Харви Дейтел, Пол Дейтел

КАК ПРОГРАММИРОВАТЬ НА С

Книга предлагает читателю курс программирования, ориентированный на языки С/С++, и рассчитана как на начинающих, не владеющих никакими языками программирования, так и на опытных программистов, которые могут просто пропустить не интересующие их главы. Помимо достаточно полного и глубокого изложения языка С дается весьма серьезное введение в C++, одного из наиболее перспективных на настоящий момент языков; ему посвящена значительная часть книги. Особое внимание уделяется методикам структурного и объектноориентированного программирования больших программных систем. Примеры и многочисленные упражнения знакомят читателя с часто применяемыми алгоритмами и фундаментальными структурами данных, показывая технические приемы их реализации. Приводится также масса полезных советов.

Книга адресована широкому кругу читателей, от новичков до студентов, изучающих программирование в рамках своей специальности.

Содержание

Предисловие17

Об этой книге18

Обзор книги20

Глава 1. Принципы машинной обработки данных29

Введение30

Что такое компьютер?32

Внутренняя организация компьютера33

Пакетная обработка, мультипрограммирование и разделение времени34

Персональные вычисления, распределенные вычисления и вычисления в 34 модели клиент/сервер

Машинные языки, языки ассемблера и языки высокого уровня35

История языка С36

Стандартная библиотека С37

Другие языки высокого уровня38

Структурное программирование38

Основные принципы среды С39

Общие замечания о С и этой книге41

Concurrent С (Параллельный С)42

Объектно-ориентированное программирование и C++43

Резюме Хороший стиль программирования Советы по переносимости

программ Советы по повышению эффективности Упражнения для самоконтроля Ответы к упражнениям для самоконтроля Упражнения Рекомендуемая литература

Глава 2. Введение в программирование на С53

Введение54

Простая программа на С: печать строки текста54

Еще одна простая программа на С; сложение двух целых чисел58

Общие понятия о памяти компьютера63

Арифметика в С64

Принятие решений: операции равенства и отношения67

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль

программирования Советы по переносимости программ Упражнения для самоконтроля Ответы на упражнения для самоконтроля

Упражнения

Глава 3. Структурная разработка программ87

Введение88

Алгоритмы88

Псевдокод89

Управляющие структуры90

Структура выбора if92

Структура выбора if/else94

Структура повторения while98

Формулирование алгоритмов: пример 1 (повторение, управляемое99

счетчиком)

Формулирование алгоритмов на основе нисходящего пошагового102

уточнения: пример 2 (повторение, управляемое контрольным значением)

Формулирование алгоритмов на основе нисходящего пошагового108

уточнения: пример 3 (вложенные управляющие структуры)

Операции присваивания113

Операции инкремента и декремента114

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы, по повышению эффективности Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы к упражнениям для самоконтроля Упражнения

Глава 4. Управление программой137

Введение138

Основы структур повторения139

Повторение, управляемое счетчиком139

Структура повторения for141

Структура for: замечания и рекомендации144

Примеры структур for145

Структура со множественным выбором switch148

Структура повторения do/while154

Операторы break и continue156

Логические операции158

Смешивание операций равенства (==) и присваивания (=)161

Краткая сводка по структурному программированию163

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль

программирования Советы по повышению эффективности Советы по переносимости программ Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы к упражнениям для самоконтроля

Упражнения

Глава 5. Функции185

Введение186

Программные модули в С187

Функции математической библиотеки188

Функции189

Определения функций190

Прототипы функций194

Заголовочные файлы197

Вызов функций: вызов по значению и по ссылке198

Генерация случайных чисел199

Пример: стохастическая игра203

Классы памяти206

Правила области действия209

Рекурсия210

Пример применения рекурсии: числа Фибоначчи215

Рекурсия в сравнении с итерацией219

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы по переносимости программ Советы по повышению эффективности Общие методические замечания

Упражнения для самоконтроля Ответы на упражнения для самоконтроля Упражнения

Глава 6. Массивы247

Введение248

Массивы249

Объявление массивов251

Примеры работы с массивами251

Передача массивов в функции263

Сортировка массивов267

Пример: вычисление среднего значения, медианы и наиболее вероятного 269 значения с использованием массивов

Поиск в массивах273

Многомерные массивы277

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы по повышению эффективности Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы к упражнениям для самоконтроля Упражнения Упражнения на рекурсию

Глава 7. Указатели307

Введение308

Объявление и инициализация переменной-указателя309

Операции над указателями

Передача параметра по ссылке

Использование модификатора const с указателями

Программа пузырьковой сортировки, использующая вызов по ссылке

Выражения и арифметические операции с указателями

Связь между указателями и массивами

Массивы указателей

Пример: программа тасовки и сдачи колоды карт

Указатели на функции

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы по повышению эффективности Советы по переносимости программ Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы на упражнения для самоконтроля

Упражнения Специальный раздел: как самому построить компьютер

Глава 8. Символы и строки

Введение

Строки и символы

Библиотека обработки символов

Функции преобразования строк

Функции стандартной библиотеки ввода/вывода

Функции операций над строками из библиотеки обработки строк

Функции сравнения из библиотеки обработки строк

Функции поиска из библиотеки обработки строк

Функции памяти библиотеки обработки строк

Другие функции из библиотеки обработки строк

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы по переносимости программ Упражнения для самоконтроля Ответы к упражнениям для самоконтроля Упражнения Специальный раздел: более сложные упражнения по работе со строками

Глава 9. Форматированный ввод/вывод

Введение

Потоки

Форматированный вывод с применением printf

Печать целых чисел

Печать чисел с плавающей точкой

Печать строк и символов

Другие спецификаторы преобразования

Печать с заданием ширины поля и точности представления

Использование флагов в строке управления форматом printf

Печать литералов и Esc-последовательностей

Форматированный ввод с применением scanf

310312316322326329333334339310312316322326329333334339369370370372377382385388390395399369370370372377382385388390395399419420421421422423425426428430433434419420421421422423425426428430433434Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль

310

312

316

322

326

329

333

334

339

310

312

316

322

326

329

333

334

339

369

370

370

372

377

382

385

388

390

395

399

369

370

370

372

377

382

385

388

390

395

399

419

420

421

421

422

423

425

426

428

430

433

434

419

420

421

421

422

423

425

426

428

430

433

434

программирования Советы по переносимости программ Упражнения для самоконтроля Ответы на упражнения для самоконтроля Упражнения

Глава 10. Структуры, объединения, операции с битами и перечисления.

Введение

Описания структур

Инициализация структур

Доступ к элементам структур

Использование структур с функциями

Typedef

Пример: моделирование высокоэффективной тасовки и раздачи карт

Объединения

Поразрядные операции

Битовые поля

Перечислимые константы

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы по переносимости программ Советы по повышению эффективности Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы на упражнения для самоконтроля Упражнения

Глава 11. Работа с файлами

Введение

Иерархия данных

Файлы и потоки

Создание файла последовательного доступа

Чтение данных из файла последовательного доступа

Файлы произвольного доступа

Создание файла произвольного доступа

Произвольная запись данных в файл произвольного доступа

Последовательное чтение данных из файла произвольного доступа

Пример: программа обработки транзакций

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы, по переносимости программ Советы по повышению эффективности Упражнения для самоконтроля Ответы на упражнения для самоконтроля Упражнения

Глава 12. Структуры данных

Введение

Структуры, ссылающиеся на себя

Динамическое распределение памяти

Связанные списки

Стеки

Очереди

451452453455455457458459461463471474451452453455455457458459461463471474489490490493493499503504506508508489490490493493499503504506508508527528529530531539545550527528529530531539545550Деревья

451

452

453

455

455

457

458

459

461

463

471

474

451

452

453

455

455

457

458

459

461

463

471

474

489

490

490

493

493

499

503

504

506

508

508

489

490

490

493

493

499

503

504

506

508

508

527

528

529

530

531

539

545

550

527

528

529

530

531

539

545

550

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы по повышению эффективности Советы по переносимости программ Упражнения для самоконтроля Ответы на упражнения для самоконтроля Упражнения

Глава 13. Препроцессор587

Введение588

Директива препроцессора #include588

Директива препроцессора #define: символические константы589

Директива препроцессора #define: макросы590

Условная компиляция592

Директивы препроцессора #error и #pragma593

Операции # и ##593

Нумерация строк594

Предопределенные символические константы594

Макрос подтверждения594

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы по повышению эффективности

Упражнения для самоконтроля Ответы на упражнения для самоконтроля Упражнения

Глава 14. Специальные вопросы601

Введение602

Переадресация ввода/вывода в системах UNIX и DOS602

Списки аргументов переменной длины603

Аргументы командной строки606

Замечания относительно компиляции программ из нескольких607

исходных файлов

Выход из программы с помощью exit и atexit609

Модификатор типа volatile609

Суффиксы для целых констант и констант с плавающей точкой610

Еще раз о файлах611

Обработка сигналов613

Динамическое выделение памяти: функции calloc и realloc615

Безусловный переход: goto616

Резюме Распространенные ошибки программирования Советы по переносимости программ Советы по повышению эффективности Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы, на упражнения для самоконтроля Упражнения

Глава 15. C++ как “улучшенный” С625

Введение626

Однострочные комментарии C++627

Потоковый ввод/вывод C++628

Объявления в C++630

Создание новых типов данных в C++630

631633637641643644646647649649631633637641643644646647649649Прототипы функций и контроль соответствия типов

631

633

637

641

643

644

646

647

649

649

631

633

637

641

643

644

646

647

649

649

Встроенные функции

Параметры-ссылки

Модификатор const

Динамическое распределение памяти с помощью new и delete

Параметры, используемые по умолчанию

Унарная операция разрешения области действия

Перегрузка функций

Спецификации внешней связи

Шаблоны функций

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы по переносимости программ Советы по повышению эффективности Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы к упражнениям для самоконтроля Упражнения Рекомендуемая литература Приложение: ресурсы C++

Глава16. Классы и абстракция данных.663

Введение664

Определение структур666

Доступ к элементам структур667

Реализация пользовательского типа Time с помощью структуры668

Реализация абстрактного типа данных Time с помощью класса670

Область действия класса и доступ к элементам класса676

Отделение интерфейса от реализации677

Управление доступом к элементам класса681

Функции доступа и сервисные функции684

Инициализация объектов класса: конструкторы687

Использование с конструкторами аргументов по умолчанию688

Деструкторы691

Когда вызываются конструкторы и деструкторы691

Использование элементов данных и элементов-функций694

Скрытая ловушка: возвращение ссылки на закрытый элемент данных699

Присваивание по умолчанию путем поэлементного копирования701

Повторное использование программного обеспечения701

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль

программирования Советы, по повышению эффективности Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы, к упражнениям для самоконтроля Упражнения

Глава 17. Классы: часть II715

Введение716

Константные объекты и константные элементы-функции717

Композиция: классы в качестве элементов других классов723

Дружественные функции и дружественные классы727

729729Указатель this

729

729

Динамическое распределение памяти с помощью операций new и delete 734

735739743743735739743743Статические элементы класса

735

739

743

743

735

739

743

743

Абстракция данных и сокрытие информации

Контейнерные классы и итераторы

Шаблоны классов

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы по повышению эффективности Советы, по переносимости программ Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы к упражнениям для самоконтроля Упражнения

Глава 18. Перегрузка операций755

Введение756

Основные принципы перегрузки операций757

Запреты на перегрузку операций759

Функции-операции как элементы классаи как дружественные функции 760

Перегрузка операций передачи в поток иизвлечения изпотока762

Перегрузка одноместных операций764

Перегрузка двухместных операций765

Пример: класс Array765

Преобразование типов776

Пример: класс String777

Перегрузка ++ и --786

Пример: класс Date788

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы по повышению эффективности Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы к упражнениям для самоконтроля Упражнения

Глава 19. Наследование805

Введение806

Базовые и производные классы808

Защищенные элементы810

Приведение указателей базового класса к указателям на производный 811 класс

Применение функций-элементов815

Переопределение элементов базового класса в производном классе816

Открытые, защищенные и закрытые базовые классы820

Непосредственные и косвенные базовые классы820

Применение конструкторов и деструкторов в производном классе821

Неявное преобразование объектов производного класса к базовому824

Наследование в конструировании программного обеспечения825

Композиция в сравнении с наследованием827

Отношения “использует” и “знает”828

Пример: Point, Circle, Cylinder828

Сложное наследование833

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Совет по повышению эффективности Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы на упражнения для самоконтроля Упражнения

Глава 20. Виртуальные функции и полиморфизм847

Введение848

Обработка различных типов данных при помощи операторов switch849

Виртуальные функции849

Абстрактные базовые классы и конкретные классы850

Полиморфизм851

Пример: программа начисления заработной платы, использующая853

возможности полиморфизма

Новые классы и динамическое связывание862

Виртуальные деструкторы864

Пример: наследование интерфейса и реализации864

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы по повышению эффективности Общие, методические замечания Упражнения для самоконтроля. Ответы на упражнения для самоконтроля Упражнения

Глава 21. Потоки ввода/вывода в C++877

Введение879

Потоки879

Потоковый вывод882

Потоковый ввод886

Функции неформатируемого ввода/вывода read, gcount и write892

Манипуляторы потоков893

Флаги форматирования потока896

Состояния ошибки потоков906

Ввод/вывод определяемых пользователем типов907

Привязка потока вывода к потоку ввода910

Резюме Распространенные ошибки программирования Хороший стиль программирования Советы, по повышению эффективности Общие методические замечания Упражнения для самоконтроля Ответы на упражнения для самоконтроля Упражнения

Приложение А. Синтаксис С929

Приложение Б. Стандартная библиотека941

Приложение В. Таблица приоритета операций978

Приложение Г. Набор символов ASCII980

Приложение Д. Системы счисления981

Д.1. Введение982

Д.2. Запись двоичных чисел в виде восьмеричных и шестнадцатеричных 985

Д.З. Преобразование восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичные 987

Д.4. Преобразование числа из двоичной, восьмеричной или987

шестнадцатеричной форм в десятичную

Д.5. Преобразование десятичного числа в двоичное, восьмеричное или988

шестнадцатеричное

Д.6. Отрицательные двоичные числа: дополнение до двух990

Резюме Упражнения для самоконтроля Ответы на упражнения для самоконтроля Упражнения

Предметный указатель

#define 589, 590

#define

NDEBUG 594

#elif 592

#else 592

#endif 592

#error 593

#if 592

#ifdef 592

#ifndef 592

#ftinclude "filename" 588

#include <filename> 588

#line 594

#pragma 593

#undef 591

в качестве точности 430

в качестве ширины поля 430 \

(обратная дробная черта, символ продолжения) 591

_DATE_ 595

_FILE_ 595

_LINE_ 595

_STDC_ 595

_TIME_ 595

<ctrl-z> 151

<return><ctrl-d> 151

А—В

a.out в UNIX 589

a[i] 249

a[i][j] 277

abort 594

argc 606

argv 606

ASCII 389

asm 636

assert 594

assert.h 594

atexit 609

atof 378

atoi 378

atol 379

badbit 886, 906

break 151, 156

C—D

С 36

C++ 43, 626

calloc 615

catch 636

cerr 880, 882

char 154, 196

cin (входной поток) 628, 880, 881

class 630, 636, 670

clog 880, 882

COBOL 38

Concurrent C 42

const 316, 609, 641

continue 156

cout (выходной поток) 628, 880, 882

CPU (ЦПУ) 33

ctype.h 373

dequeue 545

double 147, 196

E

EBCDIC 389

endl 884

enqueue 545

eofbit 906

escape-код 56, 433

- - \' 433

- - \" 433

- \? 433

-\\ 433

- \a 433

-\b 433

- \f 433

- \n 433

- \r 433

- \t 433

- \v 433

escape-последовательность 433

esc-символ 55

exit 609

EXIT_FAILURE 609

EXIT_SUCCESS 609

F — G

failbit 886

false 68

fclose 496

feof 495

fgetc 493

fgets 493

FIFO (первым пришел —первым

ушел) 545

float 105, 107, 196

fopen 495

FORTRAN 38

fprintf 496

fputc 493

fputs 493

fread 504

free 530

friend 636

fscanf 499

fseek 506

fwrite 504

getchar 382, 383

gets 382

get-функция 684

inline — встроенная функция 633, 675

int 59, 154

ios::adjustfield 900

ios::basefield 901

ios::fixed 903

ios::floatfield 903

ios::internal 900

ios::scientific 903

ios::showbase 900, 902

ios::showpoint 899

ios::showpos 901

isalnum 373

isalpha 373

iscntrl 373, 376

isdigit 373

isgraph 373, 376

islower 373, 375

isprint 373, 376

ispunct 373, 376

isspace 373, 376

isupper 373, 375

isxdigit 373

L — R

left 899

LIFO (последним пришел —

первым ушел) 539

Long 154, 196

lvalue ("значение слева") 162, 699

main 55

make 609

makefile 609

malloc (выделить память) 530

memchr 396, 398

memcinp 396, 398

memcpy 396

memmove 396, 397

memset 396, 399

Pascal 31, 38, 39

pop 540

printf 421

private: 671, 681

protected: 681

public: 671, 681

push 540

putchar 382

puts 382, 383

raise 613

rand 199

RAND_MAX 199

realloc 616

return 190, 193

rewind 499

rvalue ("значение справа") 162

S

scant 434

SEEK_CUR 507

strpbrk 390, 392

strrchr 390, 392

strspn 390, 393

strstr 390, 394

strtod 378, 379

strtok 391, 394

strtol 378, 380

strtoul 378, 381

struct 453

T— W

template 636, 650

this 636

throw 636

time 203

SEEK_END 507

SEEK_SET 507

set-функция 684

short 154

signal 613

signal.h 613

size_t 390

sizeof 324, 530

skipws 898

sprintf 382, 384

srand 201

sscanf 382, 385

stdarg.h 604

stderr (стандартная ошибка) 493

stdin (стандартный ввод) 493

stdio.h 382, 420

stdlib.h 378

stdout (стандартный вывод) 493

strcat 386

strchr 390, 391

strcmp 388

strcpy 386

strcspn 390, 391

strerror 399

string.h 385

strlen 399

strncat 386, 387

strncmp 388

strncpy 386

tmpfile 611

tolower 373, 375

toupper 373, 375

true 68

try 636

typedef 458

union 461

UNIX 36, 39, 41, 151

unsigned 202

uppercase 902

va_arg 604

va_end 604

va_list 604

va_start 604

virtual 636

void 191

void * (указатель на void) 328

volatile 609

width 894, 896

A

абстрактный базовый класс 850

класс 850

тип данных (ADT) 670, 739

абстракция 190, 807

данных 665,739

автоматическая переменная 207

автоматический класс памяти 206

локальный объект 691

автоматическое приведение

аргументов 195

агрегаты 452

активация функции 190

алгоритм 89

альтернатива операторам switch 849,

863

амперсанд (&) 61

анализ данных опроса 269

аппаратная платформа 37

аппаратная часть 31

аргумент 55, 188

аргументы командной строки 606

функции по умолчанию 644

арифметика указателей 326

арифметические операции 64

операции присваивания:

+=,-=,*=,/= и %= 113

ассоциативность операций 71

слева направо 66

справа налево 71

атрибут 665

Б

база данных 492

базовый класс 807

байт 491

безопасная по типу компоновка 647

безопасный по типу ввод/вывод 879

бесконечная отсрочка 355

бесконечный цикл 98, 155

библиотека классов потоков 880

обработки сигналов 613

потоков 629

утилит общего назначения 378

библиотеки классов 808

бинарная операция разрешения

областидействия ( :: ) 675

бит 491

битовое поле 472

- нулевой ширины 471

блок 55, 98, 192

блок default в структуре switch 148,

152

блок памяти 33

блок-схема 90

блочный метод построения программ

37

буква 491

буквенное поле 491

В

ввод/вывод (I/O) 34

вершина 539

виртуальная функция 849

- базового класса 849

виртуальный деструктор 864

вложенные скобки 66

структуры 453

- if/else 95

управляющие структуры 92, 108

вложенный класс 723

внешняя компоновка 608

внутренняя компоновка 608

возведение 107, 195

восьмеричные числа (начинаются с

О) 893,901

восьмеричный формат 421, 422, 434

временная область для обмена

значений 269

временный файл 611

вставка отображаемых символов 421

узла 537, 551

встроенная функция-элемент 679

встроенный тип 758, 760

второе уточнение 103,111

входной блок 33

вхождение в область действия 691

выбор между быстродействием и компактностью 474

выбор 91

вызов по значению 198, 312

- ссылке 198, 313

функции 187

вызываемая функция 187

вызывающая функция 187

выравнивание 421

по левому краю 148, 430

- правому краю 148, 430

выражение в качестве индекса 249

с указателями 326

со смешанными типами 196

выход за пределы массива 257

из области действия 691

выходной блок 33

вычитание двух указателей 326, 327

целого из указателя 326, 328

Г— Е

генерация вызова по ссылке 312

случайных чисел 199

гистограмма 257, 258

глобальная переменная 208, 607

глобальный объект 691

голова очереди 545

данные 32

двоичная цифра 491

двоичное дерево 550

- поиска 550

двойная косвенная адресация 537

двумерный массив 277

двухместные операции 61, 65

действие 55, 67, 88

декремент 139

указателя 326, 327

деление на 0 65, 104

нацело 65

дерево 550

деструктор 674, 691

базового класса 821

производного класса 821

десятичная цифра 491

диалоговое вычисление 61

динамические массивы 615

объекты 644, 734

структуры данных 528

динамическое распределение памяти

308

связывание 850, 862

директива препроцессора 588

#define 253

длина строки 399

дополнение 464

до единицы 469

доступ к элементам структуры 455

дружественная функция 727

дружественный класс 727

друзья базового класса 829

производного класса 814

естественный язык компьютера 35

З

заголовочные файлы стандартной

библиотеки 197, 589

заголовочный файл 197, 588, 679

загрузчик 41

задача 34

закрытие файла 496

закрытое наследование 809

закрытый базовый класс 820

заменяющий текст 253, 589

запись 452, 491

в строчку 65

заполнение 901

заполнитель структуры 472

запуск программы 39

зарезервированные слова 71

защищенное наследование 809

защищенный базовый класс 820

элемент класса 810, 811

звездочка (*) 64

знак минуса для выравнивания по

левому краю 148

процента % (esc-символ) 61

равенства = (операция

присваивания) 61

значение 61

переменной 63

элемента 250

И

идентификатор 59

иерархическое отношение 809

иерархия возведения 196

данных 491

классов 810, 851, 852

именованная константа 641 имя 59,

63

массива 249

структуры 455

файла 495

элемента 453

имя-этикетка 453

- класса 667

инвертированныйнабор

сканирования 437

индекс 249

столбца 277

строки 277

индексация указателя 330

индикатор конца файла 495

инициализатор 644

базового класса 821

элемента 687

инициализация 100

массива 252, 258, 278

объекта класса 687

структур 455

указателей 309

инкапсуляция 666

инкремент указателя 326, 327

интерактивное вычисление 61

интерфейс класса 674, 677

исключение goto 90

исключительная ситуация с

плавающей точкой 613

исполнение программы 39

исполняемый образ 41

истинность 68

итератор 743

итерация 213, 219

итоговая сумма 100

К

квадратные скобки 249

клавиша enter 61

return 61

класс 666, 670

Array 765

Date 788

fstream 882

if'stream 882

ios 881

iostream 881

istream 881

ofstream 882

ostream 881

String 777

элемента 827

классы памяти 206

клиент 35

класса 674, 676

ключ записи 492

поиска 273

ключевое слово operator 636, 758

- protected 681

- virtual 849

ключевые слова 71, 636

код символа 389

команда ее в UNIX 589

комментарий 55, 627

компилятор 36, 39,40

композиция 723

компоновщик 41

компьютер 32

компьютерная программа 32

конвейер 603

"конец ввода данных" 102

конец файла 151, 496, 889, 906

конечное значение управляющей

переменной 142

конечный символ 118

конкатенация вызовов функций 762

- элементов-функций 731

строк 386

конкретные классы 850 константная

элемент-функция 717, 718

константный объект 717

константный указатель 320, 321

- на константные данные 321

- на не-константные данные 320

конструирование программного

обеспечения 825

конструктор 671, 687, 734

базового класса 821, 827

копии 773, 774

объекта-элемента 727

по умолчанию 690, 727

- - базового класса 821

преобразования 777

производного класса 821

контейнерные классы 743

контрольное значение 102,139

копирование строк 386

копия значения 198

корневой узел 550

косвенная адресация 309

ссылка на переменную 309

косвенный базовый класс 820

крах программы 104

круглые скобки () 65, 66

Л

левое выравнивание 899

поддерево 550

левый потомок 550

лексема 391, 394

линейная структура данных 550

линейный поиск 273

линии перехода 90

листовой узел 550

литерал 55, 371

литеральные символы 421,433

логика switch 849

логическая ошибка 97

логические блоки 33

операции 158

логическое И (&&) 158, 159

ИЛИ (||) 158, 159

отрицание (!) 158, 160

ложность 68

локальная переменная 207, 209

М

макроопределение 590

макрос 589

с аргументами 590

манипулятор потока 893

- dec 893

- Hush 884

- hex 893

- oct 893

- resetiosflags 898

- setbase 893

- setfill 901

- setprecision 894

- setw 894

- ws 898 маска 465

маскирование битов 465

массив 248

п на m 277

строк 333

структур 458

указателей 333

масштабирование 199

масштабируемость 253

машинно-зависимый 35

машинно-независимый 37

машинный язык 35

медиана 269

метка case 148

метод 670

многозадачность 39

многомерный массив 277

множественный выбор 91, 148

моделирование 199, 204

модель действие/решение 56

модель клиент/сервер 35

модульная программа 186

мультипликативные операции 107

мультипрограммирование 34

мультипроцессор 43

"мусор" 100

Н

набор символов 389,491

- ASCII 150

сканирования 435

надкласс 809

наиболее вероятное значение 272

направленный ациклический граф

840

нарушение сегментации 613

наследование 806, 807, 849

настройка программного

обеспечения 825

научная нотация 423

начальное значение управляющей

переменной 139, 142

не равное нулю (true) 68

недопустимая инструкция 613

неименованное битовое поле 472

не-константный указатель на

константные данные 318

- на не-константные данные 317

не-фатальная ошибка 65, 97

нелинейная структура данных 550

неоднозначность в сложном

наследовании 834, 838

неопределенное повторение 102, 139

неперегружаемые операции 759

непосредственный базовый класс

820, 849

неразрушающее чтение из ячейки 64

неформатируемый ввод/вывод 892

неявное преобразование 107

неявные преобразования типа 785

нисходящее пошаговое уточнение 33,

102,109,335

номер позиции 249

нотация указатель/смещение 330

нулевой Элемент 249

нули и единицы 490 нуль (false) 68

нуль-символ '\0' 258

О

область действия 206, 209

- блока 209

- класса 676, 735

- прототипа 209

- символической константы или макроса 591

- файла 209, 676

- функции 209

свободной памяти 643

обработка строк 370, 385

текстов 370

обратная косая черта \ (esc-символ) 55

обход 551

с отложенной выборкой 551, 555

с порядковой выборкой 551, 554

с предварительной выборкой 551, 554

общая сумма элементов массива 255, 280

объединение строк с другими строками 386

объект 43, 665

объект - элемент данных 723, 727

объектно-ориентированное программирование (OOP) 43,665,807, 826,849

объектный код 40

объявление 59

класса 670

массива 251

структур 453

функции 195

однострочный комментарий (//) 627

окончание оператора (;) 55

округление 107, 421, 425

окружение (рабочая среда) 39

операнд 61

оператор 55

goto 90, 616

присваивания 61

операции как функции 758

отношения 68, 69

равенства 68, 69

операция 61

delete 643, 734

delete[] 643

new 643, 734

взятия адреса & 61, 310

"взять из" (”) 628

взятия по модулю (%) 65

выбора элемента - стрелка 730

- - точка (.) 730

——класса (.) 667

декремента(--) 114

дополнения до единицы (-) 469

извлечения из потока (”)628, 881

инкремента(++) 114

-косвенной адресации (*) 309

-левого сдвига (“)464, 469

-передачи в поток (“)628, 881

-поразрядного И (&) 464, 465

--включающего ИЛИ (|) 464, 468

--исключающего ИЛИ (*) 464, 468

-"послать в" (“)628

постдекремента 114

постинкремента 114

правого сдвига (”)464, 469, 470

предекремента 114

преинкремента 114

преобразования 776

приведения 107

присваивания (=) 61

-левого сдвига (“=) 470

--поразрядного И (&'=) 470

- - включающего ИЛИ (|=) 470

- - исключающего ИЛИ ("=) 470

-правого сдвига (”=) 470

разрешения области действия :: 675

разыменования (*) 310

ссылки & 699

умножения (*) 64

элемента структуры - стрелка (->) 455

точка (.) 455 определение класса 671

структур 453

функции 191

определенное повторение 100, 139

оптимизирующий компилятор 207

основной случай рекурсии 212

остановка в узле 555

отказ программы 104

открытие файла 495, 498

открытое наследование 809

открытый базовый класс 820

открытый интерфейс класса 674, 682

отладчик 592

отношение знает 828

имеет 808, 827

использует 828

является 808, 827

отображаемый символ 373, 376

отступ 57

очередь 545

ошибка бесконечной рекурсии 816

времени компиляции 60'

