L18 · Structures, Unions & Bit Fields (Bangla)

1. Your Own Types

একটি struct সম্পর্কযুক্ত কয়েকটি field-কে একটি ইউনিটে গ্রুপ করে। এটি প্রতিটি non-trivial data structure-এর ভিত্তি।

student.c

#include <stdio.h>

struct Student {
    char   name[50];
    int    id;
    double gpa;
};

int main(void) {
    struct Student s = {"Arif", 201, 3.85};
    printf("%s (ID %d): %.2f\n", s.name, s.id, s.gpa);
    return 0;
}

2. typedef for Readability

point.c

#include <stdio.h>

typedef struct { double x, y; } Point;

double mag2(Point p) { return p.x * p.x + p.y * p.y; }

int main(void) {
    Point p = { 3.0, 4.0 };
    printf("|p|^2 = %.2f\n", mag2(p));
    return 0;
}

typedef করলে আর struct Student লিখতে হয় না — শুধু Student। Code পড়া সহজ হয়।

3. Access — Dot vs Arrow

Point p;
p.x = 5;                // direct access
Point *pp = &p;
pp->x = 5;               // through pointer — same as (*pp).x

4. Nested Structs and Arrays of Structs

nested.c

#include <stdio.h>

typedef struct { double x, y; } Point;
typedef struct { Point start, end; } Line;

int main(void) {
    Line l = { {0, 0}, {3, 4} };
    printf("start=(%.1f, %.1f) end=(%.1f, %.1f)\n",
           l.start.x, l.start.y, l.end.x, l.end.y);

    Point poly[3] = { {0,0}, {1,0}, {0,1} };
    for (int i = 0; i < 3; i++)
        printf("vertex %d = (%.1f, %.1f)\n", i, poly[i].x, poly[i].y);
    return 0;
}

5. Struct Padding & Alignment

Compiler প্রতিটি field-কে "natural alignment"-এ রাখে, তাই struct-এর ভেতর ফাঁক (padding) থাকে।

Figure 18.1 — Padding-এর কারণে struct {char; int;} সাধারণত 8 byte।

padding.c

#include <stdio.h>

struct A { char c; int  i; };   // often 8 bytes
struct B { int  i; char c; };   // also 8 bytes (trailing padding)
struct C { int  i; char a; char b; char c; char d; };  // 8 bytes

int main(void) {
    printf("sizeof(A) = %zu\n", sizeof(struct A));
    printf("sizeof(B) = %zu\n", sizeof(struct B));
    printf("sizeof(C) = %zu\n", sizeof(struct C));
    return 0;
}

Performance tip Field গুলিকে বড় থেকে ছোট আকারে সাজালে padding কমে। Binary protocol বা network packet-এ size গুরুত্বপূর্ণ।

6. Unions — One Memory, Many Views

union.c

#include <stdio.h>

union Data {
    int   i;
    float f;
    char  bytes[4];
};

int main(void) {
    union Data d;
    d.i = 0x41424344;     // 'A','B','C','D' on little-endian
    printf("as int : 0x%X\n", d.i);
    printf("bytes  : %c %c %c %c\n", d.bytes[0], d.bytes[1], d.bytes[2], d.bytes[3]);
    printf("size   : %zu\n", sizeof(union Data));
    return 0;
}

Union-এর সব member একই memory share করে। তার size সবচেয়ে বড় member-এর size-এর সমান। ব্যবহার: endianness check, tagged union (variant type), memory-saving।

7. Bit Fields — Compact Packing

bitfield.c

#include <stdio.h>

struct Flags {
    unsigned int read  : 1;
    unsigned int write : 1;
    unsigned int exec  : 1;
    unsigned int level : 5;    // 5-bit int: 0..31
};

int main(void) {
    struct Flags f = { 1, 1, 0, 7 };
    printf("r=%u w=%u x=%u lvl=%u  size=%zu\n",
           f.read, f.write, f.exec, f.level, sizeof f);
    return 0;
}

Bit field-এর layout (bit ordering, padding) implementation-defined — তাই network protocol cross-platform binary-format-এ bit field-এর উপর ভরসা না করাই ভালো। Embedded system-এ hardware register-এর জন্য কার্যকর।

8. Passing Structs to Functions

void print_point(const Point *p) {     // prefer pointer — no copy
    printf("(%.2f, %.2f)\n", p->x, p->y);
}

ছোট struct (≤ 16 bytes) pass-by-value ঠিক আছে। বড় struct-এ pointer pass-by-value-এর চেয়ে দ্রুত (কপি হয় না)।

9. Practice Problems

Define a Date struct (day, month, year) and write print_date.

