، قد يكون هذا الاستخدام إشكاليًا ومصدرًا لأخطاء برمجية. على وجه الخصوص، NULLقد يكون لتوسيع المؤشر الفارغ نوع مؤشر أو نوع عدد صحيح، اعتمادًا على التنفيذ. قدمت C23 الثابت المُعرَّف مسبقًا nullptrونوعه nullptr_t(الذي له القيمة الوحيدة nullptr) للتعبير عن ثابت المؤشر الفارغ. nullptrيُعد مؤشرًا بشكل قاطع، ويمكن تحويله إلى أي مؤشر كائن أو دالة، ويسمح nullptr_tبحالة خاصة في _Generic. ^{[ 19 ]} حجم هذا النوع ومحاذاته مماثلان لمؤشر إلى نوع حرفي (أو void *)، ولكن قد يكون لأنواع المؤشرات الأخرى حجم ومحاذاة مختلفان؛ وبالتالي، لا يمكن استبدال جميع المؤشرات الفارغة بـ nullptr. ^{[ 20 ]}

لكل نوع T، باستثناء أنواع void والدوال، يوجد نوع "مصفوفة من Nعناصر من النوع T" . المصفوفة هي مجموعة من القيم، جميعها من نفس النوع، مخزنة بشكل متجاور في الذاكرة. Nيتم فهرسة مصفوفة بحجم معين بواسطة أعداد صحيحة من 00 إلى 1. N − 1إليك مثال موجز:

int a [ 10 ]; // مصفوفة من 10 عناصر، كل منها من نوع عدد صحيح

يمكن تهيئة المصفوفات باستخدام مُهيئ مُركب، ولكن لا يمكن إسناد قيم لها. تُمرر المصفوفات إلى الدوال بتمرير مؤشر إلى العنصر الأول. تُعرَّف المصفوفات متعددة الأبعاد على أنها "مصفوفة من المصفوفات ..." ، ويجب أن يكون لجميع الأبعاد، باستثناء البعد الخارجي، حجم ثابت وقت الترجمة.

int aa [ 10 ][ 8 ]; // مصفوفة من 10 عناصر، كل عنصر منها من نوع 'مصفوفة من 8 عناصر عددية صحيحة'

في لغة C، غالبًا ما يتم تخزين السلسلة كمصفوفة من الأقواس char( char[])، ولكن هذا يختلف عن المؤشر إلى الأقواس char( char *). char[]لا يمكن إعادة تعيين الأقواس، وتوجد في المكان الذي تم تعريفها فيه، بينما char *يمكن إعادة تعيين الأقواس، ولكن لا يمكن تعديلها.

char s [] = "Hello, world!" ; char * p = s ; // s يتحول إلى &s[0]، وp يشير إلى الحرف الأول

حتى لو أخذت الدالة T[]كمعامل، فإنها تتحلل إلى T *قيمة تشير إلى عنصرها الأول.

void f ( int a []);// هذا هو نفسه: void f ( int * a );

يتم تعريف فهرسة المصفوفة من حيث حساب المؤشرات ، أي a[i]أنها تعادل *(a + i). ^{[ 21 ]}

في لغة C، يُعدّ التعداد نوعًا من أنواع البيانات الصحيحة التي تقتصر قيمها على مجموعة من الثوابت المُسماة. ^{[ 22 ]} لا يمكن تعريف التعدادات مسبقًا. كما يمكن إسناد قيم إليها مباشرةً، وتُستخدم عادةً switchلتعداد حالات متعددة.