смещения индекса 250

- счетчика 142

П

память 33, 63

параметр в определении функции

189, 192

параметр числа записей 506, 508

параметризованный манипулятор

потока 880

параметризованный тип 743

параметр-ссылка 637

первичная память 33

первое уточнение 103

переадресация ввода/вывода 602

переадресация потока 421

перегружаемые операции 759

перегруженная дружественная

функция-операция 761

операция != 766, 775

-[]771, 775

- < 785

- <= 785

- == 771, 775

- > 785

- >= 785

- присваивания (=) 771, 774

функция-операция - элемент класса

760

перегрузка двухместной операции

765

одноместной операции 764

операций 757

постфиксной операции 787

префиксной операции 786

функций 647

передача массивов в функции 263

по ссылке 263

управления 90

переменная 59

"только для чтения" 641

класса static 206, 208

управления циклом 139, 143

-константа 641

переносимость 37, 42

переопределение элемента базового класса 816

переопределенная виртуальная функция 849,850

перехват 613

перечисление 474

перечислимая константа 474

период хранения 206

персональный компьютер 34

побочные эффекты 198

поведение 665, 670

повторение 98

управляемое счетчиком 100, 139 повторное использование

программного кода 37, 189, 702,826

поддерево 550

подкласс 809

позднее связывание 862

поиск в массиве 273

поле 491

полиморфизм 848, 851,853

пользователь класса 676

поразрядные операции 463

порядок действий 88

последовательная структура 90

последовательное выполнение 90 поток 421

стандартного ввода 420

- вывода 420

стандартной ошибки 421

потоки, определяемые пользователем 881

потоковый ввод 886

вывод 882

потомки 550

пошаговое уточнение 102

поэлементное копирование 701

правила старшинства операций 65, 66

правило вложения 165

суперпозиции 163

правое выравнивание 899

поддерево 550

правый потомок 550

предикатная функция 536, 684

предопределенные потоки 881 символические константы 594

представитель класса 666

представление символа числовым кодом 388

преобразование объекта производного класса в объект базового класса 824

указателя производного класса в указатель базового класса 825

определяемое пользователем 776 преобразования между встроенными типами и классами 776

классами различного типа 776

препроцессор С 40, 58, 588 препроцессорная операция конкатенации ## 594

- преобразования в строку # 594

прерывание 613

приглашение 60

принцип минимума привилегий 207,

316, 320, 679, 717

принятие решения 67

приоритет операций 66

приращение управляющей

переменной 139

присваивание структур 454

указателя 309, 310, 328

пробельные символы 71, 92, 376, 898

проверка на выход за пределы массива 783

программа-транслятор 36

программист 32

программное обеспечение 31, 32

производный класс 808, 849

тип 453

произвольный доступ 503

простое наследование 807

условие 158

прототип функции 190, 194

проход сортировки 268

процедурное программирование

666

прямая ссылка на переменную 309

псевдокод 89

псевдослучайные числа 201

пузырьковая сортировка 268

пустой оператор (;) 98

Р

рабочая станция 35

разбиение на функции 33

разбиение строки на лексемы 394

разделение времени 34

разделительные символы 394

"разделяй и властвуй" 186, 189

различение регистра 59

разрушающее считывание в ячейку

63

разыменование указателя 310

рандомизация 201

распределенные вычисления 35

расширение макроса 590

расширяемость 672, 741, 848, 852,

910

реализация класса 677

редактор 39

режим открытия файла 495

- - а 498

--а+ 498

--r 498

--r+ 498

--w 498

--w+ 498

рекурсивная функция 210

рекурсивный вызов 212

рекурсия 210, 219

решение 67, 93

родительский узел 551

С

связанный список 308, 531

сдвиг 203, 464

влево 464, 469

вправо 464, 470

сервисная функция 684

сиблинги 550

сигнальное значение 102

сигнатура 647

символ 491

八 437

действия 91

новой строки (\n) 55, 57

овала 91

переадресации ввода < 603

-вывода > 603

подавления присваивания (*) 438

подчеркивания ( ) 59

присоединения вывода ” 603

прямоугольника 91

решения 91

ромба 91

стрелки 90

символ-заполнитель 901

- по умолчанию (пробел) 901 символическая константа 253, 589 символы блок-схемы 90

символьная константа 370

символьное поле 491

синтаксическая ошибка 60, 97

система управления базами данных

492

скаляр 264

скалярная величина 264

сложение указателя с целым 326

сложное наследование 807, 833

смещение 330, 499

событие 613

создание экземпляра объекта 666

сокрытие данных 666, 673

информации 209

сообщение 55, 665, 670

сортировка 267

двоичного дерева 554

погружением 268

элементов массива 267

составной оператор 97

состояния формата 898

сохранение программы 39 спецификатор класса памяти 206

- - auto 207

- - extern 208, 607

- - register 207

- - static 208, 608

преобразования 422

- % 426, 427, 435

- с 425, 435

- d 62, 422, 434

- е или Е 423, 434

- f 423, 434

- g или G 424, 434

- h 422, 434

- i 422, 434

- L 424, 435

- 1 422, 434

- n 426,427, 435

- о 422, 434

- p 263, 426, 427, 435

- s 201, 425, 435

- u 422, 434

- х или X 422, 434

спецификаторы доступа к элементам

671, 727

преобразования целых 422 спецификация внешней связи 649

преобразования 61, 69, 71, 421

список аргументов переменной

длины 603

инициализации массива 252

сравнение строк 388

указателей 326, 329

среднее 269

ссылка на базовый класс 851

стандартизованные компоненты

программного обеспечения 808 стандартная библиотека С 37, 56, 187 стандартная ошибка (stderr) 41 стандартный ввод (stdin) 41

вывод (stdout) 41

заголовочный файл <iomanip.h> 880

- - ввода/вывода 59 статическая

элемент-функция 736

статический локальный объект 691

период хранения 206, 208

элемент данных 735

статическое связывание 850

стек 539

столбцовая диаграмма 257 строка 55, 257, 259

поиска 394

символов 55

управления форматом 421, 434

строковая константа 371

строковый литерал 371

структура FILE 493, 495, 497

выбора if 93

- if/else 94

- switch 148

повторения do/while 154

- for 141

- while 98, 154

с двойным выбором 91

с единичным выбором 91

со множественным выбором 91

ссылающаяся на себя 453, 529

структурное программирование 39,

54

структуры выбора 90

повторения 90, 139 суперкомпьютер 32

суперпозиция управляющих структур

92

суффикс float (f или F) 611

long double (1 или L) 611

long int (l или L) 610

unsigned int (u или U) 610

unsigned long (ul или UL) 610

-амперсанд (&) 637

счетчик 100

цикла 139

Т

таблица виртуальных функций 863

значений 277

истинности 159

табличная форма 251

тело функции 55

цикла 98, 154

терминал 34

тернарная операция 95

тильда (-) в имени деструктора 674

тип возвращаемого значения 191

данных 669

компоновки 206

переменной 63

структуры 453

определяемый пользователем 666,

757

типы ссылки 637

указателей 309, 328

точка с запятой ; (окончание

оператора) 55

точность 107, 429

по умолчанию 107, 423, 894

У

удаление узла 533, 538, 539

узел 531

узел-потомок 550

указатель 308

NULL 309, 530

this 729

базового класса 811

на void (void *) 328

- абстрактный класс 852

- базовый класс 850

- объект базового класса 825

- объект производного класса 825

- производный класс 852

- символ 333,337

- структуру 453, 456

- указатель 537

- функцию 339

позиции файла 499

производного класса 811

файла 495

унарная (одноместная) операция 160

операция разрешения области

действия ( :: ) 681, 807

управление доступом к элементам

681, 807

управление, поток управления 72

программой 89

управляющая строка формата 61, 62

структура 90

- if 68

управляющие структуры с одним

входом / одним выходом 92, 163

управляющий символ 376

усечение 107

ускоренная разработка прикладных

программ (RAD) 702

условие 68

завершения 100

продолжения цикла 143, 154

условная компиляция 592

операция (?:) 95

условное выполнение директив

препроцессора 588

услуги, предоставляемые классом 682

устройство ввода 33

вывода 33

Ф

фаза завершения 105

инициализации 105

обработки 105

файл 491

исходного кода 679

последовательного доступа 492

произвольного доступа 503

файловый сервер 35

фатальная ошибка 65, 97

фигурные скобки {} 55, 97

фиктивное значение 102 флаг

421, 430

пробел 430

- (минус) 430

# 431

+ (плюс) 430

0 (нуль) 431

флаги формата 898

флаговое значение 102

формат целого без знака 422

- со знаком 422

форматирование в памяти 880

форматированный ввод/вывод 500,

880

функции математической библиотеки 188

преобразования строк 377

сравнения строк 388

функция 37, 56,187

getchar 150

pow 147

printf 58, 62

scant 58, 61

доступа 684

факториала 213

определяемая программистом 187

-элемент 666, 670

- bad 906

- clear 906

- eof 906

-fail 906

- fill 901

- flags 896, 898

- gcount 892

- get 889

- getline 890

- good 906

- ignore 891

- operator void* 907

- operator! 907

- peek 891

- precision 984

- put 886

- putback 891

- rdstate 906

- read 892

- setf 896, 898

- tie 910

- unsetf 896, 898

- write 892

Х—Я

хвост очереди 545

целое 59

типа long 422, 434

типа short 422, 434

число 500

целочисленное деление 107

целостность (корректность) данных

687, 688,694

центральное процессорное

устройство (CPU) 33

цикл 92, 139

число с плавающей точкой 105, 423,

434

чисто виртуальная функция (=0) 851

шаблон 649

класса 743

функции 649

шестнадцатеричные цифры 373

числа (начинаются с Ох или ОХ)

901

шестнадцатеричный формат 421

ширина битового поля 471

поля 148, 428

экран 33, 41

экспоненциальный формат с

плавающей точкой 423

элемент 453,461

данных 666, 670

массива 249

случайности 199

этикетка структуры 453, 667

явное преобразование 107

- типа (операция приведения) 776

язык высокого уровня 36, 38

программирования 35

ясность 42

ячейка памяти 63

Предисловие

Эту книгу написали два человека ——старый и молодой. Старик программирует и учит программировать других больше 30-ти лет. Молодой человек работал программистом около десяти лет, пока им не овладела страсть к учительству и писательству. Старик программирует и учит благодаря своему опыту. Молодой человек ——благодаря неистощимому запасу энергии. Старик стремится к ясности; молодой человек — к наивысшей эффективности. Старику нравится красота и элегантность. Молодому человеку хочется результатов. Мы объединились, чтобы на свет появилась книга, которую, как мы надеемся, вы найдете полезной, интересной и занимательной.

В большинстве учебных курсов языку С учат людей, которые знают, как программировать. Многие преподаватели думают, что сложность С и ряд других трудностей делают этот язык непригодным для начального обучения программированию ——как раз для того, на что нацелена эта книга. Так почему же мы ее написали?

Язык С занял особое место среди языков реализации систем в компьютерной индустрии, и есть все основания верить, что его объектно-ориентированный вариант C++ станет ведущим языком середины ——конца 90~х годов. Харви Дейтел в течение 13-ти лет преподавал в университетах Паскаль, делая акцент на разработке ясно написанных, хорошо структурированных программ. Большинство из того, чему учат во вводных курсах по Паскалю ——это основные принципы структурного программирования. Мы представили этот материал в точности так, как это делал старший из нас в своих университетских курсах. Тут имеются определенные ловушки, но там, где они встречаются, мы указываем на них и объясняем, как можно их избежать. Исходя из опыта мы можем сказать, что обучающиеся справляются с данным курсом ничуть не хуже, чем с аналогичным, но ориентированным на Паскаль. Однако здесь есть одно существенное отличие: у студентов появляется очень сильный стимул благодаря тому, что они учат язык, который немедленно окажется им необходим, как только они покинут стены университета. Они с энтузиазмом относятся к работе с материалом — что немаловажно, учитывая повышенную трудность изучения С.

Наша цель была ясна: написать учебник по программированию на С для вводных курсов университетского уровня с ориентацией на студентов, имеющих небольшой или вообще нулевой опыт программирования, но одновременно и книгу, предлагающую достаточно строгое изложение теории и практики, характерное для традиционных курсов по языку С. Чтобы достичь этих целей, мы написали книгу более объемистую, чем обычные учебники, — потому что наш текст, помимо всего прочего, постепенно приучает читателя к принципам структурного программирования. Около 1000 студентов изучали предлагаемый здесь материал на наших курсах. Десятки тысяч учащихся по всему миру изучали С по первому изданию этой книги.

Книга содержит большой набор примеров, упражнений и проектов из различных областей, чтобы дать читателю возможность решать интересные задачи из реального мира.

Книга сосредоточивает внимание на принципах качественного конструирования программного обеспечения и делает акцент на ясности программ, написанных с использованием методологии структурного программирования. Мы пытаемся избегать эзотерической терминологии и спецификаций синтаксиса в пользу обучения на примерах.

Среди педагогических элементов, применяемых в тексте — законченные программы и примеры их вывода, демонстрирующие обсуждаемые концепции; краткое содержание, приведенное в начале каждой главы; распространенные ошибки и правила хорошего стиля программирования, сообщаемые по ходу изложения и сведенные в отдельный раздел в конце главы; резюме и контрольные вопросы с ответами к ним; и наконец, богатейший набор упражнений, какой вы вряд ли найдете в других книгах по С. Упражнения варьируются от простых вопросов на повторение до больших программных задач и настоящих полноценных проектов. Преподавателям, которым требуются достаточно сложные проекты в качестве курсовых работ для студентов, найдут много подходящих задач, приведенных в упражнениях в главах 5-й по 21-ю. Мы приложили немалые усилия к тому, чтобы благодаря упражнениям данный курс приобрел для студента большую ценность. Программы в тексте книги тестировались при помощи совместимых с ANSI компиляторов на Sun SPARCs- tation, Apple Macintosh (Think C), IBM PC (Turbo C, Turbo C++ и Borland C++) и DEC VAX VMS (VAX C).

Данная книга следует стандарту ANSI С. Многие особенности ANSI С не реализуются компиляторами для более ранних версий С. Обратитесь к руководствам по вашей конкретной системе, чтобы выяснить больше подробностей относительно языка, либо достаньте документ ANSI/ISO 9899: 1990, «American National Standard for Information Systems — Programming Language — С».

Об этой книге

Все компоненты и отличительные особенности этой книги направлены на то, чтобы помочь студентам в изучении языка.

Цели урока

Каждая глава начинается с формулирования учебных задач. Благодаря этому студент получает представление о том, к чему следует подготовиться, а также, по прочтении главы, он может оценить, насколько ему удалось выполнить данные задачи.

Содержание глав

Содержание в начале каждой главы помогает студенту подойти к изучению материала, так сказать, «сверху вниз». Тем самым он может видеть, что ждет его впереди, и спланировать свой темп работы.

Разделы

Каждая глава организована в виде небольших разделов, посвященных ключевым моментам темы. Каждый аспект С представлен в контексте законченной работающей программы. После каждой программы приводится «окно», содержащее вывод, полученный при ее запуске. Это позволит студенту убедиться, что программа работает, как ожидалось. Соотнесение вывода с операторами программы, которые его производят, является превосходным подспорьем в изучении и закреплении принципиального материала. Наши программы разработаны для того, чтобы испытать разнообразие возможностей С. Внимательное чтение книги должно выглядеть так, как будто эти программы действительно вводятся, компилируются и запускаются на компьютере.

Иллюстрации .

Книга содержит разнообразные рисунки и диаграммы. Обсуждение структурных блок-схем, помогающее оценить значение управляющих структур и структурного программирования, сопровождается ясными диаграммами. Глава о структурах данных содержит массу рисунков, иллюстрирующих создание и поддержку связанных списков, очередей, стеков и двоичных деревьев.

Вспомогательные элементы。力орм几енм兄

Мы используем пять элементов оформления, чтобы помочь студентам сконцентрировать внимание на важных аспектах разработки программ, их тестирования и отладки, вопросах эффективности и переносимости. Мы выделяем соответствующую информацию под рубриками Хороший стиль программирования, Распространенные ошибки программирования. Советы по повышению эффективности, Советы по переносимости кода и Общие методические замечали 兄.

Хороший стиль кроерсиилшробанм兄

В тексте выделяются советы относительно целесообразного стиля программирования .Они привлекают внимание читателя к приемам, помогающим писать лучшие программы. Эти советы сообщают самое ценное из того, что мы вынесли из своего сорокалетнего (в сумме) опыта.

Распространенные ошибки программирования

Студенты, изучающие язык ——особенно те, кто проходит начальный курс обучения, — склонны совершать одни и те же ошибки. Привлечение внимания к этим распространенным ошибкам программистов очень помогает в этом отношении. Лучше учиться на чужих ошибках, чем на своих — это позволяет избежать напрасной потери времени.

Советы по повышению эффективности

Мы считаем, что написание ясных и понятных программ — важнейшая из целей начального курса по программированию. Однако студенты хотят писать самые быстрые, самые компактные, самые экономные, либо выдающиеся в каком-либо ином отношении программы. Им действительно небезразлична эффективность программ. Они хотят знать, как можно оснастить свои программы каким-нибудь «усилителем». Поэтому мы включили в текст Советы, по повышению эффективности, чтобы подчеркнуть возможные пути улучшения программ.

Советы по переносимости программ

Разработка программного обеспечения ——сложное и чрезвычайно дорогое занятие. Организации, разрабатывающие программы, часто вынуждены производить различные их версии, приспособленные к разнообразным существующим компьютерам и операционным системам. Поэтому сегодня делается сильный акцент на переносимости, т.е. на производстве такого программного обеспечения, которое будет работать без изменений на многих компьютерных системах. Многие утверждают, что С — лучший язык для разработки переносимого программного обеспечения. Некоторые полагают, что если они реализуют свою программу на С, она автоматически будет переносимой. Это попросту ошибочно. Достижение переносимости требует тщательного и осмотрительного проектирования. Здесь масса ловушек. В самом документе ANSI по

Стандартному С перечень потенциальных трудностей занимает 11 страниц. Мы включили в текст многочисленные Советы по переносимости кода, в которых обобщили свой собственный опыт разработки переносимого программного обеспечения, дополнив его внимательным изучением раздела стандарта ANSI, посвященного переносимости.

Общие методические замечания

Этот элемент оформления — новый во втором издании. Мы суммировали под этой рубрикой замечания, касающиеся архитектуры и конструирования программных систем, особенно больших систем.

Резюме

Каждая из глав оканчивается набором дополнительных разделов, призванных служить определенным педагогическим целям. Мы приводим детальное резюме главы в форме перечня ключевых пунктов. Это помогает студенту пересмотреть и закрепить в памяти важнейшие моменты материала.

Терминология

Раздел Терминология содержит список важнейших терминов (в алфавитном порядке), определяемых в данной главе. Цель его та же — закрепление пройденного материала. Затем мы приводим все имеющиеся в главе вставки, собранные по рубрикам ——Хороший стиль программирования^ Распространенные ошибки программирования. Советы по повышению эффективности. Советы по переносимости кода и Общие методические замечания.

Упражнения для самоконтроля

Эти многочисленные упражнения, с исчерпывающими ответами на них, включены в книгу для самостоятельного изучения. Они позволяют студенту приобрести уверенность в применении изученного и подготовиться к тому, чтобы попробовать свои силы в решении настоящих задач.

Упражнения

Завершает каждую главу объемистый набор упражнений, диапазон которых меняется от простого повторения важнейших терминов и понятий, через написание одиночных операторов С, небольших фрагментов функций, закон-, ценных функций и программ ——до написания больших курсовых проектов. Такое большое число упражнений позволяет преподавателям приспособить свои курсы к специфическим потребностям аудитории и менять учебные задания от семестра к семестру.

Они могут использовать эти упражнения в качестве домашних заданий, для коротких опросов и для экзаменационных сессий.

Обзор книги

Книгу можно разделить на три основных части. Первая из них, охватывающая главы с 1-й по 14-ю, содержит очень подробное изложение языка С, включая формальное введение в структурное программирование. Вторая часть ——что отличает нашу книгу от других учебников по С,——главы с 15-й по 21-ю, представляет собой серьезное введение в язык C++ и объектно-ориентированное программирование, пригодное в качестве учебного пособия для сту-

дентов старших курсов колледжа. Третья часть, приложения А ——Д, содержат разнообразный справочный материал, дополняющий основной текст.

Глава 1, «Введение», рассказывает о том, что такое компьютеры, как они работают и как их программируют. В ней вводится понятие структурного программирования и объясняется, почему переход к структурным методикам явился своего рода революцией в практике написания программ. В главе дается краткая история развития языков программирования от машинных языков через языки ассемблера ——к языкам высокого уровня. Рассказано об истоках языка С. В главе также представлено введение в среду программирования С.

Глава 2, «Введение в программирование на С», дает общее представление о том, как пишутся программы на С. Приводится подробное описание принятия решений и арифметических операций. После прочтения главы учащийся будет понимать, как написать простую, но тем не менее законченную программу на С.

Глава 3, «Структурное программирование», является, возможно, наиболее важной во всей книге, особенно для студента, всерьез занимающегося компьютерными дисциплинами. В ней вводится понятие алгоритмов (процедур) решения задач. Объясняется важность структурных методов для написания понятных, простых в отладке и сопровождении программ, которые с большей вероятностью могут правильно заработать с первой попытки. Вводятся фундаментальные управляющие конструкции структурного программирования, а именно последовательная, выбора (if и if/else) и повторения (while). Объясняется методика нисходящего пошагового уточнения, критическая для написания хорошо структурированных программ. Обсуждается популярный инструмент проектирования программ — структурный псевдокод. Методы и подходы, изложенные в 3-й главе, приложимы к структурному программированию на любом языке, не только на С. Глава помогает учащемуся выработать «хорошие привычки» в программировании, заранее подготавливая его к более серьезным программным задачам в оставшейся части текста.

Глава 4, «Управление программой», уточняет понятия структурного программирования и представляет дополнительные управляющие структуры. Детально исследуется повторение и сравниваются альтернативы циклов, управляемых счетчиком, и циклов, управляемых контрольным значением. Вводится структура for как удобное средство реализации циклов с управлением счетчиком. Представляются структура выбора switch и структура повторения do/while. Заканчивает главу обсуждение логических операций.

Глава 5, «Функции», обсуждает проектирование и построение программных модулей. В С имеются стандартные библиотечные функции и функции, определяемые программистом, возможности рекурсии и вызова по значению. Методики, представленные в 5-й главе, существенны для написания и понимания преимуществ правильно структурированных программ, особенно больших программ и вообще того рода программного обеспечения, которое системным программистам скорее всего придется разрабатывать для приложений реального мира. В качестве эффективного средства для решения сложных задач предлагается стратегия «разделяй и властвуй»; функции позволяют программисту разбить сложную программу на более простые взаимодействующие компоненты. Студентам нравится заниматься случайными числами и моделированием, поэтому их увлекает раздел главы, обсуждающий игру в кости, где изящно используются управляющие структуры. Глава также предлагает основательное введение в рекурсию; приводится таблица, где перечислены приме-

ры и упражнения на рекурсию (всего их 31), встречающиеся на протяжении остальной части книги. В некоторых учебниках рекурсия вводится в какой-либо из последних глав; но мы считаем, что эту тему лучше всего охватывать постепенно, на всем протяжении текста. В объемистый набор из 39 упражнений в конце 5-й главы включены некоторые классические рекурсивные задачи, например, Ханойская башня.