Date struct বানান ও print_date লিখুন।

✨ Show Answer

date.c

#include <stdio.h>
typedef struct { int d, m, y; } Date;
void print_date(Date x) { printf("%02d-%02d-%04d\n", x.d, x.m, x.y); }
int main(void) { print_date((Date){16, 12, 2026}); return 0; }

Write int compare_dates(const Date *, const Date *).

দুটি Date তুলনা করার ফাংশন লিখুন।

✨ Show Answer

cmp_date.c

#include <stdio.h>
typedef struct { int d, m, y; } Date;
int compare_dates(const Date *a, const Date *b) {
    if (a->y != b->y) return a->y - b->y;
    if (a->m != b->m) return a->m - b->m;
    return a->d - b->d;
}
int main(void) {
    Date a = {10, 3, 2026}, b = {1, 4, 2026};
    int c = compare_dates(&a, &b);
    puts(c < 0 ? "a < b" : c == 0 ? "a == b" : "a > b");
    return 0;
}

Define a Rectangle with two Points and compute its area and perimeter.

দুটি Point দিয়ে Rectangle ঘোষণা করুন এবং area/perimeter বের করুন।

✨ Show Answer

rect.c

#include <stdio.h>
#include <math.h>
typedef struct { double x, y; } Point;
typedef struct { Point tl, br; } Rect;
int main(void) {
    Rect r = { {0,4}, {3,0} };
    double w = fabs(r.br.x - r.tl.x);
    double h = fabs(r.tl.y - r.br.y);
    printf("area=%.2f perim=%.2f\n", w * h, 2 * (w + h));
    return 0;
}

Build an array of Students and print them sorted by GPA (descending).

Student-এর array বানিয়ে GPA-এর descending ক্রমে প্রিন্ট করুন।

✨ Show Answer

sort_students.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct { char name[32]; double gpa; } Student;
int by_gpa_desc(const void *a, const void *b) {
    double d = ((const Student *)b)->gpa - ((const Student *)a)->gpa;
    return (d > 0) - (d < 0);
}
int main(void) {
    Student s[] = { {"Arif",3.72}, {"Nusrat",3.92}, {"Zahid",3.55} };
    int n = 3;
    qsort(s, n, sizeof s[0], by_gpa_desc);
    for (int i = 0; i < n; i++) printf("%s : %.2f\n", s[i].name, s[i].gpa);
    return 0;
}

Show the size of struct { char; int; } and explain padding.
struct { char; int; }-এর size দেখান ও padding ব্যাখ্যা করুন।

✨ Show Answer
Section 5-এর padding.c-ই সম্পূর্ণ উত্তর — output-এ সাধারণত 8, 8, 8 আসবে।
Use __attribute__((packed)) (GCC) to remove padding and compare sizes.
GCC-তে __attribute__((packed)) দিয়ে padding সরিয়ে size তুলনা করুন।
✨ Show Answer
packed.c
```
#include <stdio.h>
struct A              { char c; int i; };
struct __attribute__((packed)) B { char c; int i; };
int main(void) {
    printf("sizeof(A)=%zu\n", sizeof(struct A));
    printf("sizeof(B)=%zu\n", sizeof(struct B));
    return 0;
}
```
Packed struct-এ misaligned access-এর কারণে কিছু আর্কিটেকচারে (ARM) performance কমতে পারে।

Define a tagged union (enum + union) for variant values: int, float, string.