#include <stddef.h>enum Status { OK = 200 , NOT_FOUND = 404 , SERVER_ERROR = 500 };const char * get_status_string ( enum Status status ) { switch ( status ) { case OK : return "Success" ; case NOT_FOUND : return "Not found" ; case SERVER_ERROR : return "Server error" ; default : unreachable (); } }

تُعرف ثوابت التعداد في وقت الترجمة، وغالبًا ما تكون وسيلة أكثر أمانًا لتعريف الثوابت الصحيحة من وحدات الماكرو. عادةً ما يكون الحجم الأساسي للتعداد هو int، ولكن منذ C23، يمكن تحديد الحجم الأساسي للتعداد مباشرةً ليكون أي نوع صحيح.

enum Color : char { RED = 1 , ORANGE , YELLOW , GREEN , BLUE , INDIGO , VIOLET };

لأن أنواع البيانات المُعدّدة ليست آمنة من حيث النوع، يمكن إسناد قيمة من نوع بيانات مُعدّد آخر إليها. كما لا يشترط أن تكون قيم أنواع البيانات المُعدّدة ضمن نطاق القيم المُحددة.

enum Color color = YELLOW ; // YELLOW = 3 enum Month month = JUNE ; // JUNE = 6اللون = الشهر ؛ // اللون الآن هو 6 (نيلي) الشهر = 999 ؛ // قد لا توجد قيمة 999 في تعداد الشهر، ولكنها لا تزال مسموحة

تُجمّع الهياكل (structs) تخزين عناصر بيانات متعددة، قد تختلف أنواعها، في كتلة ذاكرة متجاورة واحدة يُشار إليها بواسطة متغير واحد. قد تُضاف حشوات إلى عناصرها لتحسين محاذاة الذاكرة ، ولذلك يُنصح غالبًا بترتيب الحقول من الأكبر حجمًا إلى الأصغر حجمًا لتحقيق استخدام أمثل للذاكرة.

struct Student { char name [ 50 ]; unsigned int id ; unsigned int chapter ; float gpa ; };// تهيئة موضعية - القيم تطابق ترتيب الحقول struct Student alice = { "Alice" , 123 , 2 , 3.8 }; // مُهيئ مُحدد (منذ C99) struct Student bob = { . name = "Bob" , . id = 246 , . chapter = 1 , . gpa = 3.9 };

قد تستخدم الهياكل أيضًا حقول البت للسماح للحقول بمشاركة وحدات التخزين نفسها، ولكن يتم تحديد التخطيطات من قبل التنفيذ.

struct Properties { // يمكن ضغط ثلاثة حقول في بايت واحد unsigned char visible : 1 ; // a يشغل بت واحد unsigned char color : 3 ; // b يشغل 3 بتات unsigned char size : 4 ; // c يشغل 4 بتات };

يُعدّ تخطيط الذاكرة للبنية مسألةً خاصة بتنفيذ اللغة لكل منصة، مع بعض القيود. يجب أن يكون عنوان الذاكرة للعضو الأول مطابقًا لعنوان البنية نفسها. يمكن تهيئة البنى أو إسناد قيم إليها باستخدام القيم المركبة. يمكن للدالة أن تُرجع بنيةً مباشرةً، على الرغم من أن هذا غالبًا ما يكون غير فعال أثناء التشغيل. منذ معيار C99 ، يمكن أن تنتهي البنية أيضًا بعضو مصفوفة مرن .

يمكن للدوال أن تأخذ بنية بيانات كمعامل بالقيمة، لكن هذا مكلف لأنه ينسخ البنية بأكملها. في المقابل، يُفضل تمريرها عبر مؤشر لأن حجم المؤشر معروف (عادةً 4 أو 8 بايت).

#include <stdio.h>// تمرير القيمة void print_student ( struct Student s ) { printf ( "الاسم: %s، الرقم التعريفي: %d، في الفصل الدراسي %d، بمعدل تراكمي: %.2f \n " , s . name , s . id , s . chapter , s . gpa ); }// تمرير البيانات بواسطة مؤشر void print_student ( struct Student * s ) { printf ( "الاسم: %s، الرقم الجامعي: %d، الفصل الدراسي %d، المعدل التراكمي: %.2f \n " , s -> name , s -> id , s -> chapter , s -> gpa ); }

يمكن أن تتكون الهياكل من هياكل أخرى:

struct Date { int year ; int month ; int day ; };struct Birthday { char name [ 50 ]; struct Date dob ; };

يُستخدم عادةً هيكل البيانات الذي يحتوي على مؤشر إلى هيكل بيانات من نوعه الخاص لبناء هياكل البيانات المرتبطة :

struct LinkedList { void * item ; // يخزن العنصر الحالي struct LinkedList * next ; // يخزن القائمة التالية، أو NULL إذا لم يكن هناك عنصر تالٍ };

نوع الاتحاد هو بنية خاصة تسمح بالوصول إلى نفس كتلة الذاكرة باستخدام مجموعة مختارة من أوصاف الأنواع المختلفة.