Глава 6, «Массивы», обсуждает структурирование данных в виде массивов, т.е. групп логически связанных элементов одного типа. В главе представлены многочисленные примеры как одномерных, так и двумерных массивов. Структурирование данных повсеместно признается не менее важным моментом разработки структурных программ, чем применение управляющих структур. Примеры в главе исследуют различные распространенные операции над массивами, печать гистограмм, сортировку данных, передачу массивов функциям и дают представление об анализе наблюдаемых данных. Следует отметить подробное рассмотрение метода двоичного поиска, как важнейшего шага вперед по сравнению с линейным поиском. Упражнения в конце главы включают в себя особенно много интересных и трудных задач. Сюда относятся улучшение методов сортировки, проектирование системы резервирования авиабилетов, введение в концепцию «черепаховой графики» (ставшую знаменитой в качестве языка LOGO), а также задачи об обходе доски конем и о восьми ферзях, где вводятся понятия эвристического программирования, столь широко используемые в области исследования искусственного интеллекта.

Глава 7, «Указатели», представляет одну из самых мощных особенностей языка С. Глава в деталях обсуждает операции, применяемые с указателями, вызов по ссылке, выражения с указателями, арифметику указателей, взаимосвязь указателей и массивов, массивы указателей и указатели на функции. В число упражнений главы входит моделирование классического соревнования между зайцем и черепахой, а также алгоритмы тасования и сдачи карт* Имеется специальный раздел, озаглавленный «Как построить свой собственный компьютер». В нем объясняются принципы программирования на машинном языке и представлен проект, включающий в себя проектирование и реализацию компьютерного симулятора, позволяющего читателю писать и запускать программы на «машинном» языке. Этот раздел будет особенно интересен для тех, кто хочет понять, как на самом деле работает компьютер. Нашим студентам очень нравится этот проект, и они часто предлагают и реализуют существенные его усовершенствования; некоторые из них предлагаются читателю в качестве упражнений. Другой специальный раздел имеется в главе 12, где читателю демонстрируется создание компилятора; машинный код, генерируемый компилятором, затем исполняется на симуляторе, разработанном в 7-й главе.

В главе 8, «Символы и строки», речь идет об основных принципах обработки нечисловых данных. В главу включен подробный обзор функций обработки символов и строк, имеющихся в библиотеках С. Методики, обсуждаемые здесь, широко используются при создании текстовых редакторов, типографских программ макетирования и приложений обработки текстов. Глава завершается интересным набором из 33 упражнений, исследующих обработку текстов. Читателю понравятся задачи, где требуется писать лимерики и стохастические стихотворения, переводить английский текст на «свинячью латынь », генерировать семибуквенные слова, эквивалентные заданному номеру телефона, осуществлять выравнивание текста, защищать чеки, записывать сумму чека прописью, генерировать код Морзе, делать метрические преобра-

зования и отправлять угрожающие письма с напоминаниями об уплате. Наконец, последнее упражнение предлагает даже использовать компьютерный ело- варь для того, чтобы генерировать кроссворды!

Глава 9, «Форматированный ввод/вывод», рассатривает мощные возможности функций printf и scanf. Мы обсуждаем различные детали форматирования вывода с помощью printf, такие как округление значений с плавающей точкой до заданного количества значащих цифр, выравнивание столбцов чисел, левое и правое выравнивание в поле, вставка литеральной информации, принудительный вывод знака «плюс», печать начальных нулей, использование экспоненциальной нотации, восьмеричных и шестнадцатеричных чисел и управление шириной поля и точностью представления. Приводятся все esc-no- следовательности функции printf для перемещения курсора, вывода специальных символов и подачи звукового сигнала. Затем исследуются все возможности форматного ввода с помощью функции scanf, включая ввод специфических типов данных и пропуск символов во входном потоке. Мы обсуждаем все спецификаторы формата scanf для чтения десятичных, восьмеричных, шестнадцатеричных значений, чисел с плавающей точкой, символов и строк, а также для сканирования ввода на предмет поиска совпадений (или несовпадений) с заданным набором символов. Упражнения главы демонстрируют практически все возможности форматирования в С.

Глава 10, «Структуры, объединения, операции с битами и перечисления» представляет широкое разнообразие важных элементов языка. Структуры напоминают «записи» в Паскале и других языках программирования ——они группируют элементы данных различных типов. В главе 11 структуры используются для формирования файлов, состоящих из информационных записей. В главе 12 структуры в соединении с указателями и динамическим распределением памяти применяются для создания динамических структур данных, таких как связанные списки, очереди, стеки и деревья. Объед мнения позволяют использовать область памяти в разные моменты времени для данных различных типов. Такое разделение памяти позволяет сократить требования программы к доступному объему памяти или к пространству на устройствах вторичного хранения данных. Перечисления представляют собой средство определения удобных в использовании символических констант; такие константы помогают сделать программу самодокументированной. Мощные возможности С в плане манипуляции отдельными битами позволяют программистам писать код, использующий низкоуровневые особенности оборудования. Программы могут обрабатывать битовые последовательности, устанавливать или сбрасывать отдельные биты и хранить информацию более компактно. Эти черты С, свойственные обычно только языкам ассемблера, чрезвычайно ценятся программистами, пишущими системное обеспечение, например, операционные системы или сетевое программное обеспечение. Главным примером этой главы является пересмотренная, высокоэффективная модель тасования и сдачи карт. Он дает преподавателю прекрасную возможность продемонстрировать, что такое качество алгоритма.

Глава 11, «Обработка файлов», обсуждает методы обработки текстовых файлов в последовательном и произвольном режимах доступа. Глава начинается с представления иерархии данных от отдельных битов к байтам, к полям, к записям и, наконец, к файлам. Затем показан простой подход языка С к файлам и потокам. Последовательный доступ к файлам обсуждается в контексте трех программ, которые показывают, как файлы открываются и закрываются, как производится запись в последовательный файл и затем чтение из

него. Произвольный доступ к файлам обсуждается на примере четырех программ, показывающих, как, используя последовательный доступ, создать файл для дальнейшей работы с произвольным доступом к нему, и как производится последовательное чтение файла с произвольным доступом. Четвертый пример для демонстрации произвольного доступа комбинирует различные приемы как последовательного, так и произвольного доступа к файлам, являясь законченной программой обработки транзакций. Студенты на наших промышленных семинарах говорили, что после изучения материала по обработке файлов они смогли писать серьезные программы, сразу оказывавшиеся полезными в работе их организаций.

Глава 12, «Структуры данных», рассматривает создание динамических структур. Глава начинается с представления структур, ссылающихся на себя, и динамического распределения памяти. Затем обсуждается, как создавать и поддерживать различные динамические структуры данных, включая связанные списки, очереди, стеки и деревья. Для каждого типа структур мы приводим законченные работающие программы и показываем, что выводится в результате их работы. Глава 12 помогает студенту в совершенстве овладеть приемами работы с указателями. В главе имеется масса примеров с косвенной адресацией и двойной косвенной адресацией — особенно трудной конструкцией. Одной из проблем работы с указателями является то, что студентам трудно визуально представить себе структуры данных и связи их узлов друг с другом. Поэтому мы приводим иллюстрации, показывающие эти связи и последовательность, в которой они создаются. Пример с двоичным деревом завершает изучение указателей и динамических структур данных. Этот пример создает двоичное дерево, исключая при этом дублирование данных, и производит рекурсивные обходы дерева с предварительной, порядковой и отложенной выборкой. Студенты получают настоящее удовольствие от изучения и реализации этого примера. Особенное впечатление на них производит тот факт, что обход дерева с порядковой выборкой печатает значения узлов в сортированном виде. Завершает главу большое собрание упражнений. Важнейшие из них объединяются в специальном разделе «Как построить свой собственный компилятор» .Упражнения проводят студента через процесс разработки программы преобразования инфиксной нотации в постфиксную и программы постфиксной оценки. Затем мы модифицируем алгоритм постфиксной оценки так, чтобы он генерировал код машинного языка. Компилятор помещает этот код в файл (используя методы главы 11). Затем студенты запускают машинный код, генерируемый их компилятором, на программном симуляторе, построенном в упражнениях 7-й главы.

Глава 13, «Препроцессор», дает подробные описания директив препроцессора. Включена более полная информация по директиве #include, которая приводит к включению перед компиляцией копии указанного файла вместо директивы, и директиве #define, создающей символические константы и макросы. В главе обсуждается условная компиляция, позволяющая программисту управлять исполнением препроцессорных директив и компиляцией кода программы. Также описывается операция #, преобразующая свой операнд в строку, и операция ##, выполняющая конкатенацию двух лексем. Представлены пять предопределенных символических констант (—LINE—, —FILE—, DATE,TIMEиSTDC). Наконец, обсуждается макрос assert из заголовочного файла assert.h. Этот макрос является ценным инструментом тестирования, отладки и верификации программ.

Глава 14, «Специальные вопросы», посвящена довольно сложной тематике, которая обычно не затрагивается во вводных курсах по С. Раздел 14.2 показывает, как можно переадресовать ввод программы на файл и направить в файл ее вывод, направить вывод одной программы на вход другой (конвейер), а также присоединить вывод программы в конец существующего файла. Раздел 14.3 описывает разработку функций со списками аргументов переменной длины. Раздел 14.4 показывает, как передать функции main аргументы командной строки. Раздел 14.5 говорит о компиляции программ, компоненты которых распределены по различным файлам. Раздел 14.6 обсуждает регистрацию с помощью atexit функций, которые должны вызываться при завершении программы, а также завершение исполнения программ вызовом функции exit. В разделе 14.7 описываются модификаторы типа const и volatile. Раздел 14.8 показывает, как специфицируется тип числовых констант посредством суффиксов ——целых и с плавающей запятой. Раздел 14.9 обсуждает двоичные файлы и использование временных файлов. В разделе 14.10 показано, как использовать библиотеку обработки сигналов, чтобы перехватывать непредвиденные события. Наконец, раздел 14.11 посвящен созданию и использованию динамических массивов с помощью функций calloc и realloc.

В первое издание книги мы включили одну главу, являвшуюся введением в C++ и объектно-ориентированное программирование. За время, прошедшее с тех пор, многие университеты решили дополнить свои курсы по С введением в C++. Поэтому в новом издании мы расширили наше изложение C++ и объектно-ориентированного программирования до семи глав; их материала достаточно для курса продолжительностью в один семестр.

Глава 15, «C++ как улучшенный С», представляет те новые элементы языка, которые не являются объектно-ориентированными. Они направлены на совершенствование процесса написания обычных, процедурно-ориентированных программ. В главе обсуждаются однострочные комментарии, потоковый ввод/вывод, объявления, создание новых типов данных, прототипы функций и проверки типа, встроенные функции (как альтернатива макросам), параметры-ссылки, модификатор const, динамическое распределение памяти, аргументы по умолчанию, унарная операция разрешения области действия, перегрузка функций, спецификации внешней связи и шаблоны функций.

Глава 16, «Классы и абстракция данных», дает читателю превосходную возможность изучить абстракцию данных «правильно» — при посредстве языка (C++), специально предназначенного для реализации абстрактных типов данных (ADT). В последние годы абстракция данных стала главной темой вводных курсов по программированию, использующих Паскаль. Когда мы писали книгу, то рассматривали возможность изложения абстракции данных на базе языка С, но вместо этого решили включить в нее подробное введение в C++. Главы 16, 17 и 18 содержат серьезный материал по абстракции данных. В главе 16 обсуждается реализация ADT как struct и как классов в стиле C++, доступ к элементам класса, отделение интерфейса от реализации, использование функций доступа и сервисных функций, инициализация объектов с помощью конструкторов и их уничтожение с помощью деструкторов, присваивание путем поэлементного копирования, а также повторное использование программного обеспечения.

Глава 17, «Классы: часть И» продолжает изучение классов и абстракции данных. В ней обсуждается создание и использование константных объектов, константных функций-элементов, композиция ——построение классов, включающих в качестве элементов объекты других классов, дружественные функ-

Цйи 团 классы, имеющие специальные права доступа к закрытым элементам классов, указатель this, позволяющий объекту знать свой собственный адрес, динамическое распределение памяти, статические элементы класса, содержащие единую для всего класса информацию, контейнерные классы, итераторы, и шаблоны классов. Шаблоны классов —— одно из недавних дополнений, появившихся в результате эволюции языка C++. Они позволяют программисту выразить самую сущность абстрактного типа данных (например, стека, массива или очереди) и затем создавать — с минимальным количеством дополнительного кода ——версии этого ADT для конкретных типов (таких, как стек int, стек float или очередь int и т.д.). По этой причине шаблоны классов часто называют параметризованными типами.

Глава 18, «Перегрузка операций», посвящена одному из наиболее популярных разделов в курсах по C++. Студенты изучают ее с удовольствием. Они находят, что материал главы прекрасно соответствует изложению абстрактных типов данных в главах 16 и 17. Перегрузка операций дает программисту возможность сообщить компилятору, как следует использовать существующие операции с объектами новых типов. C++ заранее знает, как эти операции применяются к объектам встроенных типов, таких, как целые, числа с плавающей точкой и символы. Но допустим, что мы создаем новый класс строк. Что для него должен означать знак «плюс»? -Многие программисты используют плюс со строками, подразумевая их конкатенацию. В этой главе читатель узнает, как «перегрузить» данный знак таким образом, что если он будет стоять между двумя строками в выражении, компилятор генерирует вызов «функции-операции », которая выполнит конкатенацию этих строк. В главе рассматриваются основы перегрузки операций, ограничения на перегрузку, перегрузка операций функциями-элементами класса и дружественными функциями, перегрузка одноместных и двуместных операций и операции преобразования <-дного типа в другой. Особенностью главы является большое число развернутых примеров, а именно примеров класса массивов, класса строк, класса даты, класса сверхдлинных целых и класса комплексных чисел (последние два относятся к упражнениям).

Глава 19, «Наследование», имеет дело с одной из фундаментальных черт всех объектно-ориентированных языков. Наследование является формой повторного использования программного кода, когда новые классы можно быстро получить, взяв свойства существующего класса и дополнив их необходимыми новыми возможностями. В главе рассматриваются понятия базовых и производных классов, защищенные элементы, открытое, защищенное и закрытое наследование, непосредственные и косвенные базовые классы, использование конструкторов и деструкторов в базовых и производных классах и значение наследования в конструировании программного обеспечения. Наследование (отношение «является») сравнивается с композицией (отношение «имеет»), а также вводятся понятия отношений «использует» и «знает». В главе приводится несколько развернутых примеров. В частности, один из них реализует иерархию классов точек, кругов и цилиндров. Заключает главу пример сложного наследования ——особенности языка C++, позволяющей сформировать производный класс путем наследования атрибутов и поведения нескольких базовых классов.

Глава 20, «Виртуальные функции и полиморфизм», посвящена другому фундаментальному аспекту объектно-ориентированного программирования, а именно полиморфному поведению. Когда многие классы связаны друг с другом через наследование одному и тому же базовому классу, объект любого

из производных классов может рассматриваться как объект базового класса. Это позволяет писать программы в довольно общем виде, не зависящем от конкретного типа объектов производных классов. Новые виды объектов могут обрабатываться той же самой программой, что делает программные системы расширяемыми. Полиморфизм позволяет устранить из программ сложную логику переключателей и сделать код более «прямолинейным». Менеджер экрана игровой программы может, например, просто послать сообщение типа «нарисовать» каждому объекту в связанном списке визуальных объектов. Каждый объект знает, как себя нарисовать. В программу можно ввести новый объект, не модифицируя ее, если новый объект тоже умеет нарисовать себя. Такой способ программирования чаще всего используется при разработке чрезвычайно популярных сегодня графических интерфейсов пользователя. В главе рассматривается механизм реализации полиморфного поведения посредством виртуальных функций. Проводится различение абстрактных классов (которые не могут иметь представителей) и конкретных классов (объекты-представители которых можно создавать). Абстрактные классы полезны при создании наследуемого интерфейса для всей иерархии классов. В главе разбираются два больших примера на полиморфизм ——система начисления заработной платы и вторая версия иерархии точек, кругов и цилиндров, рассмотренной в главе 19.

Глава 21, «Потоки ввода/вывода в C++», содержит чрезвычайно подробное описание нового, в объектно-ориентированном стиле, ввода/вывода C++. Многие курсы по С проводятся с использованием компиляторов C++, и преподаватели часто предпочитают учить вводу/выводу в новом стиле, не пользуясь старыми функциями printf/scanf. В главе рассматриваются различные аспекты ввода/вывода C++, куда входит вывод с применением операции помещения в поток и ввод с применением операции извлечения из потока, безопасный по типу ввод/вывод (большое улучшение по сравнению с С), форматируемый и не форматируемый (в целях эффективности) ввод/вывод, манипуляторы потока для управления основанием (десятичное, восьмеричное или шестнадцатеричное основание), представлением чисел с плавающей точкой и шириной поля вывода; определяемые пользователем манипуляторы, состояния ошибки потока, ввод/вывод объектов определяемого пользователем типа и привязка выходных потоков ко входным (для того, чтобы запросы действительно появлялись на экране перед тем, как пользователь должен дать на них ответ).

В нескольких приложениях приводится ценный справочный материал. В частности, в приложении А мы представляем сводку синтаксиса С; сводка всех функций стандартных библиотек С приводится в приложении Б; таблица приоритетов и ассоциации операций дана в приложении В; приложение Г содержит таблицу ASCII-кодов символов; и, наконец, в приложении Д проводится обсуждение двоичной, десятичной, восьмеричной и шестнадцатеричной систем счисления. В основу приложения Б положен, с письменного разрешения Американского института национальных стандартов, документ стандарта ANSI; приложение является детальным, очень ценным для практического программиста материалом. Приложение Д является учебным пособием по системам счисления, в которое входят контрольные вопросы и упражнения.

Мы в полной мере берем на себя ответственность за недостатки и неточности, которые могут встретиться в нашей книге. Мы с благодарностью примем ваши замечания, критику, исправления и предложения по улучшению текста. Пожалуйста, шлите нам свои предложения и дополнения к рубрикам Хороший стиль программирования. Распространенные ошибки программировав

Н14Я, Советы по повышению эффективности. Советы по переносимости кода и Общие методические замечания.

Направляйте всю корреспонденцию на наш адрес электронной почты: deitel@world.std.com либо пишите нам:

Harvey М. Deitel (author)

Paul J. Deitel (author) c/o Computer Science Editor College Book Editorial Prentice Hall

Englewood Cliffs, New Jersey 07632

Мы немедленно вам ответим.

Харви М. Дейтел

Пол Дж. Дейтел

г л a

в

а

Принципы машиннойобработки данных

Цели

Понять основные принципы организации компьютеров.

Познакомиться с различными типами языков программирования.

Познакомиться с историей языка С.

Получить представление о стандартной библиотеке С.

Понять принципы среды разработки программ на С.

Оценить возможности С как языка для начального обучения программированию.

Оценить преимущества С как базь! для дальнейшего изучения программирования вообще и языка C++ в частности.

Содержание

Введение

12 Что такое компьютер?

Внутренняя организация компьютера.

Пакетная обработка, мультипрограммирование и разделение времени

Персональные вычисления, распределенные вычисления и вычисления в модели клиент/сервер

Машинные языки, языки ассемблера и языки высокого уровня.

История языка С

Стандартная библиотека С

Другие языки высокого уровня

Структурное программирование

Основные принципы среды С

Общие замечания о С и об этой книге

113. Concurrent С (Параллельный С)

1.14. Объектно-ориентированное программирование и С++

Резюме • Хороший стиль программирования • Советы по переносимости программ • Советы по повышению эффективности • Упражнения для самоконтроля • Ответы к упражнениям для самоконтроля • Упражнения • Рекомендуемая литература

Введение

Итак, уважаемый читатель, добро пожаловать в мир программирования на языке С! Авторы потратили на эту книгу немало труда и надеются, что чтение ее окажется для вас не только полезным, но и занимательным. С является трудным языком, который обычно изучают только опытные программисты. Поэтому данная книга в ряду учебников по С является уникальной:

Она подойдет техническим специалистам, которые не имеют вообще, либо имеют небольшой опыт программирования.

Она пригодится и опытным программистам, которым требуется глубокое и строгое изложение языка.

Возникает вполне естественный вопрос: каким образом одна книга способна удовлетворить потребности двух различных групп читателей? Ответ заключается в том, что в книге сделан упор на достижение ясности написания программы посредством апробированного метода «структурного программирования ». Непрограммисты получают возможность изучать программирование «правильным» образом, т.е. начиная с азов. Мы попытались написать книгу в простой и достаточно ясной манере со множеством иллюстраций. И что, возможно, наиболее важно, книга снабжена большим количеством работающих С~программ с образцами выдачи при запуске их на компьютере. Первые четыре главы вводят фундаментальные принципы процесса вычислений, компьютерного программирования и языка С. Введение в программирование представлено в аспекте структурного подхода. Новички, пользовавшиеся нашим курсом, высказывают мнение, что материал этих глав представляет собой солидную фундаментальную базу для углубленного изучения С в последующих главах с 5 по 14. Опытные программисты обычно быстро прочитывают первые четыре главы и находят, что изложение материала в главах с 5 по 14 достаточно строгое и в то же время интересное. Они особенно отмечают детальное описание в этих главах указателей, строк, файлов и структур.

Многие опытные программисты оценили наше изложение материала по структурному программированию. В основном они программировали на структурном языке типа Pascal, а поскольку они никогда формально не изучали структурное программирование, то соответственно и написанный ими код был не самым лучшим. После изучения С по нашей книге они получили возможность улучшить свой стиль программирования. Поэтому является ли читатель новичком, либо опытным программистом,——здесь он найдет много полезной и интересной информации.

Большинство людей так или иначе знакомы с теми удивительными вещами, которые могут делать компьютеры. В данном курсе читатель узнает, как подавать компьютеру команды для их выполнения. Компьютерами, т.е. аппаратной частью (hardware) управляет программное обеспечение (software), а одним из наиболее популярных на сегодняшний день языков для разработки программного обеспечения является С. Данная книга описывает стандартизованную версию языка С, принятую в качестве стандарта в 1989 году Американским институтом национальных стандартов (American National Standards Instutute — ANSI) и Международной организацией стандартов (International Standards Organization — ISO).

В настоящее время почти во всех отраслях человеческой деятельности использование компьютеров все более расширяется. На фоне постоянно растущих цен стоимость вычислительной техники драматически падает благодаря значительным успехам как в разработке аппаратной части, так и в развитии программного обеспечения. Компьютеры, которые 25 лет назад занимали несколько комнат и стоили миллионы долларов, сегодня помещаются в нескольких кремниевых микросхемах стоимостью по несколько долларов каждая. По иронии судьбы кремний является наиболее распространенным материалом на Земле ——это ингредиент обычного песка. Технология производства кремниевых микросхем сделала компьютеризацию настолько экономически выгодной, что в настоящее время в мире насчитывается приблизительно 150 миллионов компьютеров общего назначения, которые помогают людям в бизнесе, промышленности, политике и в повседневной жизни. Через несколько лет это число вполне может быть удвоено.

Можно ли изучать С как первый язык программирования, пользуясь, например, данной книгой? Мы полагаем, что да. Два года назад, когда в качестве первого языка люди изучали Pascal, мы решили попробовать. Была написана книга «Как программировать на С», первое издание текста, который вы сейчас читаете. Сотни университетов по всему миру использовали эту книгу. Было доказано, что учебные курсы на ее основе одинаково эффективны с предшествующими курсами, ориентированными на Паскаль. Не было замечено значительной разницы за исключением того, что у студентов появилась большая мотивация для изучения языка, потому что они знают, что вероятнее всего в своей профессиональной деятельности им придется программировать на С, а не на Паскале. Студенты, изучающие С, также великолепно понимают, что будут более подготовлены для последующего изучения C++. C++ является «надмножеством» языка С, предназначенным для программистов, пишущих объектно-ориентированные программы. Более подробно о C++ мы расскажем в разделе 1.14.

Действительно, сегодня C++ привлекает настолько большое внимание, что в главе 15 (и далее) мы даем подробное введение в C++ и объектно-ориентированное программирование. Интересным явлением на рынке языков программирования является тот факт, что ведущие производители чаще поставляют объединенный продукт C/C++, нежели эти языки по отдельности. Это дает возможность пользователям продолжать программирование на С, а затем, при необходимости, постепенно перейти на C++.

Итак, перед вами книга по программированию на С. При желании читатель может связаться с нами по электронной почте через Internet по адресу de- itel@world.std.com. Мы, в свою очередь, сделаем все возможное, чтобы ответить на каждое сообщение.

12 Что такое компьютер?

Компьютер — это устройство, способное производить вычисления, а также выполнять действия по принятию логических решений со скоростью в миллионы или даже миллиарды раз быстрее, чем человек. Например, большинство современных персональных компьютеров могут выполнять десятки миллионов арифметических операций в секунду. Человеку с калькулятором в руках потребуется несколько месяцев, чтобы выполнить такой же объем работы, какой персональный компьютер производит за одну секунду. (Вопрос: как вы узнаете, правильно ли человек складывает цифры? Как вы узнаете, правильно ли компьютер складывает цифры?) Сегодняшние самые быстрые суперкомпьютеры могут выполнять сотни миллиардов сложений в секунду ——то есть такое количество арифметических операций под силу выполнить лишь сотням тысяч человек в течение года! А в исследовательских лабораториях уже работают компьютеры с быстродействием триллион операций в секунду.

Компьютеры обрабатывают данные, используя наборы инструкций, называемые компьютерными программами, которые заставляют компьютер выполнять определенные действия в заранее установленном порядке. Действия определяются людьми, которых называют программистами.

Различные устройства (такие как клавиатура, экран, диски, память и микропроцессор), составляющие компьютерную систему, называются аппаратной частью. Программы, выполняющиеся на компьютере, называются программным обеспечением. Стоимость аппаратуры в последние годы значите-

льно упала, благодаря чему компьютеры стали доступным предметом потребления. К сожалению, стоимость программного обеспечения постоянно растет, поскольку программисты разрабатывают все более мощные и сложные прикладные программы. При этом в самой технологии разработки программного обеспечения не наблюдается адекватных улучшений. В данной книге рассматриваются методы разработки программ, которые могут существенно сократить время и затраты на создание современных программных продуктов высокого качества. Эти методы включают в себя структурное программированиеу пошаговое нисходящее уточнение, разбиение на функции и описанное в последнем разделе объектно-ориентированное программирование.

Внутренняя организация компьютера

Фактически каждый компьютер, вне зависимости от того, как он выглядит, можно представить в виде совокупности шести логических блоков. Это:

Входной блок. Это «принимающая» часть компьютера. Он получает информацию (данные и компьютерные программы) от различных устройств ввода и помещает ее для хранения в другие блоки, так что информация может быть в дальнейшем передана на обработку. Часто основная масса информации поступает в современные компьютеры через клавиатуру, напоминающую пишущую машинку.