Tagged union (enum + union) বানান — int, float, string variant-এর জন্য।

✨ Show Answer

variant.c

#include <stdio.h>

typedef enum { VAL_INT, VAL_FLT, VAL_STR } Tag;
typedef struct {
    Tag tag;
    union { int i; float f; const char *s; } u;
} Value;

void print_value(Value v) {
    switch (v.tag) {
        case VAL_INT: printf("int: %d\n", v.u.i); break;
        case VAL_FLT: printf("flt: %.2f\n", v.u.f); break;
        case VAL_STR: printf("str: %s\n", v.u.s); break;
    }
}

int main(void) {
    print_value((Value){VAL_INT, .u.i = 42});
    print_value((Value){VAL_FLT, .u.f = 3.14f});
    print_value((Value){VAL_STR, .u.s = "ABCL"});
    return 0;
}

Use a union to read the individual bytes of an int.
Union দিয়ে একটি int-এর byte গুলো পড়ুন।

✨ Show Answer
উপরের Section 6-এর union.c-ই উত্তর।

Detect endianness with a union.

Union দিয়ে endianness detect করুন।

✨ Show Answer

endian.c

#include <stdio.h>
int main(void) {
    union { int i; char c[sizeof(int)]; } u;
    u.i = 1;
    puts(u.c[0] == 1 ? "Little-endian" : "Big-endian");
    return 0;
}

Define a bit field for a small CPU flags register (carry, zero, sign, overflow, 4-bit priv).

ছোট CPU flags register-এর জন্য bit field ঘোষণা করুন।

✨ Show Answer

cpu_flags.c

#include <stdio.h>
struct CPU {
    unsigned int carry : 1;
    unsigned int zero  : 1;
    unsigned int sign  : 1;
    unsigned int over  : 1;
    unsigned int priv  : 4;
};
int main(void) {
    struct CPU f = { 1, 0, 1, 0, 3 };
    printf("C=%u Z=%u S=%u O=%u priv=%u size=%zu\n",
           f.carry, f.zero, f.sign, f.over, f.priv, sizeof f);
    return 0;
}

Build a linked-list node struct and write push_front.

Linked-list node বানান ও push_front লিখুন।

✨ Show Answer

list_push.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct Node { int v; struct Node *next; } Node;

void push_front(Node **head, int v) {
    Node *n = malloc(sizeof *n);
    n->v = v; n->next = *head;
    *head = n;
}

void print_list(Node *h) {
    for (; h; h = h->next) printf("%d ", h->v);
    putchar('\n');
}

int main(void) {
    Node *head = NULL;
    for (int i = 1; i <= 5; i++) push_front(&head, i);
    print_list(head);
    while (head) { Node *t = head; head = head->next; free(t); }
    return 0;
}

Pass a struct by value vs by pointer — and see performance difference.
Struct pass-by-value vs pass-by-pointer — performance পার্থক্য।

✨ Show Answer
ছোট struct-এ পার্থক্য সামান্য; বড় struct (যেমন 1 KB-র matrix) pass-by-value প্রতিবার পুরো কপি করবে — বাস্তব programming-এ কখনোই pass-by-value করবেন না বড় struct-কে। সবসময় const SomeType * ব্যবহার করুন যদি modify না করতে চান।

Implement Point add(Point, Point) that returns a struct.

Struct return করার ফাংশন Point add লিখুন।

✨ Show Answer

add_point.c

#include <stdio.h>
typedef struct { double x, y; } Point;
Point add(Point a, Point b) { return (Point){ a.x + b.x, a.y + b.y }; }
int main(void) {
    Point p = add((Point){1,2}, (Point){3,4});
    printf("(%.1f, %.1f)\n", p.x, p.y);
    return 0;
}

Build a self-referential struct (struct Node { ...; struct Node *next; };).
Self-referential struct বানান।