// يحتوي على قيمة عددية صحيحة أو عشرية، اتحاد الأرقام { عدد صحيح i ؛ عدد عشري f ؛ } d ؛d.i = 10 ; // قيمة d الآن هي 10 d.f = 3.14f ; // قيمة d الآن هي 3.14، مما يؤدي إلى استبدال القيمة 10

في المثال التالي، يمكن تعريف اتحاد لأنواع البيانات للسماح بقراءة نفس البيانات إما كعدد صحيح، أو عدد عشري، أو أي نوع آخر يحدده المستخدم:

اتحاد { عدد صحيح i ؛ عدد عشري f ؛ بنية { عدد صحيح غير مُوقّع u ؛ عدد عشري d ؛ } s ؛ } u ؛

الحجم الإجمالي لـ uهو حجم u.s- والذي يصادف أنه مجموع حجمي u.s.uو u.s.d- لأن sأكبر من كليهما i. fعند إسناد شيء ما إلى ، قد يتم الاحتفاظ u.iببعض أجزاء من إذا كان أصغر من .u.fu.iu.f

إن قراءة بيانات أحد أعضاء النقابة لا تشبه عملية الإلقاء، لأن قيمة العضو لا يتم تحويلها، بل تتم قراءتها فقط.

تسمح مؤشرات الدوال بالإشارة إلى الدوال ذات التوقيع المحدد. على سبيل المثال، لتخزين عنوان الدالة القياسية absفي المتغير my_int_f:

int ( * my_int_f )( int ) = & abs ; // يمكن حذف عامل التشغيل &، ولكنه يوضح أن "عنوان" القيمة المطلقة (abs) مستخدم هنا.

يتم استدعاء مؤشرات الدوال بالاسم تمامًا مثل استدعاءات الدوال العادية.

#include <stdio.h> #include <stdlib.h>int ( * my_abs )( int ) = & abs ; int x = -42 ; int abs_of_x = my_abs ( x ); printf ( "abs(%d) = %d \n " , x , abs_of_x );

يمكن تمييز الأنواع المذكورة أعلاه بشكل أكبر باستخدام مُحدِّدات النوع ، مما ينتج عنه نوع مؤهل . اعتبارًا من عام 2014وفي لغة C11 ، توجد أربعة محددات للأنواع في لغة C القياسية:

• const( C89 )
• volatile( C89 )
• restrict( C99 )
• _Atomic( C11 ) - يحتوي الأخير على اسم خاص لتجنب التعارض مع أسماء المستخدمين، ^{[ 23 ]} ولكن يمكن استخدام الاسم الأكثر شيوعًا إذا تم تضمين العنوان. atomic<stdatomic.h>

من بين هذه المحددات، constيُعدّ المحدد الأكثر شهرةً واستخدامًا ، إذ يظهر في مكتبة لغة C القياسية ويُصادف في أي استخدامٍ هام للغة C، والذي يجب أن يستوفي شرط صحة الثوابت . أما المحددات الأخرى فتُستخدم أساسًا في البرمجة منخفضة المستوى: يهدف المحدد الأول إلى منع تحسينات المُصرّف على متغيرٍ ما من خلال الإشارة إلى إمكانية تغييره في أي وقت، بينما يشير المحدد الثاني إلى أن الكائن الذي يُشير إليه المؤشر لا يُمكن الوصول إليه إلا من خلال ذلك المؤشر، ويشير المحدد الثالث إلى أن الكائن "ذري"، أي أن عمليات القراءة والكتابة غير قابلة للتجزئة.volatilerestrict_Atomic

• بناء جملة لغة C
• متغير غير مهيأ
• الأعداد الصحيحة (علوم الحاسوب)
• إزاحة