Блок вывода. Он воспринимает обработанную компьютером информацию и помещает ее на различные устройства вывода так, чтобы сделать ее доступной для использования вне компьютера. На сегодняшний день информация обычно выводится на экран либо распечатывается на бумаге.

Блок памяти. Это хранилище информации, характеризуемое высокой скоростью доступа и относительно низкой емкостью. Блок памяти хранит информацию, полученную от блока ввода, и при необходимости немедленно предоставляет ее для обработки. Здесь также содержится информация, полученная в результате вычислений, до того момента, пока она не будет направлена блоком вывода на устройства вывода. Блок памяти называют просто памятью, или первичной памятью.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Это «перерабатывающая » часть компьютера. Она несет ответственность за выполнение арифметических операций, таких как сложение, вычитание, умножение и деление. В ней также содержатся механизмы принятия решений, которые позволяют компьютеру, например, сравнить два числа из блока памяти и определить, равны они или нет.

Центральное процессорное устройство fЦПУ), Это «административная» часть компьютера, являющаяся координатором работы остальных блоков. Устройство центрального процессора направляет команду входному устройству поместить информацию в блок памяти, устройству арифметики и логики ——использовать информацию для вычислений, блоку вывода ——отправить информацию на конкретное устройство вывода.

Блок вторичного хранения данных. Это долговременное хранилище компьютера. Программы или данные, которые не используются активно другими блоками, обычно помещаются в устройства вторичного хранения (например, диски), до того момента, пока они не понадобятся снова, возможно, через час, день, месяц или даже год.

Пакетная обработка, мультипрограммированиеи разделение времени

Раньше компьютеры могли решать в каждый момент времени только одну задачу. Подобная форма работы называется однопользовательской пакетной обработкой. Компьютер обрабатывает данные группами, или пакетами, причем в каждый момент времени выполняется только одна программа из группы. В то время пользователи представляли свои программы в вычислительные центры в виде набора перфокарт и вынуждены были ждать окончательной выдачи часами или даже в течение нескольких дней.

По мере совершенствования компьютеров становилось очевидным, что однопользовательская пакетная обработка редко использует ресурсы компьютера эффективно. Возникла идея, что несколько программ, или задач, могут разделять между собой ресурсы компьютера, чтобы его загрузка была более рациональной. Это называется мультипрограммированием. Мультипрограммирование подразумевает «одновременное» выполнение на компьютере нескольких задач; компьютер разделяет свои ресурсы между задачами, на них претендующими. Но как и прежде, пользователи представляли свои программы на перфокартах и ждали свои результаты по несколько часов.

И вот в шестидесятых годах в нескольких промышленных центрах и университетах возникла новаторская концепция разделения времени. Разделение времени ——это специальный случай мультипрограммирования, когда пользователи получают доступ к компьютеру через устройства ввода/вывода, или терминалы. В типичной компьютерной системе разделения времени может находиться несколько сотен пользователей, решающих свои задачи одновременно. Процессор выполняет небольшую часть одной задачи, затем переключается на другую. Это происходит настолько быстро, что в течение одной секунды компьютер возвращается к одной и той же задаче несколько раз. Таким образом, с точки зрения пользователей их задачи решаются одновременно.

Персональные вычисления, распределенныевычисления и вычисления в модели клиент/сервер

В 1977 году благодаря компании Apple Computer родился феномен персональных вычислений. Вначале это было лишь мечтой одержимых программистов-любителей. Компьютеры становились экономически доступными настолько, чтобы люди покупали их для решения своих персональных задач. В 1981 году компания IBM, мировой лидер по продаже компьютеров, представила на рынке Персональный Компьютер IBM. Буквально за одну ночь персональные компьютеры приобрели законное право на свое применение в бизнесе, промышленности и государственных учреждениях.

Однако эти компьютеры были изолированы друг от друга, т.е. были компьютерами-одиночками. Люди выполняли работу на своих собственных машинах, а затем передавали друг другу диски для обмена информацией. Несмотря на то, что ранние персональные компьютеры были не настолько мощными, чтобы обеспечивать разделение времени для нескольких пользователей, эти машины могли быть объединены в компьютерные сети посредством телефонных линий или в локальные сети в пределах одной организации. Это привело к появлению феномена распределенных вычислений.^ когда работа всей организации, вместо того, чтобы быть выполненной непосредственно на центральном компьютере, распределялась по сети на рабочие места, на которых и производились все расчеты. Персональные компьютеры были достаточно мощными, чтобы удовлетворить требования индивидуальных пользователей, а также справляться с задачами по электронному обмену информацией.

Современные персональные компьютеры обладают такой же вычислительной мощностью, как и машины стоимостью в миллион долларов десятилетней давности. Наиболее мощные машины — рабочие станции ——обеспечивают индивидуальных пользователей невиданными возможностями. Информация легко распределяется по компьютерным сетям, в которых отдельные компьютеры, называемые серверами, хранят общий для всех набор программ и данных, которые могут быть использованы компьютерами — клиентами, входящими в состав сети. Отсюда происходит термин клиент/сервер. Языки С и C++ стали теми языками программирования, на которых пишут программное обеспечение для операционных систем, компьютерных сетей и для прикладных программ модели клиент/сервер.

16 Машинные азыки, языки ассемблера и языкивысокого уровня

Программисты пишут программы на различных языках программирования, некоторые из которых непосредственно понятны компьютеру, а другие нуждаются в промежуточной стадии трансляции. Сотни имеющихся языков могут быть подразделены на три общих типа:

Машинные языки

Ассемблерные языки

Языки высокого уровня

Каждый компьютер может понимать только свой машинный язык, который является естественным языком конкретного компьютера. Он тесно связан с его аппаратной частью. Машинные языки в общем случае состоят из последовательностей чисел (обычно нулей и единиц), которые являются командами на выполнение одиночных элементарных операций. Машинные языки являются машинно-зависимыми, т.е. конкретный машинный язык может быть использован только с определенным типом компьютера. Машинные языки неудобны для восприятия человеком, что можно проиллюстрировать небольшой программой, в которой к тарифной ставке прибавляются выплаты за сверхурочную работу, а результат сохраняется в переменной общей выплаты.

+ 1300042774

+ 1400593419

+ 1200274027'

По мере распространения компьютеров становилось очевидным, что программирование на машинных языках тормозит развитие компьютерной техники, является очень медленным и для большинства программистов непосильным занятием. Вместо последовательностей чисел, непосредственно понятных компьютеру, программисты для представления элементарных операций стали применять англоязычные аббревиатуры, которые и сформировали основу языков ассемблера. Для преобразования программ, написанных на таких языках, в машинный язык были разработаны программы-трансляторы, называемые ассемблерами. Преобразование происходило со скоростью, равной быстродействию компьютера. Нижеприведенный фрагмент программы на языке ассемблера также вычисляет основную стоимость в виде суммы тарифной ставки и сверхурочных. При этом программа становится более понятной, чем аналогичная на машинном языке:

LOAD BASEPAY

ADD OVERPAY

STORE GROSSPAY

С появлением языков ассемблера использование компьютеров знанителв~ но расширилось, однако все еще требовалось написание большого количества инструкций даже для реализации решения простейших задач. Для ускорения процесса программирования были разработаны языки высокого уровня, в которых для выполнения сложных действий достаточно написать один оператор. Программы для преобразования последовательности операторов на языке высокого уровня в машинный язык называются компиляторами. В языках высокого уровня инструкции, написанные программистами, зачастую выглядят как обычный текст на английском языке с применением общепринятых математических знаков. Уже знакомое нам вычисление суммарной выплаты выглядит так:

grossPay = basePay + overPay

Совершенно очевидно, что с точки зрения программистов языки высокого уровня более предпочтительны, чем любые машинные или ассемблерные языки.

История языка С

Язык С берет свое начало от двух языков, BCPL и В. В 1967 году Мартин Ричардс разработал BCPL как язык для написания системного программного обеспечения и компиляторов. В 1970 году Кен Томпсон использовал В для создания ранних версий операционной системы UNIX на компьютере DEC PDP-7. Как в BCPL, так и в В переменные не разделялись на типы —— каждое значение данных занимало одно слово в памяти и ответственность за различение, например, целых и действительных чисел целиком ложилась на плечи программиста.

Язык С был разработан (на основе В) Деннисом Ричи из Bell Laboratories и впервые был реализован в 1972 году на компьютере DEC PDP-11. Известность С получил в качестве языка операционной системы UNIX. Сегодня практически все основные операционные системы написаны на С и/или C++- По проше-

ствии двух десятилетий С имеется в наличии на большинстве компьютеров. Язык С не зависит от аппаратной части, и программы, написанные на нем, могут быть перенесены на многие системы. С сочетает в себе основные принципы языков BCPL и В; кроме того, в нем введена типизация переменных и некоторые другие важные моменты.

В конце 70-х годов С превратился в то, что мы называем <<традиционный С». Публикация в 1978 году книги Кернигана и Ричи «Язык программирования С» привлекла широкое внимание к языку. Эта книга стала одной из самых удачных среди изданий по компьютерным дисциплинам, выпущенных в свет.

Применение С для разных типов компьютеров (иногда называемых аппаратными платформами) привело к появлению различных вариантов языка, которые, несмотря на свою схожесть, зачастую были несовместимыми. Это явилось серьезной проблемой для разработчиков программных продуктов, которым требовалось разрабатывать коды, способные работать на нескольких платформах. Становилось ясно, что нужна стандартная версия С. В 1983 году Американским комитетом национальных стандартов в области компьютеров и обработке информации (ХЗ) был учрежден технический комитет X3J11, перед которым ставилось целью выработать «однозначное и машинно-независимое определение языка С». В 1989 году стандарт был одобрен. Документ известен как ANSI/ISO 9899:1990. Копии могут быть заказаны через Американский институт национальных стандартов, адрес которого указан в предисловии. Второе издание книги Кернигана и Ричи выпущено в 1988 году и описывает эту версию С, называемую ANSI С и широко используемую в мире (Ке88).

Совет по переносимости программ 1.1

Благодаря тому, что С является машин но-независимым и широко доступным языком, прикладные программы, написанные на С, могут работать практически без изменений на большинстве компьютерных систем.

Стандартная библиотека С

Как вы узнаете в главе 5, программы, написанные на С, состоят из модулей, или фрагментов, называемых функциями. Пользователь сам может написать необходимые для создания программы функции, однако большинство программистов предпочитают применять уже существующие, которые находятся в стандартной библиотеке С. Таким образом, есть два аспекта изучения языка. Первый ——изучение непосредственно С и второй ——умение пользоваться стандартной библиотекой. В данной книге рассматриваются многие функции из стандартной библиотеки, все они приводятся в приложении Б (так, как их определяет ANSI С). Книга Плогера (Р192) будет полезна программистам, желающим приобрести глубокие знания и понимание работы стандартных функций, их применения при написании компактных кодов.

В данном курсе читателю будет предложен блочный метод построения программы. Не следует изобретать велосипед. Применение готовых частей называется повторным использованием кода ——это ключевой момент в развивающейся сейчас области объектно-ориентированного программирования (глава 15). В языке С при формировании программы вы будете использовать следующие «строительные блоки»:

Функции стандартной библиотеки С

Функции, которые вы создадите сами

Функции, написанные другими людьми

Преимущество создания своих собственных функций состоит в том, что вы отлично знаете и понимаете, как они работают. У вас появится возможность проследить за работой кода С. Ну а недостаток ——временные затраты, которые потребуются для создания новых функций.

При использовании существующих функций не приходится изобретать велосипед. В случае применения стандартных функций ANSI, которые, как вы знаете, очень тщательно написаны, ваши программы с большей вероятностью могут быть перенесены на другие типы компьютеров.

Совет по повышению эффективности 1.1

Использование функций стандартной библиотеки ANSI вместо написания собственных аналогичнь:х функций может улучшить характеристики программы, т. к. стандартные функции написаны весьма тщательно и работают очень эффективно.

Совет по переносимости программ 1.2

Использование функций стандартной библиотеки ANSI вместо написания собственных аналогичных функций может способствовать переносимости программ, т. к. стандартные функции реализованы практически во всех существующих вариантах С.

Другие языки высокого уровня

Несмотря на то, что были разработаны сотни языков высокого уровня, только некоторые из них нашли широкое применение. FORTRAN (FORmula TRANslator) разработан фирмой IBM между 1954 и 1957 годами для использования в научных и инженерных программах, требующих сложных математических вычислений. FORTRAN широко применяется и до сих пор.

COBOL (COmmon Business Oriented Language) разработан в 1959 году группой, в которую входили производители и пользователи компьютеров. COBOL главным образом используется в коммерческих прикладных программах, когда необходима высокая точность при обработке большого количества данных. Сегодня больше половины программного обеспечения, предназначенного для использования в бизнесе, все еще написано на языке COBOL. Свыше миллиона человек в настоящее время зарабатывают на жизнь, программируя на COBOL.

Pascal был создан почти в то же время, что и С. Он предназначен для академических целей. В следующем разделе мы остановимся на языке Pascal более подробно.

Структурное программирование

В шестидесятых годах при разработке программного обеспечения программисты испытывали серьезные затруднения. Время разработки обычно затягивалось свыше установленных сроков, стоимость работ значительно превышала бюджет, а окончательный продукт был весьма ненадежен. Люди начали

понимать, что разработка программного продукта является делом более сложным, чем они себе представляли. В результате научных исследований, проведенных в шестидесятых годах, возникла концепция структурного програм- лшроьани兄，т.е. такого подхода к написанию программ, при котором они становятся более ясными для понимания, более корректными и лучше приспособленными для модификации в дальнейшем. В главах 3 и 4 приводится обзор принципов структурного программирования. Ниже мы остановимся лишь на обсуждении развития структурного программирования на С.

Одним из знаменательных результатов научных исследований в области программирования явилось создание в 1971 году профессором Никласом Виртом языка программирования Pascal. Pascal, названный по имени математика и философа семнадцатого века Блеза Паскаля, был разработан для обучения структурному программированию в академических кругах и быстро распространился в университетах для изучения в качестве первого языка программирования. К сожалению, в нем отсутствуют свойства, благодаря которым его можно было бы использовать в коммерческой и индустриальной сферах деятельности и, как следствие, в этих областях он не получил широкого распространения. Однако можно отметить, что реальное значение этого языка в том, что он лег в основу языка программирования Ada. Разработка языка Ada финансировалась Министерством обороны США в конце 70-х ——начале 80-х годов. Для обслуживания огромного комплекса МО использовались сотни различных языков. Для их замены было принято решение создать один язык программирования, который бы удовлетворял всем требованиям. Для этой цели был выбран Pascal, однако конечный продукт — Ada ——значительно от него отличается. Новый язык программирования был назван по имени леди Ады Лавлейс, дочери поэта лорда Байрона. Считается, что Ада Лавлейс в начале 1800-х написала первую в мире компьютерную программу. Одной из основных черт языка Ada является многозадачность, которая позволяет нескольким процессам протекать параллельно. Остальные языки высокого уровня, которые мы обсуждали, включая С и C++, допускают выполнение в данный момент только одной задачи.

Основные принципы среды С

Все С-системы в общем состоят из трех частей: среды программирования, собственно языка и стандартной библиотеки С. В процессе подготовки С-про~ граммы проходят через шесть стадий (рис. 1.1). Это: редактирование, препро- цессорная обработка, компиляция, компоновка, загрузка и исполнение. Здесь мы имеем в виду типичную UNIX-систему С. В случае если читатель использует другую операционную систему, ему следует обратиться к соответствующему справочному руководству или к более опытному коллеге за разъяснениями, как эти задачи выполняются в его среде.

Первая фаза состоит из редактирования файла при помощи программы-редактора, в которой программист набирает программу и производит необходимые исправления. Затем программа сохраняется на вторичном запоминающем устройстве, например, диске. Имена файлов, содержащих программы на С, должны иметь расширение .с. В системах UNIX широко используются два редактора ——vi и emacs. Пакеты C/C++, такие, как Borland C++ для IBM и совместимых персональных компьютеров или Symantec C++ для Apple Macintosh, обладают встроенными редакторами, интегрированными в среду программирования. Мы предполагаем, что читатель знает, как отредактировать программу.

Этап 1:

Этап 3:

Этап 4:

Редактор

} Программа создается редактором и запоминается на диске

Этап 2:

} Программа предварительной обработки преобразовывает код

Компилятор «

} Компилятор создает объектный код и сохраняет его на диске

Компоновщик

} Компоновщик связывает объектный код с библиотеками, создает a.out и сохраняет его на диске

} Загрузчик размещает программу в памяти

}ЦПУ выбирает каждую инструкцию и выполняет ее, возможно сохраняя новые значения данных по мере выполнения программы

Далее, программист дает команду на компиляцию программы. Компилятор транслирует С-программу в код машинного языка (который также называют объектным кодом). В С-системе перед началом фазы трансляции автоматически выполняется программа препроцессора. Препроцессор С подчиняется

специальным командам ——директивам препроцессора, которые определяют, какие действия должны быть выполнены перед компиляцией программы. Обычно это добавление других файлов к компилируемому и замена специальных символов в тексте программы. В общих чертах директивы препроцессора описываются в начальных главах книги, а детальному их рассмотрению посвящена глава 13. Препроцессор автоматически запускается компилятором перед тем, как начнется преобразование программы в машинный язык.

Четвертая фаза называется компоновкой. Типичные С-программы содержат обращения к функциям, чьи определения находятся либо в стандартных библиотеках, либо в библиотеках, созданных группой пользователей в процессе работы над конкретным проектом. То есть объектный код, получившийся в результате работы компилятора, содержит «дыры», обусловленные отсутствием определений функций, к которым происходит обращение. Компоновщик связывает объектный код с определениями отсутствующих функций, т.е. вырабатывает 〃C7ioRH兄ем”山 образ (в котором уже нет отсутствующих частей). Например, для компиляции и компоновки программы с именем welcome.с следует после подсказки UNIX напечатать

сс welcome.с

и нажать клавишу Enter. В случае корректной компиляции и компоновки появится файл a.out, являющимся исполняемым кодом программы welcome.с. Пятая фаза называется загрузкой. Перед выполнением программа должна быть размещена в памяти. Эту задачу выполняет загрузчик, который помещает в память исполняемый код с диска.

И наконец, компьютер, под контролем ЦПУ, выполняет программу, последовательно прочитывая ее инструкции одну за другой. Для загрузки и выполнения программы в системе UNIX после приглашения мы печатаем a.out и нажимаем Enter.

Большинство С-программ получают и (или) выводят данные. Конкретные функции С получают входные данные от stdin (standard input device — стандартное устройство ввода), которое, как правило, ассоциировано с клавиатурой; однако, stdin может быть подключено и к другому устройству. Вывод данных осуществляется на stdout (standard output device — стандартное устройство вывода), которым обычно является экран компьютера, однако также может быть подключено к другому устройству. Когда мы говорим, что программа печатает результат, мы подразумеваем, что результат высвечивается на экране. Данные могут выводиться на другие устройства, такие как диск или принтер. Имеется также stderr (standard error device — стандартное устройство ошибок). Устройство stderr (обычно ассоциированное с экраном) используется для вывода сообщений об ошибках. Часто для вывода данных, т.е. для stdout, вместо экрана применяют другие устройства, а экран используют для вывода сообщений об ошибках, т.е. в качестве stderr, чтобы пользователь как можно быстрее был информирован о возникающих ошибках.

Общие замечания о С и этой книге

С ——это трудный язык. Опытные программисты зачастую гордятся своим умением писать запутанные и загадочные тексты программ. Однако это просто плохой стиль программирования. В результате программа становится неудобочитаемой, увеличивается вероятность сбоев и затрудняется ее отладка и

проверка. Данная книга предназначена для начинающих программистов, поэтому мы делаем упор на написание ясных, хорошо структурированных программ. Одной из ключевых целей этой книги является достижение четкости при написании программы через применение апробированной методики структурного программирования и благодаря связанному с ней хорошему стилю программирования.

Хороший стиль программирования 1.1

Пишите программы в простой, четкой манере. Подобный стиль иногда называют KIS («keep it simple» - будьте проще).

Возможно, читатель слышал, что С ——переносимый язык и что написанные на нем программы могут работать на разных компьютерах. Однако переносимость является весьма труднодостижимым свойством. Стандартный документ ANSI насчитывает 11 страниц, посвященным проблеме переносимости. На тему переносимости С написаны целые книги (Ja89), (Ra90).

Совет по переносимости программ 1.3

Несмотря на возможность написания переносимых программ существует много проблем совместимости между различными версиями С и разными компьютерными системами, что затрудняет достижение переносимости. Само по себе написание программ на С не обеспечивает их переносимости.

Мы очень тщательно проработали стандартный документ ANSI Сив соответствии с ним подготовили нашу книгу. Однако С — очень богатый язык и некоторые его тонкости в книге не рассматриваются. Если читателю понадобится дополнительное техническое описание ANSI С, то мы рекомендуем ему самому прочитать стандарт ANSI С или книгу Кернигана и Ричи (Ке88). Мы ограничиваем наше обсуждение ANSI С, который по многим свойствам несовместим с ранними версиями языка, и в этой книге читатель может найти некоторые программы, не работающие со старыми С-компиляторами.

Хороший стиль программирования 1.2

Читайте руководства пользователя по версиям С, с которыми вы работаете. Частое обращение к ним позволит вам узнать много полезного об особенностях языка С и поможет их корректно использовать.

Хороший стиль программирования 1.3

Хорошими учителями являются компьютер и компилятор. Если вы не уверены в том, как работает та или иная конструкция С, то следует написать пробную программу, откомпилировать, запустить ее и посмотреть, что получится.

Concurrent С (Параллельный С)

В результате продолжающейся исследовательской работы в Bell Laboratories были разработаны другие версии С. Гехани (Ge89) разработал Concurrent С (Параллельный С) — надмножество, обладающее возможностями для парал-

лельного запуска нескольких задач. Языки типа Concurrent С, а также операционные системы, поддерживающие параллельную работу, станут более популярны в следующем десятилетии с ростом использования мультипроцессоров (т.е. компьютеров с несколькими ЦПУ). В настоящее время Concurrent С не более чем исследовательский язык. Книги по операционным системам (De90), как правило, уделяют значительное внимание параллельному программированию.

1Л4- Объектно-ориентированное программированиеи C++

В лаборатории Bell Бьерном Страуструпом (St86) было разработано еще одно надмножество С, а именно C++. Язык C++ имеет целый ряд качеств, «украшающих» обычный С. Но самое главное, он предоставляет возможности для объектно-ориентированного программирования.

Объекты ——это в принципе многократно используемые компоненты программного обеспечения, которые моделируют реальные сущности. В мире программных продуктов произошла революция. Быстрое, корректное и экономически выгодное построение программного обеспечения все еще остается труднодостижимой целью, а время таково, что воздух пронизан потребностью в новом, мощном программном обеспечении.

В настоящее время разработчики сознают, что применение объектно-ориентированного подхода способно повысить производительность рабочих коллективов в 10-100 раз по сравнению со стандартной методикой программирования.

Разработано много объектно-ориентированных языков. Однако существует убежденность, что именно C++ станет доминантным системным языком середины —конца 90-х годов.

Большинство людей склоняется к тому, что сегодня наилучшей стратегией обучения является первоначальное изучение С, а затем C++. Поэтому главы с 15 по 21 посвящены введению в объектно-ориентированное программирование и C++. Мы надеемся, что они будут оценены читателем, и что после прочтения книги он продолжит изучение C++.

Резюме

Аппаратной частью компьютера (hardware) управляет программное обеспечение (software).

ANSI-С — это версия языка программирования С, принятая в качестве стандарта в 1989 году Американским институтом национальных стандартов (ANSI) и Международной организацией стандартов (ISO).

Компьютеры, которые 25 лет назад занимали несколько комнат и стоили миллионы долларов, сегодня помещаются в нескольких кремниевых микросхем стоимостью по несколько долларов каждая.

В настоящее время в мире насчитывается приблизительно 150 миллионов компьютеров общего назначения, которые помогают людям в бизнесе, промышленности, политике и в повседневной жизни. Через несколько лет это число может быть удвоено.

Компьютер ——это устройство, способное производить вычисления, а также выполнять действия по принятию логических решений со скоростью в миллионы или даже миллиарды раз быстрее, чем человек.

Компьютеры обрабатывают данные под управлением компьютерных программ.

Различные устройства (такие, как клавиатура, экран, диски, память и процессорные устройства), составляющие компьютерную систему, называются ее аппаратной частью.

Компьютерные программы, выполняющиеся в компьютере, называются программным обеспечением.

Входной блок — это «принимающая» часть компьютера. Большинство информации в современные компьютеры поступает через клавиатуру.

Блок вывода — это часть компьютера, отвечающая за выдачу информации. На сегодняшний день большинство информации выводится на экран либо распечатывается на бумаге.

Блок памяти — это «хранилище» компьютера, именуемое памятью, или первичной памятью.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет вычисления и ответственно за процесс принятия решений.

Центральное процессорное устройство (ЦПУ) — это «административная» часть компьютера, являющаяся координатором работы остальных блоков.

Программы или данные, которые не используются активно другими блоками, обычно помещаются на устройства вторичного хранения (например, диски), пока они не понадобятся снова.

При однозадачной пакетной обработке данные обрабатываются группами, или пакетами, причем компьютер выполняет в каждый момент времени одну-единственную программу.

Мультипрограммирование подразумевает одновременное выполнение на компьютере нескольких задач ——компьютер распределяет свои ресурсы между ними.

Разделение времени — это специальный случай мультипрограммирования, когда пользователи получают доступ к компьютеру через устройства ввода/вывода, или терминалы. С точки зрения пользователей их задачи решаются одновременно.

При распределенных вычислениях работа всей организации распределяется по сети на рабочие места, на которых и производятся все расчеты.

Серверы хранят общий для всех пользователей набор программ и данных, которые могут быть использованы компьютерами ——клиентами, входящими в состав сети. Отсюда происходит термин «модель кли- ент/сервер».

Каждый компьютер может непосредственно понимать только свой машинный язык.

Машинные языки в общем случае состоят из последовательностей чисел (в конечном счете сводящихся к нулям и единицам), которые являются командами на выполнение одиночных элементарных операций. Машинные языки являются машинно-зависимыми.

Основу языков ассемблера образуют англоязычные аббревиатуры. Ассемблеры транслируют программы, написанные на ассемблерных языках, в машинный язык.

Программы для преобразования последовательности операторов на языке высокого уровня в машинный язык называются компиляторами.

С известен как язык разработки операционной системы UNIX.

Программы, написанные на С, могут быть перенесены на большинство существующих компьютерных систем.

