3606: 结构体(struct.cpp)

# [CSP-S 2023] 结构体【官方数据】 ## 题目背景 在 C++ 等高级语言中，除了 int 和 float 等基本类型外，通常还可以自定义结构体类型。在本题当中，你需要模拟一种类似 C++ 的高级语言的结构体定义方式，并计算出相应的内存占用等信息。 ## 题目描述 在这种语言中，基本类型共有 $4$ 种：`byte`、`short`、`int`、`long`，分别占据 $1$、$2$、$4$、$8$ 字节的空间。 定义一个结构体**类型**时，需要给出**类型名**和**成员**，其中每个成员需要按顺序给出**类型**和**名称**。类型可以为基本类型，也可以为**先前定义过**的结构体类型。注意，定义结构体**类型**时不会定义具体元素，即不占用内存。 定义一个**元素**时，需要给出元素的**类型**和**名称**。元素将按照以下规则占据内存： - 元素内的所有成员将按照**定义时给出的顺序**在内存中排布，对于类型为结构体的成员同理。 - 为了保证内存访问的效率，元素的地址占用需要满足**对齐规则**，即任何类型的**大小**和该类型元素在内存中的**起始地址**均应对齐到该类型对齐要求的**整数倍**。具体而言： - 对于基本类型：对齐要求等于其占据空间大小，如 `int` 类型需要对齐到 $4$ 字节，其余同理。 - 对于结构体类型：对齐要求等于其成员的对齐要求的**最大值**，如一个含有 `int` 和 `short` 的结构体类型需要对齐到 $4$ 字节。 以下是一个例子（以 C++ 语言的格式书写）： ```cpp struct d { short a; int b; short c; }; d e; ``` 该代码定义了结构体类型 `d` 与元素 `e`。元素 `e` 包含三个成员 `e.a`、`e.b`、`e.c`，分别占据第 $0 \sim 1$、$4 \sim 7$、$8 \sim 9$ 字节的地址。由于类型 `d` 需要对齐到 $4$ 字节，因此 `e` 占据了第 $0 \sim 11$ 字节的地址，大小为 $12$ 字节。 你需要处理 $n$ 次操作，每次操作为以下四种之一： 1. 定义一个结构体类型。具体而言，给定正整数 $k$ 与字符串 $s, t_1, n_1, \dots, t_k, n_k$，其中 $k$ 表示该类型的成员数量，$s$ 表示该类型的类型名，$t_1, t_2, \dots, t_k$ 按顺序分别表示每个成员的类型，$n_1, n_2, \dots, n_k$ 按顺序分别表示每个成员的名称。你需要输出该结构体类型的大小和对齐要求，用一个空格分隔。 2. 定义一个元素，具体而言，给定字符串 $t, n$ 分别表示该元素的类型与名称。所有被定义的元素将按顺序，从内存地址为 $0$ 开始依次排开，并需要满足地址对齐规则。你需要输出新定义的元素的起始地址。 3. 访问某个元素。具体而言，给定字符串 $s$，表示所访问的元素。与 C++ 等语言相同，采用 `.` 来访问结构体类型的成员。如 `a.b.c`，表示 `a` 是一个已定义的元素，它是一个结构体类型，有一个名称为 `b` 的成员，它也是一个结构体类型，有一个名称为 `c` 的成员。你需要输出如上被访问的**最内层**元素的起始地址。 4. 访问某个内存地址。具体而言，给定非负整数 $addr$，表示所访问的地址，你需要判断是否存在一个**基本类型**的元素占据了该地址。若是，则按操作 3 中的访问元素格式输出该元素；否则输出 `ERR`。 ## 输入格式 第 $1$ 行：一个正整数 $n$，表示操作的数量。 接下来若干行，依次描述每个操作，每行第一个正整数 $op$ 表示操作类型： - 若 $op = 1$，首先输入一个字符串 $s$ 与一个正整数 $k$，表示类型名与成员数量，接下来 $k$ 行每行输入两个字符串 $t_i, n_i$，依次表示每个成员的类型与名称。 - 若 $op = 2$，输入两个字符串 $t, n$，表示该元素的类型与名称。 - 若 $op = 3$，输入一个字符串 $s$，表示所访问的元素。 - 若 $op = 4$，输入一个非负整数 $addr$，表示所访问的地址。 ## 输出格式 输出 $n$ 行，依次表示每个操作的输出结果，输出要求如题目描述中所述。 ## 样例 #1 ### 样例输入 #1 ``` 5 1 a 2 short aa int ab 1 b 2 a ba long bb 2 b x 3 x.ba.ab 4 10 ``` ### 样例输出 #1 ``` 8 4 16 8 0 4 x.bb ``` ## 提示 #### 【样例 1 解释】 结构体类型 `a` 中，`short` 类型的成员 `aa` 占据第 $0 \sim 1$ 字节地址，`int` 类型的成员 `ab` 占据第 $4 \sim 7$ 字节地址。又由于其对齐要求为 $4$ 字节，可得其大小为 $8$ 字节。由此可同理计算出结构体类型 `b` 的大小为 $16$ 字节，对齐要求为 $8$ 字节。 #### 【样例 2】 见选手目录下的 struct/struct2.in 与 struct/struct2.ans。 #### 【样例 2 解释】 第二个操作 4 中，访问的内存地址恰好在为了地址对齐而留下的 “洞” 里，因此没有基本类型元素占据它。 #### 【样例 3】 见选手目录下的 struct/struct3.in 与 struct/struct3.ans。 #### 【数据范围】 对于全部数据，满足 $1 \le n \le 100$，$1 \le k \le 100$，$0 \le addr \le 10^{18}$。 所有定义的结构体类型名、成员名称和定义的元素名称均由不超过 $10$ 个字符的小写字母组成，且都不是 `byte,short,int,long`（即不与基本类型重名）。 所有定义的结构体类型名和元素名称互不相同，同一结构体内成员名称互不相同。但不同的结构体可能有相同的成员名称，某结构体内的成员名称也可能与定义的结构体或元素名称相同。 保证所有操作均符合题目所述的规范和要求，即结构体的定义不会包含不存在的类型、不会访问不存在的元素或成员等。 保证任意结构体大小及定义的元素占据的最高内存地址均不超过 $10^{18}$。 | 测试点 | 特殊性质 | | :----------: | :----------: | | $1$ | A、D | | $2\sim 3$ | A | | $4\sim 5$ | B、D | | $6\sim 8$ | B | | $9\sim 10$ | C、D| | $11\sim 13$ | C| | $14\sim 16$ |D| |$17\sim 20$| 无| 特殊性质 A：没有操作 $1$； 特殊性质 B：只有一个操作 $1$； 特殊性质 C：所有操作 $1$ 中给出的成员类型均为基本类型； 特殊性质 D：基本类型只有 `long`。 #### 【提示】 对于结构体类型的对齐要求和大小，形式化的定义方式如下： - 设该结构体内有 $k$ 个成员，其大小分别为 $s_1,...,s_k$，对齐要求分别为 $a_1,...,a_k$; - 则该结构体的对齐要求为 $a=\max\{a_1,...,a_k\}$； - 再设这些成员排布时的**地址偏移量**分别为 $o_1,...,o_k$，则： - $o_1 = 0$; - 对于 $i=2,...,k$，$o_i$ 为满足 $o_{i-1}+s_{i-1}\le o_i$ 且 $a_i$ 整除 $o_i$ 的最小值； - 则该结构体的大小 $s$ 为满足 $o_k+s_k\le s$ 且 $a$ 整除 $s$ 的最小值； 对于定义元素时的内存排布，形式化的定义方式如下： - 设第 $i$ 个被定义的元素大小为 $s_i$，对齐要求为 $a_i$，起始地址为 $b_i$; - 则 $b_1 = 0$，对于 $2\le i$， $b_i$ 为满足 $b_{i-1} + s_{i-1}\le b_i$ 且 $a_i$ 整除 $b_i$ 的最小值。