✨ Show Answer
Problem 11-এর list_push.c-ই self-referential struct দেখায়। Field type হিসেবে নিজেই একটি pointer থাকে, কিন্তু সরাসরি struct Node inside struct Node (pointer ছাড়া) চলবে না — infinite size।
Initialize a struct using designated initializers {.x = 1, .y = 2}.
Designated initializer ব্যবহার করে struct init করুন।
✨ Show Answer
designated.c
```
#include <stdio.h>
typedef struct { int id; double x, y, z; } Point3;
int main(void) {
    Point3 p = { .id = 7, .x = 1.0, .y = 2.0, .z = 3.0 };
    printf("id=%d  (%.1f, %.1f, %.1f)\n", p.id, p.x, p.y, p.z);
    return 0;
}
```
C99 designated initializer — field নাম দিয়ে নির্দিষ্টভাবে initialize করা যায়, অর্ডার লাগে না।
Why can't you put struct Foo directly inside itself (without a pointer)?
struct Foo-র ভেতরে সরাসরি নিজেই কেন রাখা যায় না?

✨ Show Answer
সরাসরি রাখলে struct Foo-র size হবে = তার নিজের size + ... — যা infinite। তাই C-তে এটি অনুমোদিত নয়। Pointer ব্যবহার করলে সমস্যা নেই — pointer-এর size fixed (4 বা 8 byte)।

Reorder fields to minimize padding — show the improvement.

Field পুনর্বিন্যাস করে padding কমান — উন্নতি দেখান।

✨ Show Answer

reorder.c

#include <stdio.h>
struct Bad  { char a; double b; char c; int d; };   // lots of padding
struct Good { double b; int d; char a; char c; };  // big → small
int main(void) {
    printf("Bad  = %zu\n", sizeof(struct Bad));
    printf("Good = %zu\n", sizeof(struct Good));
    return 0;
}

Define a struct for an IPv4 header using bit fields (simplified).

IPv4 header-এর জন্য bit field-ভিত্তিক struct লিখুন (সরলীকৃত)।

✨ Show Answer

ipv4.c

#include <stdio.h>

struct IPv4 {
    unsigned int version : 4;
    unsigned int ihl     : 4;
    unsigned int tos     : 8;
    unsigned int total   : 16;
};

int main(void) {
    struct IPv4 h = { 4, 5, 0, 1500 };
    printf("ver=%u ihl=%u tos=%u total=%u size=%zu\n",
           h.version, h.ihl, h.tos, h.total, sizeof h);
    return 0;
}

বাস্তবে IPv4 parser-এ bit field-এর পরিবর্তে manual bit masking বেশি portable, কারণ bit layout implementation-নির্ভর।

Glossary (শব্দকোষ)

Term	Meaning	বাংলায়
`struct`	A user-defined type grouping multiple fields.	একাধিক field একসাথে রাখা user-defined type।
`union`	Like a struct, but all fields share the same memory.	সব field একই memory ভাগাভাগি করে।
Member / Field	One named component inside a struct or union.	Struct/union-এর ভিতরের একটি নামকরা component।
Member Access (`.`)	Access a member of a struct value.	Struct-এর field access করার operator।
Arrow (`->`)	Access a member through a pointer to a struct.	Pointer-এর মাধ্যমে struct field access।
`typedef`	Creates an alias for an existing type.	Type-এর জন্য alias তৈরি।
Padding	Bytes inserted between fields for alignment.	Alignment-এর জন্য field-এর মাঝে যোগ হওয়া byte।
Alignment	The required address-multiple for a type's storage.	Type-এর সংরক্ষণে যে address-multiple দরকার।
Bit Field	A struct member with explicit bit width.	নির্দিষ্ট bit-width-যুক্ত struct member।
Designated Initializer	`{.x = 1}` syntax to set members by name.	নাম ধরে field initialize করার গঠন।
Tagged Union	A struct combining a union with a "type" field.	Type-tag সহ union — কোন variant সক্রিয় তা বোঝাতে।
Forward Declaration	Declaring a struct name before its full definition.	পূর্ণ সংজ্ঞার আগেই struct-এর নাম ঘোষণা।

1. Your Own Types

2. typedef for Readability

3. Access — Dot vs Arrow

4. Nested Structs and Arrays of Structs

5. Struct Padding & Alignment

6. Unions — One Memory, Many Views

7. Bit Fields — Compact Packing

8. Passing Structs to Functions

9. Practice Problems

Glossary (শব্দকোষ)

Summary — Module 18