В 1989 году был одобрен стандарт ANSI С.

FORTRAN (FORmula TRANslator) используется в научных и инженерных программах.

COBOL (COmmon Business Oriented Language) главным образом используется в коммерческих прикладных программах, когда необходима высокая точность при обработке большого количества данных.

Структурное программирование ——это такой подход к написанию программ, при котором они становятся более ясными для понимания, более корректными и лучше подходящими для дальнейших модификаций.

Pascal был разработан для обучения структурному программированию в академических кругах.

Разработка языка Ada финансировалась Министерством обороны США. В качестве основы для его создания был выбран Pascal.

Одной из основных черт языка Ada является многозадачность, которая позволяет нескольким процессам протекать параллельно.

Все С-системы в общем состоят из трех частей: среды, языка программирования и стандартной библиотеки С. Библиотечные функции не являются собственно частью языка С; они выполняют такие операции, как ввод/вывод данных, а также математические вычисления.

В процессе подготовки С-программы проходят через шесть стадий: редактирование, препроцессорная обработка, компиляция, компоновка, загрузка и выполнение.

Программист набирает программу и производит необходимые исправления при помощи программы-редактора.

Компилятор транслирует программу на С в код машинного языка (который также называют объектным кодом).

Препроцессор С подчиняется специальным командам — директивам препроцессора, которые обычно указывают, что к компилируемому файлу следует добавить другие файлы и должна быть произведена замена специальных символов в тексте программы.

Компоновщик связывает объектный код с определениями отсутствующих функций, т.е. вырабатывает исполняемый код (в котором уже нет отсутствующих частей).

Загрузчик помещает в память исполняемый код с диска.

Компьютер, под контролем ЦПУ, выполняет программу, последовательно прочитывая ее инструкции одну за другой.

Некоторые функции С (например, scanf) получают входные данные от stdin (стандартного устройства ввода), которое, как правило, ассоциировано с клавиатурой.

Вывод данных осуществляется на stdout (стандартное устройство вывода), которым обычно является экран компьютера.

Имеется также stderr (стандартное устройство ошибок). Устройство stderr (обычно ассоциированное с экраном) используется для вывода сообщений об ошибках.

Несмотря на возможность написания переносимых программ, существует много проблем совместимости между различными версиями С и разными компьютерными системами, что затрудняет достижение переносимости.

Concurrent С ——это надмножество С, обладающее возможностями для параллельного запуска нескольких задач.

С+十 предоставляет возможности для объектно-ориентированного программирования .

Объекты — это в принципе многократно используемые компоненты программного обеспечения, которые моделируют реальные сущности.

Существует общепринятое мнение, что именно C++ станет ведущим системным языком середины — конца 90-х годов.

ТерминологияСC++COBOLConcurrent СCPUFORTRANPascalUNIXаппаратная платформааппаратная частьблок памятиблочный метод построения программввод/вывод (I/O)входной блоквыходной блокданныеестественный язык компьютера загрузчик задачаТерминологияСC++COBOLConcurrent СCPUFORTRANPascalUNIXаппаратная платформааппаратная частьблок памятиблочный метод построения программввод/вывод (I/O)входной блоквыходной блокданныеестественный язык компьютера загрузчик задачазапуск программы исполнение программы исполняемый образ клиенткомпилятор компоновщик компьютеркомпьютерная программа логические блоки машинно-зависимый машинно-независимый машинный языкмногозадачностьмодель клиент/сервер мультипрограммирование мультипроцессорнисходящее пошаговое уточнение объект объектно-ориентированное программированиезапуск программы исполнение программы исполняемый образ клиенткомпилятор компоновщик компьютеркомпьютерная программа логические блоки машинно-зависимый машинно-независимый машинный языкмногозадачностьмодель клиент/сервер мультипрограммирование мультипроцессорнисходящее пошаговое уточнение объект объектно-ориентированное программирование

Терминология

С

C++

COBOL

Concurrent С

CPU

FORTRAN

Pascal

UNIX

аппаратная платформа

аппаратная часть

блок памяти

блочный метод построения программ

ввод/вывод (I/O)

входной блок

выходной блок

данные

естественный язык компьютера загрузчик задача

Терминология

С

C++

COBOL

Concurrent С

CPU

FORTRAN

Pascal

UNIX

аппаратная платформа

аппаратная часть

блок памяти

блочный метод построения программ

ввод/вывод (I/O)

входной блок

выходной блок

данные

естественный язык компьютера загрузчик задача

запуск программы исполнение программы исполняемый образ клиент

компилятор компоновщик компьютер

компьютерная программа логические блоки машинно-зависимый машинно-независимый машинный язык

многозадачность

модель клиент/сервер мультипрограммирование мультипроцессор

нисходящее пошаговое уточнение объект объектно-ориентированное программирование

запуск программы исполнение программы исполняемый образ клиент

компилятор компоновщик компьютер

компьютерная программа логические блоки машинно-зависимый машинно-независимый машинный язык

многозадачность

модель клиент/сервер мультипрограммирование мультипроцессор

нисходящее пошаговое уточнение объект объектно-ориентированное программирование

объектный кодокружение (рабочая среда) памятьпервичная память переносимость персональный компьютер повторное использование программного кодапрепроцессор С программа-транслятор программист программное обеспечение рабочая станция разбиение на функции разделение времени распределенные вычисления редакторобъектный кодокружение (рабочая среда) памятьпервичная память переносимость персональный компьютер повторное использование программного кодапрепроцессор С программа-транслятор программист программное обеспечение рабочая станция разбиение на функции разделение времени распределенные вычисления редакторстандартная библиотека С стандартная ошибка (stderr) стандартный ввод (stdin) стандартный вывод (stdout) структурное программирование суперкомпьютер терминал устройство ввода устройство вывода файловый сервер функция центральное процессорноеустройство (CPU) экран язык высокого уровня язык программирования ясностьстандартная библиотека С стандартная ошибка (stderr) стандартный ввод (stdin) стандартный вывод (stdout) структурное программирование суперкомпьютер терминал устройство ввода устройство вывода файловый сервер функция центральное процессорноеустройство (CPU) экран язык высокого уровня язык программирования ясность

объектный код

окружение (рабочая среда) память

первичная память переносимость персональный компьютер повторное использование программного кода

препроцессор С программа-транслятор программист программное обеспечение рабочая станция разбиение на функции разделение времени распределенные вычисления редактор

объектный код

окружение (рабочая среда) память

первичная память переносимость персональный компьютер повторное использование программного кода

препроцессор С программа-транслятор программист программное обеспечение рабочая станция разбиение на функции разделение времени распределенные вычисления редактор

стандартная библиотека С стандартная ошибка (stderr) стандартный ввод (stdin) стандартный вывод (stdout) структурное программирование суперкомпьютер терминал устройство ввода устройство вывода файловый сервер функция центральное процессорное

устройство (CPU) экран язык высокого уровня язык программирования ясность

стандартная библиотека С стандартная ошибка (stderr) стандартный ввод (stdin) стандартный вывод (stdout) структурное программирование суперкомпьютер терминал устройство ввода устройство вывода файловый сервер функция центральное процессорное

устройство (CPU) экран язык высокого уровня язык программирования ясность

сохранение программы

Хороший стиль программирования

Пишите программы в простой, четкой манере. Подобный стиль иногда называют KIS («keep it simple» — будьте проще).

Читайте руководства пользователя по версиям С, с которыми вы работаете. Частое обращение к ним позволит вам узнать много полезного об особенностях языка С и поможет их корректно использовать.

Хорошими учителями являются компьютер и компилятор. Если вы не уверены в том, как работает та или иная конструкция С, то следует написать пробную программу, откомпилировать, запустить ее и посмотреть, что получится.

Советы по переносимости программ

Благодаря тому, что С является машинно-независимым и широко доступным языком, прикладные программы, написанные на С, могут работать практически без изменений на большинстве компьютерных систем.

Использование функций стандартной библиотеки ANSI вместо написания собственных аналогичных функций может улучшить переносимость программы, т.к. стандартные функции реализованы фактически во всех существующих вариантах С.

Несмотря на возможность написания переносимых программ, существует много проблем совместимости между различными версиями С и разными компьютерными системами, что затрудняет достижение переносимости. Само по себе написание программ на С не обеспечивает переносимости.

Советы по повышению эффективности

Использование функций стандартной библиотеки ANSI вместо дисания собственных аналогичных функций может улучшить характеристики программы, т.к. стандартные функции написаны весьма тщательно и работают очень эффективно.

Упражнения для самоконтроля

Заполните пробелы в каждом из следующих предложений:

Компания, которая ввела в мир феномен персональных вычислений, называется .

Компьютер, благодаря которому персональные вычисления были введены в практику промышленности и бизнеса, называется

Компьютеры обрабатывают данные, следуя наборам инструкций, называемым компьютерными .

Шестью ключевыми логическими блоками компьютера являются:

— это специальный случай мультипрограммирования, при котором пользователи получают доступ к компьютеру посредством устройств под названием «терминалы».

В главе обсуждаются три класса языков:,и

Программы, которые транслируют код с языков высокого уровня на машинный язык, называются.

С широко известен как язык, на котором написана операционная система .

Книга рассматривает версию С, которая называется С

и была стандартизирована Американским национальным институтом стандартов.

Язык был разработан Виртом для обучения структур

ному программированию в университетах.

В Министерстве обороны был разработан язык Ada, который характеризуется , позволяющей программистам запускать несколько задач параллельно.

Заполните пробелы в следующих предложениях о среде С.

С-программы обычно набирают на компьютере, используя программу .

В С-системе перед началом фазы трансляции автоматически выполняется программа .

Двумя наиболее частыми операциями во время препроцессорной обработки являются и .

Программа для формирования исполняемого кода объединяет выходные данные компилятора с различными библиотечными функциями.

Программа перемещает исполняемый код с диска в память.

Для того, чтобы загрузить и выполнить только что откомпилированную программу в системе UNIX, следует ввести 」

Ответы к упражнениям для самоконтроля

a) Apple, б) IBM PC, в) программами, г) блок ввода, блок вывода, блок памяти, арифметико-логическое устройство (АЛУ), центральное процессорное устройство, блок вторичного хранения данных, д) разделение времени, е) машинные языки, языки ассемблера и языки высокого уровня, ж) компиляторами, з) UNIX, и) ANSI, к) Pascal, л) многозадачностью.

а) редактора, б) препроцессора, в) включение в компилируемый файл других файлов, замена специальных символов в тексте программы, г) компоновщика, д) загрузчика, е) a.out.

Упражнения

Ответьте, к какой группе — аппаратной части или программному обеспечению ——относятся следующие объекты:

ЦПУ

Компилятор С

АЛУ

Препроцессор С

Блок ввода

Программа текстового редактора

Для чего вам может понадобиться писать программу на машинно-независимом языке вместо того, чтобы писать ее на машинно-зависимом? Почему машинно-зависимый язык может оказаться более подходящим для написания определенных типов программ?

Программы-трансляторы, такие как ассемблеры и компиляторы, преобразуют программы с одного языка (называемого исходным) на другой (называемый объектным языком). Определите, какие из следующих утверждений справедливы, а какие нет:

Компилятор транслирует программы, написанные на языке высокого уровня, в объектный язык.

Ассемблер транслирует программы с исходного языка на машинный язык.

Компилятор преобразует программы на исходном языке в программы на объектном языке.

Языки высокого уровня, как правило, машинно-зависимы.

Перед запуском программы на компьютере программа, написанная на машинном языке, нуждается в трансляции.

Заполните пробелы в каждом из следующих предложений:

Устройства, посредством которых пользователи получают доступ к системам с разделением времени, называются .

Компьютерная программа, которая преобразует коды ассемблерных программ в программы на машинном языке, называется

Логический блок компьютера, который получает информацию извне для использования внутри компьютера, называется. г) Процесс написания инструкций компьютеру для решения конкретных задач называется .

Язык какого типа использует англоязычные аббревиатуры для команд на машинном языке? .

Какие имеются шесть логических блоков компьютера?

Какой логический блок компьютера посылает уже обработанную информацию на различные устройства, так что информация может быть использована вне компьютера?.

Общим названием программ, которые преобразуют программы, написанные на конкретном компьютерном языке, в машинный язык, является.

Какой логический блок компьютера хранит информацию?

Какой логический блок компьютера выполняет вычисления?

Какой логический блок компьютера принимает логические решения? ,

м) Какая общепринятая аббревиатура используется для обозначения управляющего блока компьютера?.

н) Какой уровень компьютерного языка наиболее удобен программисту для быстрого и легкого написания программ? .

Общепризнанный ориентированный на бизнес современный язык программирования — это .

Единственный язык, непосредственно понятный компьютеру, называется компьютера.

Какой логический блок компьютера координирует деятельность всех остальных блоков? .

Определите, какие из следующих утверждений являются верными, а какие нет. Объясните свои ответы:

Машинные языки, как правило, машинно-зависимы.

При разделении времени несколько пользователей действительно одновременно используют компьютер.

Как и другие языки высокого уровня, С рассматривается как машинно-независимый язык.

Обсудите значение каждого из следующих имен в среде UNIX:

stdin

stdout

stderr

Какой ключевой особенностью обладает Concurrent С, которой нет в ANSI С?

Почему сегодня уделяется большое внимание объектно-ориентированному программированию вообще и языку C++ в частности?

Рекомендуемая литература

(An90) ANSI, American National Standard for Information Systems-Pro- gramming Language C (ANSI Document ANSI/ISO 9899: 1990), New York. NY: American National Standards Institute. 1990.

Это первоисточник no ANSI С. Распространение документа осуществляется Американским институтом национальных стандартов, 1430 Broadway, New York 10018.

(De90) Deitel, H. M., Operating Systems (Second Edition), Reading. MA: Addison-Wesley Publishing Company, 1990.

Книга о традиционном программировании операционных систем. В главах 4 и 5 широко обсуждается параллельное программирование.

(Ge89) Gehani, N., and W. D. Roome, The Concurrent C Programming Language. Summit, NJ: Silicon Press. 1989.

Первоисточник no Concurrent C — надмножества С, которое обеспечивает возможность организации параллельной работы нескольких задач.

(Ja89) Jaeschke. R., Portability and the C Language, Indianapolis, IN: Hayden Books, 1989.

Обсуждается написание переносимых программ на языке С. Джэшке принимал участие в работе комитетов по ANSI С и по ISO С.

(Ке88) Kernighan, В. W., and D. М. Ritchie, The С Programming Language (Second Edition). Englewood Cliffs. NJ: Prentice Hall. 1988. Книга, ставшая в своем роде классической. Интенсивно использовалась на курсах языка С и на семинарах по подготовке программистов, содержит богатый справочный материал. Ричи является автором языка С и одним из создателей операционной системы UNIX.

) Plauger, Р. J., The Standard С Library. Englewood Cliffs. NJ: Prentice Hall. 1992.

Приводятся примеры с использованием функций стандартной библиотеки С. Плогер работал начальником подкомитета при комитете, который разрабатывал стандарт ANSI С. Сейчас является главой комитета ISO, занимающегося проблемами С.

(Ra90) Rabinowitz, Н., and С. Schaap. Portable С, Englewood Cliffs. NJ: Prentice Hall. 1990.

Книга написана в качестве учебника по курсу о проблемах переносимости, читаемого в AT&T Bell Laboratories, Рабинович работает в лаборатории разработки искусственного интеллекта в корпорации NYEEX, а Шаап — глава корпорации Delft Consulting.

(Ri78) Ritchie. D. M.; S. C. Johnson; M. E. Lesk; and B. W. Kernighan, «UNIX Time-Sharing System: The C Programming Language," The Bell System Technical Journal, Vol. 57, No. 6. Part 2. July-August 1978. pp. 1991-2019.

Одна из классических статей, описывающих язык С. Впервые опубликована в специальном выпуске Bell System Technical Journal, посвященном операционной системе UNIX: «UNIX Time-Sharing System».

(Ri84) Ritchie. D. M., «The UNIX System: The Evolution of the UNIX Time-Sharing System,» AT&T Bell Laboratories Technical Journal, Vol. 63, No. 8, Part 2, October 1984. pp. 15 77-1593.

Классическая статья по операционной системе UNIX. Впервые опубликована в специальном издании Bell System Technical Journal, полностью посвященном операционной системе UNIX: «The UNIX System.»

(Ro84) Rosler, L., «The UNIX System: The Evolution of C — Past and Future.» AT&T Bell Laboratories Technical Journal, Vol: 63, No. 8, Part 2, October 1984. pp. 1685-1699.

Отлично дополняет (Ri78) и будет полезна читателям, интересующимся историей языка С и проблемами его стандартизации. Впервые опубликована в специальном издании Bell System Technical Journal, полностью посвященном операционной системе UNIX: «The UNIX System.»

(St84) Stroustrup, B., «The UNIX System: Data Abstraction in C,» AT&T Bell Laboratories Technical Journal, Vol. 63. No. 8. Part 2, October 1984. pp. 1701-1732.

Классическая статья по C++. Впервые опубликована в специальном издании Bell System Technical Journal, полностью посвященном операционной системе UNIX: «The UNIX System.»

(St91) Stroustrup, B. The C++ Programming Language (Second Edition), Reading, MA: Addison-Wesley Series in Computer Science, 1991.

Первоисточник no C++, надмножества С, включающего в себя специальные возможности для объектно-ориентированного программирования. Страуструп разработал C++ в лаборатории AT&T Bell Laboratories.

(То89) Tondo, С. L., and S. Е. Gimpel, The C Answer Book, Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall.1989.

Книга содержит ответы к упражнениям, приведенным в книге Кернигана и Ричи (Ке88). Авторы демонстрируют образцовый стиль программирования, а также обсуждают проблемы выбора схемы написания программы.

г л a

в а

Введение в программированиена С

Цели

Научиться писать простейшие программы на С.

Научиться писать простые операторы ввода и вывода.

Познакомиться с базовыми типами данных.

Понять принципы организации компьютерной памяти.

Научиться использованию арифметических операций.

Изучить приоритеты арифметических операций.

Научиться писать простейшие операторы принятия решений.

Содержание

Введение

Простая программа на С: печать строки текста

Еще одна простая программа на С: сложение двух целых чисел

Общие понятия о памяти компьютера

Арифметика в С

Принятие решений: операции равенства и отношения

Резюме • Распространенные ошибки программирования • Хороший стиль программирования • Советы по переносимости программ • Упражнения для самоконтроля • Ответы на упражнения для самоконтроля • Упражнения

Введение

Язык С способствует структурному и дисциплинированному подходу к написанию компьютерных программ. В этой главе даны вводные замечания, касающиеся программирования на С, и представлено несколько примеров, иллюстрирующих многие важные особенности языка. Каждый пример посвящен тщательному анализу какого-либо отдельного оператора. Главы 3 и 4 представляют собой введение в структурное программирование на С. Далее структурный подход будет использоваться до конца книги.

Простая программа на С: печать строки текста

Язык С использует нотацию, которая может показаться странной людям, никогда не программировавшим компьютеры. Мы начнем с рассмотрения довольно простой программы на С. Этот пример — печать строки текста. Программа и ее результат, выведенный на экран, представлены на рис. 2.1.

/* Первая программа на С */

：main()

printf("Welcome to С!\n");

Рис. 2.1. Текст программы печати

Несмотря на простоту программы, с ее помощью можно проиллюстрировать некоторые важные особенности языка С. Рассмотрим подробно каждую строчку программы. Строка

/* Первая программа на С */

начинается символами /* и заканчивается символами */, означающими, что эта строка является комментарием. Программисты вставляют в код комментарии для документирования программ и для того, чтобы сделать их более удобочитаемыми. Комментарии не оказывают никакого влияния на работу компьютера во время исполнения программы. Компилятор С просто игнорирует комментарии, не создавая для них никакого машинного объектного кода. Комментарий Первая программа на С просто объясняет назначение программы. Комментарии также помогают другим людям прочитать и понять вашу программу, однако слишком многословные комментарии могут, наоборот, затруднить ее прочтение.

Распространенная ошибка программирования 2.1

Часто забывают закончить комментарий символами */.

Распространенная ошибка программирования 2.2

Часто начинают комментарий символами */, а заканчивают символами /*.

Строка

main ()

должна обязательно присутствовать в каждой программе. Скобки после main означают, что main является «строительным блоком» программы, называемым функцией. Программа С может содержать одну или большее количество функций, однако одна из функций обязательно должна быть main.

Хороший стиль программирования 2」

Каждая функция должна быть предварена комментарием, объясняющим ее назначение.

Левая фигурная скобка ({) должна предварять тело каждой функции. Соответственно правая фигурная скобка должна стоять в конце каждой функции. Эта пара скобок и часть программы между ними называется блоком. Блок — важная программная единица в С.

Строка

printf("Welcome to С!\n");

дает компьютеру команду выполнить действие, а именно вывести на экран строку символов, находящуюся внутри кавычек. Такую строку называют символьной строкой, сообщением или литералом. Вся строка, включая printf, аргументы внутри круглых скобок и точку с запятой (;), называется оператором. Каждый оператор должен заканчиваться точкой с запятой (иногда называемой символом конца оператора). Результатом выполнения оператора printf является вывод сообщения Welcome to С! на экран. Символы обычно печатаются именно так, как они записаны внутри двойных кавычек в операторе printf. Заметьте, что символы \п не появились на экране. Обратная косая черта (\) называется esc-символом. Он указывает, что printf предстоит

выполнить нечто нестандартное. Когда встречается обратная косая черта, printf считывает следующий за ним символ и, объединяя его с обратной косой четой, создает esc-код. Esc-код \п означает новую строку, результатом является перевод курсора на начало следующей строки на экране. Некоторые другие esc-коды представлены на рис. 2.2. Функция printf — одна из многих функций, входящих в стандартную библиотеку С (список функций стандартной библиотеки дан в Приложении Б).

Esc-код

Описание

\П

Новая строка. Перемещает курсор в начало новой строки.

\t

Горизонтальная табуляция. Перемещает курсор в следующую позицию табуляции.

\「

Возврат каретки. Перемещение курсора в начало текущей строки без перемещения на следующую строку.

\а

Звуковой системный сигнал оповещения.

Обратная косая черта. Вывод на экран символа \ при помощи оператора printf

К"

Двойные кавычки. Вывод на экран символа двойных кавычек посредством оператора printf

Рис. 2.2. Некоторые распространенные esc-коды

Два последних esc-кода на рис. 2.2. могут показаться странными. Дело в том, что обратная косая черта воспринимается printf не так, как все остальные символы; printf распознает его как esc-символ, а не как символ, который необходимо отобразить, поэтому используется двойная черта (\\), чтобы указать на необходимость отобразить на экране одну обратную косую черту. Печать двойных кавычек также представляет определенную проблему для printf, поскольку обычно подразумевается, что двойные кавычки обозначают границы строки, и по этой причине сами по себе двойные кавычки не должны выводиться на печать. Используя esc-код \, мы сообщаем оператору printf, что необходимо вывести на печать двойную кавычку.

Правая фигурная скобка (}) означает, что выполнение функции main окончено.

Распространенная ошибка программирования 2.3

Вместо имени функции вывода printf в тексте программы набирают print.

Мы говорили, что printf вынуждает компьютер выполнить определенные действия. Выполнение любой программы представляет собой набор разнообразных действий, а также принятие решений. Конец этой главы посвящен обсуждению принятия решений. В третьей главе будут даны дальнейшие пояснения модели программирования действие/решение.

Необходимо отметить, что стандартные библиотечные функции, такие как printf и scanf, не являются частью языка программирования С. Поэтому компилятор не в состоянии обнаружить ошибки в printf или, например, scanf. Когда во время работы компилятору встречается оператор printf, он просто резервирует место в объектной программе для вызова библиотечной функции. Но

компилятор не знает, где находится библиотечная функция. Зато компоновщик знает. Поэтому, когда запускается компоновщик, он находит местоположение библиотечной функции и вставляет соответствующий вызов этой библиотечной функции в объектную программу. Теперь объектная программа имеет «законченный вид» и готова к выполнению. Часто скомпонованную программу так и называют: исполняемой. Если имя функции содержит ошибку, именно компоновщик ее обнаружит, так как не сумеет сопоставить имя в программе на языке С имени какой-либо из существующих в библиотеке функций.

Хороший стиль программирования 2.2

Для функции, производя щей какую-либо печать, последний выводимый сиьивол должен быть символом новой строки (\п). Это гарантирует, что функция оставит экранный курсор расположенным в начале новой строки. Соглашения такого рода облегчают возможность повторного использования программного кода - основной задачи в процессе усовершенствования программного обеспечения.

Хороший стиль программирования 2.3

Сдвигайте тело каждой функции на один абзацный отступ (три пробела) внутрь относительно скобок, ограничивающих тело функции. Это придает выразительность функциональной структуре программ и облегчает восприятие при чтении.

Хороший стиль программирования 2.4

Установив соглашение на величину отступа, вы предпочтете и в дальнейшем придерживаться такого стиля написания программ. Для создания отступов можно воспользоваться клавишей табуляции, но позиции табуляции могут изменяться, и мм рекомендуем или использовать позиции табуляции в полсантиметра, или вручную вводить три пробела на каждый уровень отступа.

Функция printf может напечатать Welcome to С! несколькими различными способами. Например, результат выполнения программы на рис. 2.3. такой же, что и программы на рис. 2.1. Дело в том, что каждая последующая функция printf возобновляет печать с того самого места, на котором остановилась предыдущая функция printf. Первая функция printf печатает Welcome и следующий за ним пробел, вторая функция printf начинает печатать в позиции, следующей сразу за пробелом.

Один оператор printf может напечатать несколько строк, если использовать символы перехода на новую строку, как показано на рис. 2.4. Каждый раз, когда встречается esc-код \п (новая строка), функция printf переводит курсор на начало следующей строки.

/* Печать в одну строку двумя вызовами printf */

main()

printf("Welcome "); printf ("to C!\n");

.Welcome to C!

Рис. 2.3. Печать в одну строку несколькими операторами printf

/* Печать нескольких строк одним вызовом printf

main () {

printf("Welcome\nto\nC!\n");

}

Welcome to C!

Рис. 2.4. Печать нескольких строк одним оператором printf

2・3・ Еще одна простая программа на С: сложениедвух целых чисел

/* Программа сложения */ #include <stdio.h> main() { int integer1, integer2, sum;printf("Enter first integer\n"); scanf (" %d" z Scintegerl);printf("Enter second integer\n") scanf("%d", &integer2); sum = integerl + integer2; printf("Sum is %d\n", sum);/* Программа сложения */ #include <stdio.h> main() { int integer1, integer2, sum;printf("Enter first integer\n"); scanf (" %d" z Scintegerl);printf("Enter second integer\n") scanf("%d", &integer2); sum = integerl + integer2; printf("Sum is %d\n", sum);объявлениеобъявлениеподсказка прочитать подсказка прочитать присвоитьподсказка прочитать подсказка прочитать присвоитьцелое ** /целое ** /целое суммуцелое суммунапечатать суммунапечатать суммуСледующая программа, которую мы сейчас рассмотрим, использует стандартную библиотечную функцию scanf, чтобы считать два целых числа, введенные пользователем с клавиатуры, вычислить сумму их значений и напечатать результат, используя функцию printf. Текст программы и образец вывода представлены на рис. 2.5.

/* Программа сложения */ #include <stdio.h> main() { int integer1, integer2, sum;

printf("Enter first integer\n"); scanf (" %d" z Scintegerl);

printf("Enter second integer\n") scanf("%d", &integer2); sum = integerl + integer2; printf("Sum is %d\n", sum);

/* Программа сложения */ #include <stdio.h> main() { int integer1, integer2, sum;

printf("Enter first integer\n"); scanf (" %d" z Scintegerl);

printf("Enter second integer\n") scanf("%d", &integer2); sum = integerl + integer2; printf("Sum is %d\n", sum);

объявление

объявление

подсказка прочитать подсказка прочитать присвоить

подсказка прочитать подсказка прочитать присвоить

целое *

* /

целое *

* /

целое сумму

целое сумму

напечатать сумму

напечатать сумму

return 0; /* показывает успешное завершение программы */ }

Enter first integer 45

Enter second integer 72

Sum is 117

Рис. 2.5. Программа суммирования

Комментарий /* Программа сложения */ объясняет назначение программы. Строка

#include <stdio.h>

является директивой для препроцессора С. Строка, начинающаяся символом #, выполняется препроцессором до того, как программа начнет компилировать-

ся. Эта специфическая строка сообщает препроцессору, что необходимо включить в программу содержание стандартного заголовочного файла ввода/вывода (stdio.h). Этот заголовочный файл содержит информацию и объявления, используемые компилятором во время компиляции вызовов стандартных функций ввода/вывода, таких, как printf. Кроме того, заголовочный файл содержит информацию, которая помогает компилятору определить, корректно ли написаны обращения к библиотечным функциям. Более детально содержимое заголовочных файлов будет рассмотрено в главе 5.

Хороший стиль программирования 2.5

Хотя включение в текст программы <stdio.h> не является обязательным, это необходимо делать для каждой программы С, использующей любые стандартные функции ввода/вывода. При этом компилятор поможет вам обнаружить ошибки еще на стадии компиляции, а не на стадии исполнения (когда исправить ошибки значительно труднее).

Как было отмечено выше, каждая программа начинает исполняться с функции main. Левая фигурная скобка отмечает начало тела main, а правая соответственно конец. Строка

int integerl, integer2, sum;

является объявлением. Группы символов integerl, integer2 и sum ——имена переменных. Переменная — это ячейка памяти, в которую можно записывать значение, предназначенное для использования программой. Приведенное выше объявление сообщает, что переменные integerl, integer2 и sum принадлежат к типу int и, следовательно, в этих переменных будут храниться целые величины, то есть такие числа, как 7, -11, 0, 31914 и им подобные. Прежде чем они смогут быть использованы в программе, сразу же после левой фигурной скобки, с которой начинается тело main, для всех переменных должны быть объявлены имя и тип данных. Кроме int в языке С существуют и другие типы данных. Допускается объявление нескольких переменных одного и того же типа в одном операторе. Конечно, мы могли написать три отдельных объявления для каждой переменной, но представленный выше вариант более выразителен.

Хороший стиль программирования 2.6

Вставляйте пробел после каждой запятой (,), это облегчит восприятие текста программы.

Именем переменной в С может служить любой допустимый идентификатор. Идентификатор — это последовательность символов, включающая в себя буквы, цифры и символ подчеркивания ( _ )• При этом она не должна начинаться с цифры. На длину идентификатора не существует никаких ограничений, однако согласно требованиям, установленным для языка С стандартом ANSI, лишь 31 символ распознается компилятором. Язык С различает регистр, то есть буквы верхнего и нижнего регистра воспринимаются в С по-разному, поэтому al и А1 являются различными идентификаторами.

Распространенная ошибка программирования 2.4

Использование заглавных букв там, где необходимо использовать строчные (например, вводят Main вместо main).

Совет по переносимости программ 2.1

Рекомендуется использовать идентификаторы длиной не больше 31 символа. Это гарантирует переносимость и даст возможность избежать некоторых трудно обнаружи- мых ошибок в процессе программирования.

Хороший стиль программирования 2.7

Осмысленный выбор имен переменных поможет сделать программу самодокументи- рованной, то есть уменьшить количество необходимых комментариев.

Хороший стиль программирования 2.8

Первая буква идентификатора, представляющего простую переменную, должна быть набрана в нижнем регистре. Кроме того, в книге будет придаваться особый смысл идентификаторам, которые начинаются с заглавной буквы, и идентификаторам, в которых используются исключительно заглавные буквы.

Хороший стиль программирования 2.9

Имена переменных, состоящие из нескольких слов, помогут сделать программу более легкой для восприятия. Однако следует избегать слитного написания отдельных слов, как например totalcommissions. Лучше разделять слова при помощи символа подчеркивания total_commissions( или, если вы все же хотите писать слова слитно, начинайте каждое слово после первого с заглавной буквы, например, totalCommissions.

Объявления должны располагаться после левой фигурной скобки функции и перед первым исполняемым оператором. Например, в программе на рис. 2.5 объявление, помещенное после первого printf, должно вызвать появление сообщения о синтаксической ошибке. Сообщение о синтаксической ошибке появляется, когда компилятор не может распознать оператор. Компилятор в этом случае выдает сообщение, чтобы помочь программисту, найти и исправить неправильный оператор. Синтаксические ошибки ——это нарушения правил языка. Часто синтаксические ошибки называют ошибками компиляции или ошибками времени компиляции.

Распространенная ошибка программирования 2.5

Объявление переменных между двумя исполняемыми операторами.

Хороший стиль программирования 2.10

Разделяйте объявления и исполняемые операторы одной пустой строкой, отмечая, таким образом, где кончаются объявления, а где начинаются исполняемые операторы.

Оператор

printf("Enter first integer\n");

печатает на экране символы Enter first integer и переводит курсор на начало следующей строки. Такое сообщение называется приглашением или подсказкой, так как предлагает пользователю произвести определенные действия.

Оператор

scanf("%d", &integerl);.

вызывает scanf, чтобы получить от пользователя некое значение. Функция scanf считывает данные со стандартного устройства ввода, которым обычно является клавиатура. В нашем случае функция scanf имеет два аргумента, % d н &integerl. Первый аргумент ——управляющая строка, задает формат считыва н口兄,тем самым определяется тип данных, которые предстоит ввести пользователю. Так, в частности, % d —— спецификация преобразования, означающая, что вводимые данные должны быть целым числом (буква d используется для «десятичных целых»). Знак % в данном контексте трактуется scanf (в дальнейшем мы увидим, что это в полной мере относится и к printf), как esc-код (подобно \), а комбинация % d является esc-кодом (подобно \п). Второй аргумент scanf начинается со знака амперсанда (&), которым в С задается операция взятия адреса следующей за ним переменной. Амперсанд, когда он используется совместно с именем переменной, сообщает scanf ячейку памяти, в которой хранится переменная integerl. В последующем компьютер будет хранить величину для intc- gcrl в этой ячейке. Использование амперсанда очень часто смущает начинающих программистов, или людей, программировавших до этого на других языках. На данный момент просто запомните, что в операторе scanf необходимо имя каждой переменной предварять знаком амперсанда. Некоторые исключения из этого правила будут обсуждаться в главах 6 и 7. Настоящий смысл амперсанда станет ясным после того, как в главе 7 мы изучим указатели.

Когда компьютер выполняет вышеприведенный оператор scanf, он ждет, пока пользователь не введет значение для переменной integerl. Пользователь вводит целое число, после чего нажимает клавишу Return (иногда она называется Enter), посылая, таким образом, число в компьютер. После этого компьютер присваивает данное число, или значение, переменной integerl. Любая последующая ссылка в программе на integerl будет представлять именно это значение. Функции printf и scanf облегчают взаимодействие между пользователем и компьютером. Ввиду того, что подобное взаимодействие походит на диалог, часто такой режим работы называют диалоговым или интерактивным.

Оператор

printf("Enter second integer\n");

печатает на экране сообщение Enter second integer, после чего переводит курсор на начало следующей строки. Он также предлагает пользователю произвести определенные действия.

Оператор

scanf("%d", &integer2);.

получает от пользователя значение для переменной integer2. В результате выполнения оператора присваивания

sum = integerl + integer2;

вычисляется сумма переменных integerl и integer2, и ее значение присваивается переменной sum посредством операции присваивания =. Оператор читается как «sum получает значение integerl + integer2». Большинство вычислений выполняются при помощи операции присваивания. Операция = и операция + называются двухместными операциями потому, что каждая имеет по два операнда, В случае операции + двумя операндами являются integerl и integer2. А в случае операции = двумя операндами являются sum и значение выражения integerl + integer2.

Хороший стиль программирования 2.11

Оставлять пробелы с каждой стороны двухместной операции. Это выделит операции и придаст программе более ясный вид.

Распространенная ошибка программирования 2.6

Вычисления в операторе присваивания должны находиться с правой стороны операции =.Вычисления, помещенные с левой стороны операции присваивания, считаются синтаксической ошибкой.

Оператор

printf("Sum is %d\n", sum);

вызывает функцию printf, чтобы напечатать на экране текст Sum is, после которого следует численное значение переменной sum. В данном случае printf имеет два аргумента, "Sum is % d\n" и sum. Первый аргумент ——управляющая строка, определяет формат вывода. Он содержит несколько символов, которые будут отображены, и спецификатор преобразования % d, определяющий, что будет напечатано целое число. Второй аргумент задает значение, которое будет напечатано. Отметим, что спецификатор преобразования для целого одинаков как для printf, так и для scanf. Это справедливо для большинства типов данных в С.

Вычисления могут выполняться и непосредственно внутри оператора printf. Мы могли бы скомбинировать два предыдущих оператора в один:

printf("Sum is %d\n", integerl + integer2);

Оператор return 0;

передает значение О среде операционной системы, в которой исполнялась программа. Для операционной системы это означает, что программа завершена успешно. Чтобы узнать, как сообщить о каких-либо сбоях в программе, изучите руководство по используемой вами операционной системе.

Правая фигурная скобка означает, что функция main окончена.

Распространенная ошибка программирования 2.7

Иногда забывают одну или обе двойные кавычки, в которые следует помещать управляющую строку в printf или scanf.

Распространенная ошибка программирования 2.8

Забывают знак % в спецификации преобразования в управляющей строке printf или scanf.

Распространенная ошибка программирования 2.9

Помещают esc-код, например \п, снаружи управляющей строки printf или scanf.

Распространенная ошибка программирования 2.10

Задают в printf спецификации преобразования и забывают включить в оператор выражения, значения которых должны быть напечатаны.

Распространенная ошибка программирования 2.11

Не включают в управляющую строку printf спецификацию преобразования, когда необходимо напечатать выражение.

Распространенная ошибка программирования 2.12

Помещают внутрь управляющей строки формата запятую, которая должна разделять управляющую строку и выражения, которые должны быть напечатаны.

Распространенная ошибка программирования 2.13

Забывают поставить перед переменной в операторе scant знак амперсанда.

На многих системах эта ошибка в процессе исполнения программы называется «ошибкой сегментации» или «нарушением доступа». Подобная ошибка происходит, когда программа пытается получить доступ к той части памяти компьютера, к которой пользовательские программы доступа не имеют. Более точно причина подобной ошибки будет объяснена в главе 7.

Распространенная ошибка программирования 2.14

Перед именем переменной включенной в printf ставится амперсанд, тогда как на самом деле переменная не должна предваряться этим знаком.

В главе 7 мы будем изучать указатели, и рассмотрим случаи, в которых будет необходимо предварять имя переменной знаком амперсанда, чтобы напечатать адрес этой переменной. Однако на протяжении нескольких последующих глав операторы printf не должны содержать знаки амперсанда.

Общие понятия о памяти компьютера

Имена переменных, такие как integerl, integer2 и sum, в действительности соответствуют ячейкам в памяти компьютера. Каждая переменная имеет имя, тип и значение.

В программе суммирования на рис. 2.5, во время исполнения оператора scanf("%dn, sintegerl);

значение, введенное пользователем, помещается в ячейку памяти, которой присвоено имя integer 1. Предположим, что пользователь вводит в качестве значения integerl число 45. Компьютер помещает 45 в ячейку integer 1, как показано на рис. 2.6.

Всякий раз, когда значение помещается в ячейку памяти, оно переписывает предыдущее значение, находившееся в этой ячейке. Так как предыдущая информация уничтожается, процесс считывания информации в ячейку памяти называется разрушающим считыванием в ячейку.

integerl 45

Рис. 2.6. Ячейка памяти, указывающая имя и значение переменной

Еще раз вернемся к программе сложения, когда выполняется оператор scanf(u%d", &integer2);

Предположим, пользователь вводит значение 72. Оно помещается в ячейку integer2, и как теперь выглядит память, показано на рис. 2.7. Заметим, что ячейки памяти совсем не обязательно окажутся соседними.

Рис. 2.7. Ячейки памяти после ввода значений для обеих переменных

После того, как программа получила значения для integerl и integer2, она складывает эти величины и помещает суммарное значение в переменную sum. Оператор, выполняющий сложение

sum = integerl + integer2;

тоже влечет за собой разрушающее считывание в ячейку. Это происходит, когда вычисленная сумма integerl и integer2 помещается в ячейку sum (стирая при этом значение, которое могло уже находиться в sum). После того как sum вычислена, память выглядит, как показано на рис. 2.8. Отметим, что значения integerl и integer2 после использования в вычислении sum никак не изменились. Эти величины использовались, но не были уничтожены во время выполнения вычислений компьютером. Таким образом, когда значение считывается из ячейки памяти, то такой процесс называется неразрушающим считывание ем из ячейки.

Рис. 2.8. Ячейки памяти после вычисления

Арифметика в С

Большинство написанных на языке С программ выполняют арифметические вычисления. Сводная таблица арифметических операций языка С представлена на рис. 2.9. Отметим использование различных специальных символов, не используемых в алгебре. Так, звездочка (*) означает умножение, а знак процента (%) означает операцию взятия по модулю, которая будет объяснена ниже. В алгебре, если мы хотим умножить а на Ь, мы можем просто написать переменные, обозначенные одной буквой, рядом, то есть ab. Однако если мы напишем нечто подобное в С, то конструкция ab будет воспринята языком, как одна переменная

(или идентификатор) из двух букв. Таким образом, С (как, впрочем, и многие другие языки программирования) требует, чтобы умножение было явно обозначено с использованием знака звездочки следующим образом: а * Ь.

Действие в С

Арифметическая операция

Алгебраическое выражение

Выражение на С

Сложение

十

f十7

f十7

Вычитание

-

p - 7

р — с

Умножение

bm

b * m

Деление

/

X

x/y вин — или У

х / у

Взятие по модулю

%

г mod s

г % S

Рис. 2.9. Арифметические операции

Все арифметические операции являются двухместными. Например, выражение 3 + 7 содержит двухместную операцию + и операнды 3 и 7.

Результатом деления двух целых чисел также будет целое число. Например, значение выражения 7/4 будет 1, а 17 / 5 равно 3. В С существует операция взятия по модулю, %, которая дает значение остатка после деления нацело. Операция взятия по модулю может использоваться только с целыми операндами. Выражение х % у означает остаток от деления х на у. Таким образом, результатом 7 % 4 является 3, а 17 % 5 соответственно 2. В дальнейшем будет рассмотрено много интересных вариантов применения операции взятия по модулю.

Распространенная ошибка программирования 2.15

Деление на ноль обычно не определено в компьютерных системах и, как правило, приводит к фатальной ошибке, то есть такой ошибке, в результате которой выполнение программы немедленно прерывается. В случае не фатальной ошибки программа выполнится до конца, однако результат выполнения программы, как правило, неверен.

Арифметические выражения в С должны записываться в строчку, в таком виде легче ввести программу в компьютер. Таким образом, выражения типа «а деленное на Ь» следует записывать как а/b, чтобы все операции и операнды располагались на одной строке. Алгебраическая нотация

неприемлема, как правило, для компиляторов, хотя существуют созданные для специальных целей пакеты программного обеспечения, поддерживающие более привычную нотацию сложных математических выражений.

Круглые скобки используются в выражениях на языке С точно так же, как и в алгебраических выражениях. Например, чтобы умножить а на b+с мы пишем:

а * (Ь + с) '

С оценивает арифметические выражения (т.е. вычисляет их численное значение) в последовательности, определяемой правилами старшинства операций, которые в общем такие же, как и в алгебре:

Выражения или части выражений, находящиеся внутри скобок, оцениваются в первую очередь. Другими словами, могут использоваться скобки, чтобы поменять порядок вычислений на тот, что требуется программисту. Говорят, что скобки обладают «наивысшим приоритетом». В случае вложенных скобок выражение, находящееся во внутренней паре скобок, оценивается первым.

Следующими выполняются операции умножения, деления и взятия по модулю* Если в каком-нибудь выражении содержится несколько операций умножения, деления или взятия по модулю, оценка производится слева направо. Говорят, что умножение, деление и взятие по модулю —— операции одинакового приоритета.

Последними выполняются операции сложения и вычитания. Если выражение содержит несколько операций сложения и вычитания, оценка производится слева направо. Сложение и вычитание также операции одного приоритета.

Правила, определяющие приоритет операций, являются тем руководящим принципом, который позволяет С правильно оценивать выражения. Когда оценка происходит слева направо, говорят об ассоциативности слева направо. Мы увидим, что некоторые операции ассоциативны справа налево. На рис. 2.10 представлена сводная таблица старшинства операций в порядке убывания приоритета.

Теперь рассмотрим несколько выражений в плане применения правил старшинства операций. Для каждого примера дается алгебраическая запись и равнозначная запись на С.

[Операция

Действие

Порядок оценки (приоритет)

0

Скобки

Выражения в скобках оцениваются в первую очередь. В случае вложенных скобок в первую очередь вычисляется значение во внутренних скобках. А в случае нескольких пар скобок《одно「。 уровня» (то есть не вложенных) они вычисляются слева направо.

*, / или %

Умножение, деление, взятие по модулю

Оцениваются вслед за скобками. Если операций несколько, то вычисления ведутся слева направо.

+ или -

Сложение или вычитание

Оцениваются в последнюю очередь. Если операций несколько, то вычисления ведутся слева направо.

Рис. 2.10. Старшинство арифметических операций

Следующий пример вычисляет среднее арифметическое для пяти элементов:

Алгебра: т =

5

С：m= (a+b+c+d+e) /5;

Скобки необходимы по той причине, что операция деления обладает более высоким приоритетом, чем сложение. Необходимо поделить сумму (а + b 4- с 4- d 4е) на 5. Если скобки по ошибке пропущены, мы получим а + Ъ + c + d + e/ 5, что приведет к вычислению совсем другого выражения

а+_Ь+с 十 d 十一

5

Еще один пример ——уравнение прямой линии:

Алгебра: у 二 тх + b

С：у = m * х + Ь;

В данном случае скобки не требуются. Умножение выполняется первым, так как операция умножения имеет более высокий приоритет, чем операция сложения.

Следующий пример содержит операции взятия по модулю (%), умножения, деления, сложения и вычитания:

Алгебра: z = pr mod q + w х - у

С：z=p*r%q + w/x-y;

о ® © ® ©

Обведенные кружками числа, расположенные под оператором, показывают порядок, в котором С производит вычисления. Умножение, взятие по модулю и деление оцениваются в первую очередь в порядке слева направо (они ассоциативны слева направо), так как имеют более высокий приоритет, чем сложение и вычитание. Следующими выполняются операции сложения и вычитания, они также оцениваются слева направо.

Не все выражения, в которых есть несколько пар скобок, содержат вложенные скобки. Выражение

а * (Ь + с) + с * (d + е)

не содержит вложенных скобок. Говорят, что в данном случае скобки находятся на «одном уровне». В этом случае С вычисляет заключенные в скобки выражения в первую очередь, порядок вычисления ——слева направо.

Чтобы лучше понять правила старшинства операций, рассмотрим, как С вычисляет полином второй степени,

z=a*x*x + b*x + c;

О ® © ® ©

Обведенные кружками числа, расположенные под оператором, показывают порядок, в котором С производит оценку. В языке С нет арифметической операции возведения в степень. Поэтому мы представили х2 как х * х. Стандартная библиотека С включает в себя функцию pow возведения в степень. По причине того, что существуют некоторые тонкости применения pow, связанные с типом требуемых функцией данных, мы отложим детальное объяснение ее до главы 4.

Предположим, что а = 2,Ь = 3, с = 7 и х = 5. Рис. 2.11 иллюстрирует, как будет вычисляться значение представленного выше полинома второй степени.

Принятие решений: операции равенстваи отношения

Исполняемые операторы С или выполняют действия (такие, например, как вычисления или ввод-вывод данных), или принимают решения (скоро мы увидим несколько примеров этого). Мы можем принять решение в программе,

Шаг 1. у = 2*5*5 + 3*5 + 7;

(Первая операция - самое левое умножение)

10 * 5 равно ^ю)10 * 5 равно ^ю)(Самое левое умножение)(Самое левое умножение)Шаг 3. у = 50+ 3*5 + 7Шаг 3. у = 50+ 3*5 + 73*5 равно(15)3*5 равно(15)(Умножение перед сложением)(Умножение перед сложением)Шаг 4. у == 50 + 15 + 7Шаг 4. у == 50 + 15 + 750 + 15 равно(б5)50 + 15 равно(б5)(Самое левое сложение)(Самое левое сложение)Шаг 2. у = 10 *5 + 3*5 +7;

10 * 5 равно ^ю)

10 * 5 равно ^ю)

(Самое левое умножение)

(Самое левое умножение)

Шаг 3. у = 50+ 3*5 + 7

Шаг 3. у = 50+ 3*5 + 7

3*5 равно(15)

3*5 равно(15)

(Умножение перед сложением)

(Умножение перед сложением)

Шаг 4. у == 50 + 15 + 7

Шаг 4. у == 50 + 15 + 7

50 + 15 равно(б5)

50 + 15 равно(б5)

(Самое левое сложение)

(Самое левое сложение)

Шаг 5. у = 65 + 7

65 + 7 равно(72)65 + 7 равно(72)(Последняя операция)(Последняя операция)

65 + 7 равно(72)

65 + 7 равно(72)

(Последняя операция)

(Последняя операция)

Рис. 2.11. Вычисление полинома второй степени

например: определить отметку некоторого человека на экзамене, и если она окажется выше или равна 60, напечатать сообщение «Поздравляем! Вы прошли ». В этом разделе приведен упрощенный вариант управляющей структуры if языка С, который позволяет программе принимать решения исходя из того, истинно или ложно некое утверждение, называемое условием. Если условие выполняется (т.е. оно истинно), тело структуры if исполняется. Если же условие не выполняется (т.е. оно ложно), то тело оператора не исполняется. Вне зависимости от того, исполнилось тело оператора или нет, после завершения выполнения оператора if выполняется следующий за ним оператор.

Условия в операторе if задаются с использованием операций равенства и отношения, сводная таблица которых представлена на рис. 2.12. Операции отношения имеют одинаковый приоритет и ассоциативны слева направо. Операции равенства имеют более низкий приоритет и также ассоциативны слева направо. (Замечание: в С условием может какое-либо выражение, значение которого либо равно нулю (false), либо нет (true). На всем протяжении книги нам будут встречаться многочисленные примеры подобного способа задавать условие в операторе if.)

Распространенная ошибка программирования 2.16

Разделение символов в любой из операций ==, !=, >== или <= пробелами является синтаксической ошибкой.

Стандартная алгебраическая операция равенства или отношения

Операция равенства или отношения в С

Пример условия в С

Смысл условия в С

Операции равенства

==

х =- у

х равен у

!=

х != у

х не равен у

Операции отношения

>

>

х > у

х больше у

<

<

х < у

х меньше у

>

> =

х >= у

х больше или равен у

<

<=

X <= у

х меньше или равен у

Рис. 2.12. Операции равенства и отношения

Распространенная ошибка программирования 2.17

Два символа в любой из операций !=, >= или <=, набранные в обратном порядке (соответственно =!, ==> и =<), также приведут к синтаксической ошибке.

Распространенная ошибка программирования 2.18

Часто путают операцию == с операцией присваивания =.

Чтобы избежать этой ошибки, следует читать знак операции равенства как «двойное равенство», а знак операции присваивания как «присвоить значение». Как мы увидим в дальнейшем, путаница в применении этих операций не всегда приводит к появлению легко распознаваемой синтаксической ошибки, а, напротив, может быть причиной чрезвычайно трудно обнаружимых логических ошибок.

Распространенная ошибка программирования 2.19

Иногда ставят точку с запятой непосредственно за правой скобкой, завершающей выражение условия структуры if.

Пример на рис. 2.13 использует шесть операторов if, чтобы сравнить два введенных пользователем числа. Если условие в любом из операторов if истинно, то выполняется оператор printf, связанный с данным if. Программа и три варианта вывода в результате ее выполнения показаны на рисунке.

Заметим, что программа на рис. 2.13 использует scanf, чтобы ввести два числа. Каждой спецификации преобразования соответствует аргумент, в котором будет сохраняться введенное значение. Первая спецификация %d преобразует значение, которое должно сохраняться в переменной numl, а вторая спецификация % d преобразует значение, которое будет сохраняться в переменной num2. Смещая вправо тело каждого оператора if и помещая пустые строки сверху и снизу от него, мы облегчаем восприятие программы. Заметим также, что каждый оператор if на рис. 2.13. содержит в своем теле единствен-

ный оператор. В главе 3 будет показано, как записать оператор if, тело которого содержит несколько операторов.

/* Применение операторов if, операций отношения и операций равенства */

#include <stdio.h>

main ()

int numl, numz ;

printf("Enter two integers, and I will tell you\n");

printf("匸he relationships they satisfy:");

scanf("%d%d", &numl, &num2);/* прочитать два целых */

if (numl === num2)

printf("%d is equal to %d\n", numl, num2);

if (numl != numz)

printf("%d is not equal to %d\n", numl, num2);

if (numl < num2)

printf("%d is less than %d\n", numl, num2);

i f (numl > num2)

printf("%d is greater than %d\n", numl, num2);

i f (numl <= num2)

printf("%d is less than or equal to %d\n", numl, num2);

if (numl >= num2)

printf("%d is greater than or equal to %d\n”， numl, num2);

return 0;/* показывает успешное завершение программы */

Enter two integers, and I will tellEnter two integers, and I will tellthe relationships 3 is not equal to3 is less than 7 3 is less than orthe relationships 3 is not equal to3 is less than 7 3 is less than orthey satisfy： 7equal to 7they satisfy： 7equal to 73 73 7youyou

Enter two integers, and I will tell

Enter two integers, and I will tell

the relationships 3 is not equal to

3 is less than 7 3 is less than or

the relationships 3 is not equal to

3 is less than 7 3 is less than or

they satisfy： 7

equal to 7

they satisfy： 7

equal to 7

3 7

3 7

you

you

Enter two integers, and I will tell you the relationships they satisfy： 22 12 22 is not equal to 12 22 is greater than 12

22 is greater than or equal to 12

Enter two integers, and I will tell you the relationships they satisfy: 7 7 7 is equal to 7

7 is less than or equal to 7

7 is greater than or equal to 7

Рис. 2.13. Использование операций равенства и отношения

Хороший стиль программирования 2.12

Смещать вправо операторы в теле if.

Хороший стиль программирования 2.13

Помещать в программе пустую строку над и под каждым оператором if для облегчения восприятия программы.

Хороший стиль программирования 2.14

В каждой строке программы должно быть не более одного оператора.

Распространенная ошибка программирования 2.20

Ставят запятые (хотя они не нужнм) между спецификациями преобразования в управляющей строке формата считывания оператора scanf.

Комментарий к программе на рис. 2.13 разбит на две строки. В программах на языке С пробельные символы, такие как табуляции, новые строки, пробелы обычно игнорируются. Поэтому можно разбивать операторы и комментарии на несколько строк. Однако идентификаторы разбивать нельзя.

Таблица на рис. 2.14 показывает старшинство операций, введенных в этой главе. Операции расположены сверху вниз в порядке убывания приоритета. Заметим, что знак равенства тоже является операцией. Все эти операции за исключением операции присваивания 二 ассоциативны слева направо. Операция присваивания ассоциативна справа налево.

Хороший стиль программирования 2.15

Длинные операторы можно записывать в несколько строк. Если оператор необходимо разбить на несколько строк, старайтесь делать это осмысленно (скажем, после запятой в разделенном запятыми списке). Если оператор разбит на две или большее число строк, смещайте вправо все следующие за первой строки.

Хороший стиль программирования 2.16

При написании выражений, содержащих много операций, пользуйтесь таблицей старшинства операций. Следите за тем, чтобы операции в выражении выполнялись в правильном порядке. Если вы не уверены в порядке выполнения операций в сложном выражении, используйте скобки для принудительного задания нужного порядка, так же как делаете это в алгебраических выражениях. Не следует также забывать, что некоторые операции в С, например операция присваивания (=), ассоциативны справа налево, а не наоборот.

Некоторые из слов, которые мы использовали при написании программ на С в этом параграфе ——в частности int, return и if — являются ключевыми или зарезервированными словами языка. Полный набор ключевых слов языка С приведен на рис. 2.15. Эти слова имеют специальное значение для компилятора С, поэтому программист должен быть внимателен и не применять эти слова как идентификаторы имен переменных. В книге будут рассмотрены все ключевые слова С.

Операция

Ассоциативность

()

слева направо

*/%

слева направо

слева направо

<<->=>

слева направо

слева направо

справа налево

Рис. 2.14. Старшинство и ассоциативность рассмотренных на данный момент операций

В данной главе мы познакомились с целым рядом возможностей языка программирования С, включая вывод данных на экран, ввод данных пользователем, выполнение вычислений и принятие решений. В следующей главе, основываясь на пройденном в этой главе материале, мы введем понятие структурного программирования. Вы подробнее познакомитесь с принципами применения отступов; узнаете, как задавать порядок, в котором должны выполняться операторы ——т.е. контролировать то, что называется потоком управления.

Ключевые слова С

auto

break

case

char

const

continue

default

do

double

else

enum

extern

float

for

goto

if

int

long

register

return

short

signed

sizeof

static

struct

switch

typedef

union

unsigned

void

volatile

while

Рис. 2.15. Зарезервированные слова

Резюме

Комментарии начинаются с /* и заканчиваются */• Программисты вставляют комментарии для документирования программ и облегчения их восприятия. Комментарии не оказывают никакого влияния на работу компьютера во время исполнения программы.

Директива препроцессора #include <stdio.h> сообщает компилятору, что необходимо включить в программу стандартный заголовочный файл ввода/вывода. Этот файл содержит информацию, которая помогает компилятору определить, корректно ли написаны обращения к функциям ввода-вывода, например, scanf и printf.

Программа С состоит из функций, одна из которых обязательно должна быть main. Каждая программа начинает выполняться с функции main.

Функция printf может использоваться для вывода на печать заключенной в кавычки строки и значений выражений. При печати целого значения первый аргумент функции printf ——управляющая строка, задающая формат вывода, должна содержать спецификатор преобразования % d и, кроме того, может содержать любые другие символы, которые должны быть напечатаны; второй аргумент — выражение, значение которого необходимо напечатать. Если на печать будет выводиться более одного целого числа, управляющая строка формата должна содержать % d для каждого целого, а разделенные запятой аргументы, следующие за управляющей строкой, содержать выражения, значения которых должны быть напечатаны.

Функция scanf получает значения, которые пользователь обычно вводит с клавиатуры. Ее первый аргумент ——управляющая строка, задающая формат считывания, которая сообщает компьютеру, какой тип данных должен быть введен пользователем. Спецификация преобразования % d определяет, что эти данные должны быть целыми. Каждому из оставшихся аргументов должна соответствовать спецификация преобразования в управляющей строке формата считывания. Имя каждой переменной обычно предваряется амперсандом (&), называемым в С операцией взятия адреса. Амперсанд при объединении с именем переменной сообщает компьютеру ячейку памяти, в которой будет храниться значение. Затем компьютер записывает значение в эту ячейку.

Все переменные в программе на С должны быть объявлены, прежде чем они будут использованы в программе.

Именем переменной в С может быть любой допустимый идентификатор. Идентификатор представляет собой последовательность символов, состоящую из букв, цифр и символа подчеркивания ( _ )• Идентификаторы не могут начинаться с цифры. Идентификаторы могут быть любой длины; однако согласно стандарту ANSI значим лишь тридцать один символ.

Язык С различает регистр.

Большинство вычислений выполняются при помощи операторов присваивания.

Каждая переменная, хранящаяся в памяти компьютера, имеет имя, значение и тип.

Всякий раз, когда новое значение помещается в ячейку памяти, оно заменяет предыдущее значение, находившееся в этой ячейке. Так как эта предыдущая информация уничтожается, процесс помещения информации в ячейку памяти назван разрушающим считыванием в ячейку.

Процесс считывания значения из памяти называют неразрушающим считыванием из ячейки.

Чтобы облегчить введение программы в компьютер, арифметические выражения в С должны записываться в строчку.

С вычисляет арифметические выражения в точном соответствии с правилами, определяющими приоритет и ассоциативность операций.

Оператор if позволяет программисту вводить в программу возможность выбора, в зависимости от выполнения некоторого условия. Формат оператора if следующий:

if (условиеJ

оператор

Если условие истинно, оператор в теле if выполняется. Если условие ложно, тело оператора пропускается.

Условия в операторе if обычно задаются с использованием операций равенства и отношения. Результат этих операций всегда «истина» или «ложь». Заметим, что условием может быть также любое выражение, порождающее нулевое (false) или ненулевое (true) значение.

Терминология

ССesc-код esc-символ false intmainstdio.h true амперсанд (&) аргумент арифметические ассоциативность ассоциативность ассоциативностьesc-код esc-символ false intmainstdio.h true амперсанд (&) аргумент арифметические ассоциативность ассоциативность ассоциативностьоперации операций слева направо справа налевооперации операций слева направо справа налевоблок вложенные скобки двухместные операции действие деление на О деление нацело диалоговое вычисление запись в строчку зарезервированные слова зарезервированные слова языка С звездочка (*) знак процента % (esc-символ) знак равенства ='(операция присваивания) значениезначение переменной идентификаторимя интерактивное вычисление истинность клавиша enter клавиша return ключевые слова комментарий круглые скобки () литерал ложностьмодель действие/решение не равное нулю (true) не фатальная ошибкаблок вложенные скобки двухместные операции действие деление на О деление нацело диалоговое вычисление запись в строчку зарезервированные слова зарезервированные слова языка С звездочка (*) знак процента % (esc-символ) знак равенства ='(операция присваивания) значениезначение переменной идентификаторимя интерактивное вычисление истинность клавиша enter клавиша return ключевые слова комментарий круглые скобки () литерал ложностьмодель действие/решение не равное нулю (true) не фатальная ошибканеразрушающее чтение из ячейки нуль (false)обратная косая черта \ (esc-символ) объявлениеокончание оператора (;) операнд оператор оператор присваивания операции отношения< «меньше»<=«меньше или равно» > «больше»>= «больше или равно» операции равенства!= «не равно»==«равно» операция операция взятия адреса операция взятия по модулю (%) операция присваивания (=) операция умножения (*) отступошибка времени компиляции ошибка при трансляции памятьпеременнаяправила старшинства операций препроцессор С приглашение принятие решения приоритет операций пробельные символы различение регистраразрушающее считывание в ячейку решениесимвол новой строки (\п) символ подчеркивания ( _ ) синтаксическая ошибка сообщение спецификация преобразования спецификация преобразования %d стандартная библиотека С стандартный заголовочный файл ввода/выводанеразрушающее чтение из ячейки нуль (false)обратная косая черта \ (esc-символ) объявлениеокончание оператора (;) операнд оператор оператор присваивания операции отношения< «меньше»<=«меньше или равно» > «больше»>= «больше или равно» операции равенства!= «не равно»==«равно» операция операция взятия адреса операция взятия по модулю (%) операция присваивания (=) операция умножения (*) отступошибка времени компиляции ошибка при трансляции памятьпеременнаяправила старшинства операций препроцессор С приглашение принятие решения приоритет операций пробельные символы различение регистраразрушающее считывание в ячейку решениесимвол новой строки (\п) символ подчеркивания ( _ ) синтаксическая ошибка сообщение спецификация преобразования спецификация преобразования %d стандартная библиотека С стандартный заголовочный файл ввода/вывода

С

С

esc-код esc-символ false int

main

stdio.h true амперсанд (&) аргумент арифметические ассоциативность ассоциативность ассоциативность

esc-код esc-символ false int

main

stdio.h true амперсанд (&) аргумент арифметические ассоциативность ассоциативность ассоциативность

операции операций слева направо справа налево

операции операций слева направо справа налево

блок вложенные скобки двухместные операции действие деление на О деление нацело диалоговое вычисление запись в строчку зарезервированные слова зарезервированные слова языка С звездочка (*) знак процента % (esc-символ) знак равенства ='

(операция присваивания) значение

значение переменной идентификатор

имя интерактивное вычисление истинность клавиша enter клавиша return ключевые слова комментарий круглые скобки () литерал ложность

модель действие/решение не равное нулю (true) не фатальная ошибка

блок вложенные скобки двухместные операции действие деление на О деление нацело диалоговое вычисление запись в строчку зарезервированные слова зарезервированные слова языка С звездочка (*) знак процента % (esc-символ) знак равенства ='

(операция присваивания) значение

значение переменной идентификатор

имя интерактивное вычисление истинность клавиша enter клавиша return ключевые слова комментарий круглые скобки () литерал ложность

модель действие/решение не равное нулю (true) не фатальная ошибка

неразрушающее чтение из ячейки нуль (false)

обратная косая черта \ (esc-символ) объявление

окончание оператора (;) операнд оператор оператор присваивания операции отношения

< «меньше»

<=«меньше или равно» > «больше»

>= «больше или равно» операции равенства

!= «не равно»

==«равно» операция операция взятия адреса операция взятия по модулю (%) операция присваивания (=) операция умножения (*) отступ

ошибка времени компиляции ошибка при трансляции память

переменная

правила старшинства операций препроцессор С приглашение принятие решения приоритет операций пробельные символы различение регистра

разрушающее считывание в ячейку решение

символ новой строки (\п) символ подчеркивания ( _ ) синтаксическая ошибка сообщение спецификация преобразования спецификация преобразования %d стандартная библиотека С стандартный заголовочный файл ввода/вывода

неразрушающее чтение из ячейки нуль (false)

обратная косая черта \ (esc-символ) объявление

окончание оператора (;) операнд оператор оператор присваивания операции отношения

< «меньше»

<=«меньше или равно» > «больше»

>= «больше или равно» операции равенства

!= «не равно»

==«равно» операция операция взятия адреса операция взятия по модулю (%) операция присваивания (=) операция умножения (*) отступ

ошибка времени компиляции ошибка при трансляции память

переменная

правила старшинства операций препроцессор С приглашение принятие решения приоритет операций пробельные символы различение регистра

разрушающее считывание в ячейку решение

символ новой строки (\п) символ подчеркивания ( _ ) синтаксическая ошибка сообщение спецификация преобразования спецификация преобразования %d стандартная библиотека С стандартный заголовочный файл ввода/вывода

строкастрока символовструктурное программирование тело функциитип переменнойточка с запятой ;(окончание оператора) управление, поток управления управляющая строка управляющая строка форматастрокастрока символовструктурное программирование тело функциитип переменнойточка с запятой ;(окончание оператора) управление, поток управления управляющая строка управляющая строка форматауправляющая структура if условиефатальная ошибкафигурные скобки {}функцияфункция printfфункция scanfцелоеячейкаячейка памятиуправляющая структура if условиефатальная ошибкафигурные скобки {}функцияфункция printfфункция scanfцелоеячейкаячейка памяти

строка

строка символов

структурное программирование тело функции

тип переменной

точка с запятой ;

(окончание оператора) управление, поток управления управляющая строка управляющая строка формата

строка

строка символов

структурное программирование тело функции

тип переменной

точка с запятой ;

(окончание оператора) управление, поток управления управляющая строка управляющая строка формата

управляющая структура if условие

фатальная ошибка

фигурные скобки {}

функция

функция printf

функция scanf

целое

ячейка

ячейка памяти

управляющая структура if условие

фатальная ошибка

фигурные скобки {}

функция

функция printf

функция scanf

целое

ячейка

ячейка памяти

Распространенные ошибки программирования

Часто забывают закончить комментарий символами */.

Часто начинают комментарий символами 方/, а заканчивают символами /*.扌

Вместо имени функции вывода printf в тексте программы набирают print.

Использование заглавных букв там, где должны быть использованы строчные (например, вводят Main вместо main).

Объявление переменных между двумя исполняемыми операторами.

Вычисления в операторе присваивания должны находиться с правой стороны операции =. Вычисления, помещенные с левой стороны операции присваивания, считаются синтаксической ошибкой.

Иногда забывают одну или обе двойные кавычки, в которые следует помещать управляющую строку в printf или scanf.

Забывают знак % в спецификации преобразования в управляющей строке printf или scanf.

Помещают esc-код, например \п, снаружи управляющей строки формата printf или scanf.

Задают в printf спецификации преобразования и забывают включить в оператор выражения, значения которых должны быть напечатаны.

Не включают в управляющую строку printf спецификацию преобразования, когда необходимо напечатать выражение.

Помещают внутрь управляющей строки формата запятую, которая должна разделять управляющую строку и выражения, которые должны быть напечатаны.

Забывают поставить перед переменной в операторе scanf знак амперсанда.

Перед именем переменной включенной в printf ставится амперсанд, тогда как на самом деле переменная не должна предваряться этим знаком.

Деление на ноль обычно не определено в компьютерных системах и, как правило, приводит к фатальной ошибке, то есть такой ошибке, в

результате которой выполнение программы немедленно прерывается. В случае не фатальной ошибки программа выполнится до конца, однако результат выполнения программы, как правило, неверен.

Разделение символов в любой из операций ==, !=, >= или <= пробелами является синтаксической ошибкой.

Два символа в любой из операций !=, >= или <=, набранные в обратном порядке (соответственно =!, —> и =<), также являются синтаксической ошибкой.

Часто путают операцию == с операцией присваивания =.

Иногда ставят точку с запятой непосредственно за правой скобкой, завершающей выражение условия структуры if.

Ставят запятые (хотя они не нужны) между спецификациями преобразования в управляющей строке формата считывания оператора scanf.

Хороший стиль программирования

Каждая функция должна быть предварена комментарием, объясняющим ее назначение.

Для функции, производящей какую-либо печать, последний выводимый символ должен быть символом новой строки (\п). Это гарантирует, что функция оставит экранный курсор расположенным в начале новой строки. Соглашения такого рода облегчают возможность повторного использования программного кода ——основной задачи в процессе усовершенствования программного обеспечения.

Сдвигайте тело каждой функции на один абзацный отступ (три пробела) внутрь относительно скобок, ограничивающих тело функции. Это придает выразительность функциональной структуре программ и облегчает восприятие при чтении.

Установив соглашение на величину отступа, вы предпочтете и в дальнейшем придерживаться такого стиля написания программ. Для создания отступов можно воспользоваться клавишей табуляции, но позиции табуляции могут изменяться, и мы рекомендуем или использовать позиции табуляции в полсантиметра, или вручную вводить три пробела на каждый уровень отступа.

Хотя включение в текст программы <stdio.h> не является обязательным, это необходимо делать для каждой программы С, использующей любую из стандартных функций ввода/вывода. При этом компилятор поможет вам обнаружить ошибки еще на стадии компиляции, а не на стадии исполнения (когда исправить ошибки значительно труднее).

Вставляйте пробел после каждой запятой ( , ), это облегчит восприятие текста программы.

Осмысленный выбор имен переменных поможет сделать программу самодокументированной, то есть уменьшить количество необходимых комментариев.

Первая буква идентификатора, представляющего простую переменную, должна быть набрана в нижнем регистре. Кроме того, в книге будет придаваться особый смысл идентификаторам, которые начинаются с заглавной буквы, и идентификаторам, в которых используются исключительно заглавные буквы.

Им^на переменных, состоящие из нескольких слов, помогут сделать программу более легкой для восприятия. Однако следует избегать слитного написания отдельных слов, как например totalcommissions. Лучше разделять слова при помощи символа подчеркивания to- tal_commissions, или, если вы все же хотите писать слова слитно, начинайте каждое слово после первого с заглавной буквы, например, totalCommissions.

Разделяйте объявления и исполняемые операторы одной пустой строкой, отмечая, таким образом, где кончаются объявления, а где начинаются исполняемые операторы.

Оставлять пробелы с каждой стороны двухместной операции. Это выделит операции и придаст программе более ясный вид.

Смещать вправо операторы в теле if.

Помещать в программе пустую строку над и под каждым оператором if для облегчения восприятия программы.

В каждой строке программы должно быть не более одного оператора.

Длинные операторы можно записывать в несколько строк. Если оператор необходимо разбить на несколько строк, старайтесь делать это осмысленно (скажем, после запятой в разделенном запятыми списке). Если оператор разбит на две или большее число строк, смещайте вправо все следующие за первой строки.

При написании выражений, содержащих много операций, пользуйтесь таблицей старшинства операций. Следите за тем, чтобы операции в выражении выполнялись в правильном порядке. Если вы не уверены в порядке выполнения операций в сложном выражении, используйте скобки для принудительного задания нужного порядка, так же как делаете это в алгебраических выражениях. Не следует также забывать, что некоторые операции в С, например операция присваивания (=), ассоциативны справа налево, а не наоборот.

Советы по переносимости программ

Рекомендуется использовать идентификаторы с количеством символов, равным или меньшим 31. Это гарантирует переносимость и даст возможность избежать некоторых трудно обнаружимых ошибок в процессе программирования.

Упражнения для самоконтроля

Заполните пустые места в каждом из следующих утверждений,

Каждая С программа начинает выполняться с функции

Тело каждой функции начинается с и заканчивается

Каждый оператор заканчивается.

cl) Для вывода информации на экран используется стандартная библиотечная функция .

Esc-код \п представляет символ, вызывающий перевод курсора в начальную позицию следующей строки экрана.

Для приема данных с клавиатуры используется стандартная библиотечная функция .

Спецификация преобразования помещается в управляющей строке формата scanf для того, чтобы показать, что будет вводиться целое число, и в управляющей строке формата printf, чтобы показать, что будет выводиться целое число.

Всякий раз, когда новое значение помещается в ячейку памяти, это значение переписывает предыдущее значение, находившееся в ячейке. Этот процесс известен как считывание в ячей

ку.

Когда значение считывается из ячейки памяти и величина в этой ячейке сохраняется, то это называется считыванием из

ячейки.

Оператор используется для того, чтобы принять реше

ние.

Установите, являются ли следующие утверждения верными или неверными; если утверждение неверно, объясните, почему.

Когда вызывается функция printf, она всегда начинает печатать с начала новой строки.

Комментарии заставляют компьютер при выполнении программы выводить на экран текст, заключенный между /* и */.

Esc-код \п при использовании в управляющей строке формата функции printf перемещает курсор в начальную позицию следующей строки экрана.

Все переменные должны быть объявлены, прежде чем будут использоваться.

При объявлении переменной необходимо указать ее тип.

Язык С рассматривает переменные number и NuMbEr как тождественные.

Объявление можно поместить в любом месте тела функции.

Все аргументы функции printf, следующие за управляющей строкой формата, должны предваряться амперсандом (&).

Операция взятия по модулю (%) может использоваться только с целыми операндами.

Арифметические операции *, /, % , +, и - имеют одинаковый приоритет.

Верно ли следующее утверждение: следующие имена переменных идентичны для всех систем С, удовлетворяющих стандарту ANSI

thisisasuperduperlongnamel234567

thisisasuperdupeгlongnamel234568

Верно ли следующее утверждение: в программе на языке С, чтобы вывести на печать три строки, необходимо использовать три оператора printf.

Как с помощью одного оператора С выполнить каждое из следующих действий:

Объявить переменные типа int: с, thisVariable, q766354 и number.

Предложить пользователю ввести целое число. Закончите ваше приглашающее сообщение двоеточием (:), за которым должен следовать пробел, и оставьте курсор в позиции непосредственно за пробелом.

Считать целое число, введенное с клавиатуры, и сохранить его значение в переменной а типа int.

Если переменная number не равна 7, выдать сообщение «The variable number is not equal to 7.».

Напечатать сообщение «This is a C program.» в одну строку.

Напечатать сообщение «This is а С program.» в две строки так, чтобы первая строка заканчивалась на С.

Напечатать сообщение «This is а С program.» так, чтобы каждое слово располагалось на отдельной строке.

Напечатать сообщение《This is а С program.» так, чтобы каждое слово располагалось в новой позиции табуляции.

Напишите оператор (или комментарий), содержащий:

Утверждение, что программа будет вычислять произведение трех целых чисел.

Объявление, что переменные х, у, z и result должны принадлежать к типу int.

Приглашение пользователю ввести три целых числа.

Считать три целых числа с клавиатуры и сохранить их в переменных X, у И Z.

Вычислить произведение трех целых чисел, значения которых содержаться в переменных х, у, z и присвоить результирующее значение переменной result.

Вывести на печать сообщение «The product is» и следом за ним значение переменной result.

Используя операторы, написанные в упражнении 2.4, напи те полную программу, вычисляющую произведение трех целых чисел.

Найдите и исправьте ошибки в каждом из следующих операторов:

printf("The value is %d\n", snumber);

scanf(n%d%d",&number1,number2);

if (c < 7);

printf ("C is less than 7\n";

if (c =〉 7)

printf("C is equal to or less than 7\n");

Ответы на упражнения для самоконтроля

a) main, b) левая фигурная скобка ({), правая фигурная скобка (}), с) точка с запятой, d) printf, е) новая строка, f) scanf, g) %d, h) разрушающее, i) неразрушающее, j) if.

а) Неверно. Функция printf всегда начинает печать с того места, где находится курсор, а курсор может находиться в любой позиции строки.

Неверно. Комментарии не вызывают выполнения каких-либо действий во время выполнения программы. Они используются для документирования программ и для того, чтобы повысить их удобочитаемость.

Верно.

Верно.

Верно.

Неверно. С различает регистр, поэтому данные переменные вос- примутся компилятором как две различные

Неверно. Объявления должны размещаться после левой фигурной скобки тела функции и до любого из исполняемых операторов.

Неверно. Аргументы функции printf обычно не предваряются амперсандом. Аргументы, следующие за управляющей строкой формата функции scanf, напротив, обычно предваряются амперсандом. Исключения из данного правила будут обсуждены в главах 6 и 7.

Верно.

Неверно. Операции *, / и % имеют одинаковый приоритет, а операции + и — более низкий приоритет.

Неверно. Некоторые системы могут различать идентификаторы длиной более 31 символа.

Неверно. Один оператор printf с несколькими esc-кодами \п может напечатать несколько строк.

23 а) int с, thisVariable, q7 6354, number;

printf("Enter an integer: ");

scanf("%d", &a);

if (number != 7)

printf("The variable number is not equal to 7.\n");

printf ("This is a C program.\n");

printf("This is a C\nprogram.\nu);

printf("This\nis\na\nC\nprogram.\n");

printf("This\tis\ta\tC\tprogram.\n");

а) /* Calculate the product of three integers */

int x, у, z, result;

printf ("Enter three integers: ”)；

scanf ("%d%d%du, &x, &y, &z);

result = x * у * z；

printf("The product is %d\n“， result);

/* Calculate the product of three integers * /

#include <stdio.h>

main () {

int x, y, z, result;

printf("Enter three integers: ");

scanf (n%d%d%d"z &x, &y, &z);

result = x * у * z;

printf("The product is 品d\n", result);

return 0;

а) Ошибка: &number. Исправление: убрать значок &. Позже в книге будут рассмотрены исключения их этого правила.

Ошибка: перед number2 нет амперсанда. Исправление: вместо number2 необходимо написать &number2. Позже в книге будут рассмотрены исключения их этого правила.

Ошибка: точка с запятой после правой скобки в условии оператора if. Исправление: Убрать точку с запятой после правой скобки. Замечание: результатом такой ошибки является то, что оператор printf будет выполнен независимо от того, истинно или ложно условие в if. Точка с запятой после правой скобки трактуется компилятором как пустой оператор ——оператор, который ничего не делает.

Ошибка: операцию отношения => следует заменить на >=.

Упражнения

2.7.2.7.Найдите и исправьте ошибки в каждом из следующих операторов (Замечание: в некоторых операторах ошибок может быть несколько ошибок):

2.7.

2.7.

scanf("dn z value);

printf("The product of %d and %d is %d"\nz ■ x,y);

C) firstNumber + secondNumber = sumOfNumbers

if (number => largest) largest == number;

*/ Program to determine the largest of three integers /*

Scanf("%dM, anlnteger);

printf("Remainder of %d divided by %d is\n", x, y, x % y);

if (x = у);

printf(%d is equal to %d\n", x, y);

print("The sum is %d\n," x + y);

Printf("The value you ennerd is: %d\n, &value);

Заполните пробелы в каждом из следующих утверждений:

а)используется для документирования программ и повышения их удобочитаемости.

Для вывода информации на экран используется функция

Оператор языка С, предназначенный для принятия решений —— это.

Вычисления обычно выполняются при помощи операторов

Функция, предназначенная для ввода данных с клавиатуры — это

Напишите оператор С или строку, выполняющие следующие действия:

Печатает сообщение «Enter two numbers».

Присваивает значение произведения переменных b и с переменной а.

Констатируйте, что программа представляет собой пример вычисления заработной платы (т.е. напишите текст, который помог бы документировать программу).

Введите три целых числа с клавиатуры и поместите их значения в целые переменные а, b и с.

Установите, какие из следующих утверждений верны, а какие нет. Объясните свои ответы.

Операции в С оцениваются слева направо.

Ниже перечисленные имена переменных являются допустимыми: _under_bar_, m928134, t5, j7, her_sales, his_account_total, a, b, c, z, z2.

Оператор printf(«a = 5;»); — типичный пример оператора присваивания.

Допустимое арифметическое выражение на С, не содержащее скобок, будет вычисляться слева направо.

Все ниже перечисленные имена переменных являются недопустимыми: 3g, 87, 67h2, h22, 2h.

Впишите вместо пробелов правильный ответ.

Какие арифметические операции имеют приоритет, одинаковый с умножением? .

В случае вложенных скобок выражение какой пары скобок будет вычисляться в первую очередь в арифметическом выражении?

Ячейка памяти компьютера, котЬрая в процессе выполнения программы может содержать в разные моменты различные значения, называется .

Напечатается ли что-нибудь при исполнении каждого из нижеследующих операторов С? Если ничего не напечатается, ответьте «ничего» .Пусть х — 2 и у = 3.

printf ("%df,, х)；

printf("%dn, x + x)；

printf (“x=")；

printf ( "x=%d", x);

printf("%d = %d", x + у, у + x);

Z = X + у;

scanf("%d%d", &x, &y);

/* printf("x + у =宅x + у); */

printf ("\n");

Какие из следующих операторов С содержат переменные, участвующие в разрушающем считывании в ячейку?

scanf("%d%d%d%d%d", &b, &с, &d, &е, &f);

р = i + j + k +7;

printf("Destructive read-in");

printf (na = 5”)；

Дано уравнение у = ax3 + 7; соответствует ли ему какой-нибудь из перечисленных ниже операторов С?

а)у = а*х*х*х4-7;

у = а х(х + 7);

С) у=(а *х)* х* (х + 7);

у=(а *х)* х* х + 7;

у=а *(х * х* х) + 7;

у=а *х *(х* х + 7);

Определите порядок, в котором будут выполняться операции в каждом из следующих операторов С, и определите, какое значение будет иметь х после завершения вычислений.

а)х = 7 + 3*6/2-1;

Ь)х=2%2+2*2-2/2;

С) х = (3 * 9 * (3 + (9 * 3 / (3))));

Напишите программу, предлагающую пользователю ввести два числа, затем принимающую два числа, и выводящую на печать сумму, произведение, разность, частное и результат взятия по модулю этих чисел.

Напишите программу, выводящую на печать числа от одного до четырех в одну строку. Сделайте это следующими тремя способами:

Применив один оператор printf без спецификаций преобразования.

Применив один оператор printf с четырьмя спецификациями преобразования.

Применив четыре оператора printf.

Напишите программу, которая предлагает пользователю ввести два целых числа, получает эти числа и после этого выводит на печать большее из чисел со словами «is larger». Если же числа равны, должно печататься сообщение «These numbers are equal». Используйте изученный в этой главе вариант оператора if.

Напишите программу на С, которая принимает три различных числа с клавиатуры и находит их сумму, среднее, произведение, наименьшее и наибольшее. Используйте изученный в этой главе вариант оператора if. Диалог на экране должен выглядеть следующим образом:

Input three different integers: 13 27 34

Sum is 54

Average is 18

Product is 4914

Smallest is 13

Largest is 27

Напишите программу, считывающую радиус и выводящую на печать диаметр окружности, ее периметр и площадь. Используйте для величину 3.14159. Выполните каждое из этих вычислений внутри оператора printf и используйте спецификацию преобразования % f. (Замечание: в этой главе мы рассматривали только целые константы и переменные. В главе 3 мы рассмотрим числа с плавающей точкой, то есть числа, имеющие дробную десятичную часть.)

2.21. Напишите программу, печатающую прямоугольник, овал, стрелку и

ромб,

как

показано

на рисунке:

★★★★★★★★★

★ ★ ★★★

★

★★★ ★ ★★ ★

★

★★★★★★★★

★

★★★★

★

★★★★

★

★★★★

★

*

★★★★

★

★

★★*******

* ★ *★*

Что будет напечатано в результате выполнения данного оператора?

Printf("*\n**\n***\n****\n*****\n");

Напишите программу, которая считывает пять целых чисел, и затем определяет наибольшее и наименьшее из них. При написании пользуйтесь только теми методами программирования, которые были изучены в этой главе.

Напишите программу, считывающую целое число, а затем определяющую, четное оно или нечетное, и выводящую эту информацию на

печать. (Подсказка: воспользуйтесь операцией взятия по модулю. Четное число должно быть кратно двум. Любое кратное двум число дает в остатке ноль при делении на два.)

Напечатайте свои инициалы прописными буквами. Составьте каждую прописную букву из соответствующих ей символов, как показано на рисунке: ррррррррр Р р Р р Р р р Р

JJ J J J jjjjjjj

DDDDDDDDD DD

DD

D DDDDDD

Напишите программу, которая считывает два целых числа, после чего определяет, кратно ли первое второму, и выводит эту информацию на печать. (Подсказка: воспользуйтесь операцией взятия по модулю.)

Изобразите модель шахматной доски, используя восемь операторов printf, а затем нарисуйте ту же самую картинку, используя минимально возможное количество операторов printf.

★ ★★★★★★★

★ ★★★★★★★

★ ★★★★★★★

★ ★★★★★★★

★ ★★★★★★★

★ ★★★★★★★

★ ★★★★★★★

★ ★★★★★★★

В чем разница между понятиями фатальная ошибка и не фатальная ошибка? Почему сообщение о фатальной ошибке можно считать более предпочтительным, чем сообщение о не фатальной ошибке?

В этом упражнении мы заглянем немного вперед. В этой главе вы узнали о целых числах типа int. Однако С может также оперировать со строчными и прописными буквами, и значительным количеством специальных символов. Для внутреннего представления этих символов С использует небольшие целые числа. Набор символов, используемых компьютером, с соответствующим каждому символу целым числом называется таблицей символов компьютера. Вы можете напечатать целое число, соответствующее, например, прописной А, выполнив следующий оператор:

printf（“％d”， A）;

Напишите программу на С, которая печатает целые числа, соответствующие некоторым прописным и строчным буквам, цифрам и специальным символам. Определите по крайней мере числа, соответствующие следующим символам: АВСаЬсО12$* + /и символу пробела.

Напишите программу, которая считывает число из пяти цифр, разделяет это число на отдельные цифры и выводит эти цифры на печать, отделяя одну от другой тремя пробелами. Например, если пользователь ввел число 42339, программа должна напечатать.

42339

Используя только материал, изложенный в данной главе, напишите программу, которая вычисляет квадраты и кубы чисел от 0 до 10 и, используя табуляцию, выведите на печать следующую таблицу значений:

number

square

cube

0

0

0

1

1

1

2

4

8

3

9

27

4

16

64

5

25

125

6

36

216

7

49

343

8

64

512

9

81

729

10

100

1000

глава

Структурная разработкапрограмм

Цели

Изучить основные методики решения задач.

Научиться разработке алгоритмов методом нисходящего последовательного уточнения.

Научиться использованию структур выбора if и if/else для принятия решений.

Научиться использованию структуры повторения while для многократного исполнения операторов программы.

Изучить методики повторения, управляемого счетчиком, и повторения, управляемого контрольным значением.

Понять принципы структурного программирования.

Изучить операции инкремента, декремента и присваивания.

Содержание

Введение

Алгоритмы

Псевдокод

Управляющие структуры

Структура выбора if

Структура выбора if/else

Структура повторения while

Формулирование алгоритмов: пример 1 (повторение, управляемое счетчиком)

Формулирование алгоритмов на основе нисходящего пошагового уточнения: пример 2 (повторение, управляемое контрольным значением)

Формулирование алгоритмов на основе нисходящего пошагового уточнения: пример 3 (вложенные управляющие структуры)

Операции присваивания

Операции инкремента и декремента

Резюме • Распространенные ошибки программирования • Хороший стиль программирования • Советы по повышению эффективности • Общие методические замечания • Упражнения для самоконтроля • Ответы к упражнениям для самоконтроля • Упражнения

Введение

Перед написанием программы для решения конкретной задачи важно составить себе полное представление о проблеме и иметь тщательно спланированный подход к ее решению. В следующих двух главах обсуждаются методы, облегчающие разработку структурированных компьютерных программ. В разделе 4.11 мы представим краткую сводку структурного программирования, которая свяжет воедино методы, разработанные здесь и в главе 4.

Алгоритмы

Решение любой задачи, связанной с вычислениями, включает в себя выполнение ряда действий в определенном порядке. Процедура решения задачи в виде

действий, которые надлежит выполнить, и

порядка, в котором эти действия должны быть выполнены,

называется алгоритмом. Следующий пример показывает важность правильного определения порядка, в котором должны выполняться действия.

Рассмотрим «алгоритм активного пробуждения», которому следует некий клерк для того, чтобы встать с постели и отправиться на работу:

Встать с постели.

Снять пижаму*

Принять душ.

Одеться.

Позавтракать.

Отправиться на работу.

В результате этой последовательности действий клерк приходит на работу хорошо подготовленным для принятия критических решений. Предположим, однако, что те же самые шаги выполняются в несколько ином порядке:

Встать с постели.

Снять пижаму.

Одеться.

Принять душ.

Позавтракать.

Отправиться на работу.

В этом случае наш служащий появится на работе мокрым до нитки. Задание порядка, в котором должны выполняться операторы, называется управлением (программой). В этой и следующей главах мы исследуем возможности управления программами в языке С.

Псевдокод

Псевдокод ——это искусственный неформальный язык, который помогает программистам разрабатывать алгоритмы. Псевдокод, который мы здесь представляем, особенно полезен для разработки алгоритмов, которые преобразуются затем в структурные программы на языке С. Псевдокод напоминает повседневный язык; он удобен и достаточно прост, хотя и не является подлинным языком программирования для компьютера.

Программы на псевдокоде на самом деле не выполняются на компьютерах. Скорее они просто помогают программисту «продумывать» программу перед попыткой написать ее на языке программирования, таком, например, как С. В этой главе мы даем несколько примеров эффективного использования псевдокода при разработке структурированных программ на языке С.

Псевдокод состоит исключительно из символов, поэтому программистам удобно вводить программы на псевдокоде в компьютер, используя для этого редактор. Компьютер может отображать на экране или печатать по требованию последнюю копию программы на псевдокоде. Тщательно подготовленная программа на псевдокоде может быть легко преобразована в соответствующую программу на языке С. Во многих случаях для этого достаточно простой замены операторов псевдокода их эквивалентами в С.

Псевдокод состоит только из операторов действия — тех операторов, которые будут выполняться после преобразования программы из псевдокода в С и ее запуска. Объявления не являются исполняемыми операторами. Они представляют собой сообщения компилятору. Например, объявление

int i;

просто сообщает компилятору о типе переменной i и дает ему указание зарезервировать место в памяти для этой переменной. Но это объявление не вызывает какого-либо действия при выполнении программы, как, например, ввод, вывод или вычисление. Некоторые программисты предпочитают в начале программы на псевдокоде перечислять все переменные с кратким упоминанием об их назначении. Повторяем, псевдокод является неформальным вспомогательным средством разработки программ.

Управляющие структуры

Обычно операторы в программе выполняются один за другим в порядке их записи. Это называется последовательным выполнением. Различные операторы языка С, которые мы скоро будем обсуждать, дают программисту возможность указать, что следующий оператор, подлежащий выполнению, может отличаться от очередного в последовательности. Это называется передачей упрабления.

В 60-е годы стало ясно, что в основе большинства трудностей, испытываемых группами разработки программного обеспечения, лежало бесконтрольное использование передачи управления. Вина была возложена на оператор goto, который позволяет программисту передавать управление в программе по одному из возможных адресов в очень широком диапазоне. Понятие так называемого структурного программирования стало почти синонимичным «устранению оператора goto».

Исследование Бома и Якопини1 показало, что программирование возможно и при полном отсутствии операторов goto. Смена стиля программирования на «программирование без goto» стала эпохальным девизом для программистов. Но только в 70-е годы широкие круги профессиональных программистов начали принимать структурное программирование всерьез. Результаты оказались впечатляющими, поскольку группы разработки программного обеспечения сообщали об уменьшении времени разработки, более частой поставке систем в срок и завершении проектов в рамках бюджета. Ключом к успеху является попросту то, что программы, созданные на основе методов структурного программирования, более понятны, их проще отлаживать и модифицировать и, самое главное, более вероятно, что они написаны без ошибок.

Работа Бома и Якопини показала, что все программы могут быть написаны с использованием всего трех упрабл兄ющих структур, а именно последовательной структуры^ структуры выбора и структуры повторения. Последовательная структура, по существу, является встроенной в язык С. Если не указано иначе» компьютер автоматически выполняет операторы С один за другим в порядке их записи. Фрагмент блок-схемы на рис. 3*1 иллюстрирует последовательную структуру языка С.

Блок-схема является графическим представлением алгоритма или части алгоритма. При рисовании блок-схем используются некоторые символы специального назначения, такие как прямоугольники, ромбы, овалы и кружки; эти символы соединяются стрелками, называемыми линиями перехода.

Bohm, С., and G. Jacopini, «Flow Diagrams, Turing Machines, and Languages with Only Two Formation Rules, * Communications of the ACM, Vol. 9, No. 5, May 1966, pp・ 336-371.

total = total + grade counter = counter + 1total = total + grade counter = counter + 1Рис. 3.1. Блок-схема последовательной структуры языка СРис. 3.1. Блок-схема последовательной структуры языка С

total = total + grade counter = counter + 1

total = total + grade counter = counter + 1

Рис. 3.1. Блок-схема последовательной структуры языка С

Рис. 3.1. Блок-схема последовательной структуры языка С

Подобно псевдокоду, блок-схемы полезны для разработки и представления алгоритмов, хотя большинство программистов предпочитает псевдокод. На блок-схемах ясно видно, как действуют управляющие структуры; собственно, ради этого мы и используем их в этой книге.

Рассмотрим часть блок-схемы для последовательной структуры на рис. 3.1. Для указания на любой тип действия, включая вычисление или операцию ввода/вывода, мы используем символ прямоугольника, называемый также символом действия. Линии перехода на рисунке указывают на порядок, в котором должны выполняться действия ——сначала значение переменной grade должно быть добавлено к значению переменной total, а затем 1 должна быть добавлена к переменной counter. Язык С позволяет нам включать в последовательную структуру произвольное число действий. Как мы скоро увидим, везде, где может быть выполнено одно действие, можно поместить последовательность из нескольких действий.

При рисовании блок-схемы, представляющей полный алгоритм, первым символом, используемым в блок-схеме, является символ оваласодержащий слово «Begin» («Начало»); символ овала, содержащий слово «End» («Конец») является последним символом. При рисовании только части алгоритма, как на рис. 3.1, символы овалов опускаются и вместо них используются символы кружков, также называемые символами соединения.

Возможно, наиболее важным символом при составлении блок-схем является символ ромба, также называемый символом принятия решения, который указывает на необходимость выбора. Мы обсудим символ ромба в следующем разделе.

Язык С предоставляет программисту три типа структур выбора. В структуре выбора if (раздел 3.5) некоторое действие либо выполняется (выбирается), если условие истинно, либо пропускается, если это условие ложно. В структуре выбора if/else (раздел 3.6) некоторое действие выполняется, если условие истинно, и выполняется другое действие, если это условие ложно. В структуре выбора switch (обсуждаемой в главе 4) выполняется одно из набора различных действий в зависимости от значения некоторого выражения.

Структура if называется структурой с единичным выбором^ поскольку в ней выбирается или игнорируется одно действие. Структура if/else называется структурой с двойным выбором, поскольку в ней выбор происходит между двумя альтернативными действиями. Структура switch называется структурой со множественным выбором^ поскольку в ней выбор происходит из нескольких различных действий.

Язык С предусматривает три типа структур повторения, а именно цикл while (раздел 3.7) и циклы do/while и for (оба обсуждаются в главе 4).

Вот и все. В языке С имеется только семь управляющих структур: последовательная, три типа выбора и три типа повторения. Любая программа на языке С строится путем объединения такого количества управляющих структур каждого типа, которое соответствует алгоритму, реализуемому программой. Как и в случае последовательной структуры на рис. 3.1, мы увидим, что в каждой управляющей структуре имеются два символа в виде кружков, один в точке входа в управляющую структуру и один в точке выхода из нее. Эти управляющие структуры с одним входом и одним выходом делают написание программ довольно простым. Управляющие структуры могут присоединяться друг к другу путем соединения точки выхода одной управляющей структуры с точкой входа последующей. Это очень похоже на то, как ребенок ставит кубики один на другой, поэтому мы будем называть это суперпозицией управляющих структур. Мы узнаем, что существует еще только один способ их соединения —метод, называемый вложением управляющих структур. Таким образом, любая программа на языке С, которую нам когда-либо потребуется написать, может быть построена всего лишь из семи различных типов управляющих структур, объединенных одним из двух возможных способов.

Структура выбора if

Структура выбора используется для избрания одного из альтернативных направлений действий. Например, предположим, что проходной балл на экзамене равен 60. Оператор псевдокода

Если оценка студента больше или равна 60

Вывести на экран «Экзамен сдан»

определяет, является ли условие «оценка студента больше или равна 60» истинным или ложным. Если условие истинно, на экран выводится «Экзамен сдан» и «выполняется» следующий по порядку оператор псевдокода (не забывайте, что псевдокод не является настоящим языком программирования). Если условие ложно, вывод на экран игнорируется и выполняется следующий по порядку оператор псевдокода. Обратите внимание, что вторая строка структуры выбора записана с отступом. Использование отступов не обязательно, но мы его настоятельно рекомендуем, поскольку это помогает акцентировать внимание на существенных особенностях структуры программ. Мы будем уделять особое внимание применению соглашений об отступах на протяжении всей книги. Компилятор языка С игнорирует пробельные символы, такие как пробелы, табуляции и символы перевода строки, которые используются для введения в текст программы отступов и пустых строк. Предыдущий условный оператор псевдокода может быть написан на С как

if (grade >= 60)

printf("Passed'n");

Обратите внимание, что код на С близко соответствует псевдокоду. Это является одним из свойств псевдокода, делающих его таким полезным инструментом разработки программ.

Хороший стиль программирования 3.1

Единообразное применение разумных соглашений об отступах значительно повышает удобочитаемость программы. Мы предлагаем использовать для отступа табуляцию фиксированного размера приблизительно в 1/4 дюйма или три пробела.

Хороший стиль программирования 3.2

Псевдокод часто используется для «продумывания» программы в процессе ее проектирования. Затем программа на псевдокоде преобразуется в программу на С.

Блок-схема на рис. 3.2 иллюстрирует структуру if с единичным выбором. Эта блок-схема содержит, возможно, наиболее важный из символов, используемых при составлении блок-схем — символ ромба, также называемый символом принятия решения, который указывает на необходимость принятия решения. Символ принятия решения содержит выражение, например, некоторое условие, которое может быть истинным или ложным. Символ принятия решения содержит две исходящие из него линии перехода. Одна из них показывает направление, которое должно быть выбрано, если соответствующее выражение истинно; другая показывает направление, выбираемое в том случае, если оно ложно. В главе 2 мы узнали, что решения могут приниматься на основании условий, содержащих операции отношения или равенства. На самом деле, решение может быть принято на основе любого выражения ——если выражение оценивается как нулевое, то оно интерпретируется как ложное, а если оно оценивается как ненулевое, то интерпретируется как истинное.

Рис 3.2. Блок-схема структуры с единичным выбором языка С

Обратите внимание, что структура if является структурой с одним входом и одним выходом. Скоро мы узнаем, что блок-схемы для оставшихся управляющих структур также содержат (кроме символов в виде кружков и линий перехода) только символы прямоугольников для указания на действия, которые нужно выполнить, и символы ромбов для указания на решения, которые нужно принять. Это является моделью программирования действие/решение, на которой мы и акцентировали свое внимание.

Можно представить себе как бы семь ящиков, в каждом из которых содержатся управляющие структуры только одного из семи типов. Эти управляющие структуры пусты. В их прямоугольниках и ромбах ничего не написано.

Задачей программиста в таком случае является сборка программы из такого количества управляющих структур каждого типа, которого требует алгоритм, объединение этих управляющих структур только одним из двух возможных способов (суперпозиция или вложение) а затем заполнение символов действий и решений соответствующим алгоритму образом. Нам еще предстоит обсудить разнообразие способов написания действий и решений.

Структура выбора if/else

В структуре выбора if указанное действие выполняется только тогда, когда условие истинно; в противном случае действие пропускается. Структура выбора if/else дает программисту возможность указать, что в зависимости от того, является ли условие истинным или ложным, должны выполняться различные действия. Например, оператор псевдокода

Если оценка студента больше или равна 60

Вывести на экран «Экзамен сдан» иначе

Вывести на экран «Экзамен не сдан»

выводит на экран «Экзамен сдан», если оценка студента больше или равна 60, либо выводит «Экзамен не сдан», если оценка студента меньше 60. В любом случае после вывода на экран «выполняется» следующий по порядку оператор псевдокода. Обратите внимание, что тело для ветви else также записано с отступом.

Хороший стиль программирования 3.3

Делайте отступы для обеих групп операторов структуры if/else.

Какое бы соглашение об отступах вы не предпочитали, оно должно последовательно применяться во всех ваших программах. Чтение программы, которая не удовлетворяет соглашению об однородности интервалов, вызывает затруднения.

Хороший стиль программирования 3.4

При наличии нескольких уровней отступов отступы для каждого уровня должны включать одно и то же количество дополнительных пробелов.

Предыдущая структура псевдокода if/else может быть написана на С как

if (grade >= 60)

printf("Passed\nn);

else

printf("Failed'n");

Блок-схема на рис. 3.3 иллюстрирует поток управления в структуре if/else. Еще раз обратите внимание, что (кроме кружков и стрелок) единственными символами в блок-схеме являются прямоугольники (для действий) и ромб (для решения). Мы продолжаем акцентировать внимание на этой модели вычислений действие/решение. Снова вообразите большой ящик, содержащий такое количество пустых структур с двойным выбором, какое может по-

О

5

Рис. 3.3. Блок-схема структуры if/else с двойным выбором язь!ка С

надобиться для написания любой программы на С. Работа программиста, опять же, состоит в компоновке этих структур выбора (путем их суперпозиции и вложения) с любыми другими управляющими структурами, которых требует алгоритм, и заполнении пустых прямоугольников и ромбов действиями и решениями, соответствующими реализуемому алгоритму.

В языке С предусмотрена условная операция (?:), которая тесно связана со структурой if/else. Условная операция является единственной тернарной (трехместной) операцией языка С, поскольку для нее требуется три операнда. Операнды вместе с условной операцией образуют условное выражение. Первый операнд является условием, второй операнд значением для всего условного выражения, если условие истинно, и третий операнд значением для всего условного выражения, если условие ложно. Например, оператор printf

printf("%s\n", grade 〉= 60 ? "Passed" : "Failed");

содержит условное выражение, значением которого является строковый литерал «Passed» («Экзамен сдан»), если условие grade >— 60 истинно, и строковый литерал «Failed» («Экзамен не сдан»), если это условие ложно. Строка управления форматом функции printf содержит спецификацию преобразования % s для печати символьной строки. Таким образом, предыдущий оператор printf выполняется, по существу, аналогично предыдущему оператору if/else.

Значениями в условном выражении могут быть также действия, которые надлежит выполнить. Например, условное выражение

grade >= 60 ? printf ("Passed\n") : printf("FailedXn");

читается так: «Если оценка больше или равна 60, то выполнить printf(«Pas- sed\n»), иначе выполнить printf(«Failed\n»)». Это также сравнимо с предыдущей структурой if/else. Мы увидим, что в некоторых случаях условные операции могут быть использованы там, где операторы if/else использовать нельзя.

Вложенные структуры if/else служат для проверки составных условий, при этом одни структуры if/else помещаются внутри других структур if/else. Например, следующий оператор псевдокода будет печатать А для экзаменаци-

онных оценок, больших или равных 90, В для экзаменационных оценок, больших или равных 80, С для экзаменационных оценок, больших или равных 70, D для экзаменационных оценок, больших или равных 60, и F для всех других оценок.

Если оценка студента больше или равна 90 Вывести «А» иначе

Если оценка студента больше или равна 80 Вывести «В» иначе

Если оценка студента больше или равна 70 Вывести «С» иначе

Если оценка студента больше или равна 60

Вывести «D»

иначе

Вывести «F»

Этот псевдокод может быть написан на С в виде

if (grade 〉= 90)

printf("A\n");

else if (grade〉= 80) printf ("B\n"); else if (grade 〉= 70) printf("CXn"); else if (grade >= 60) printf("D\n"); else

printf("F\n");

Если переменная grade больше или равна 90, первые четыре условия будут истинными, однако выполняться будет только оператор printf после первой проверки. После выполнения этого оператора printf ветвь else «внешнего» оператора if/else игнорируется. Многие программисты на С предпочитают записывать предыдущую структуру if в виде

if (grade >= 90) printf("A\n"); else if (grade >- 80) printf("B\n");

else if (grade >= 70)

printf("C\n");

else if (grade >= 60)

printf("D\n");

else

printf(“F\n”);

С точки зрения компилятора С обе формы являются эквивалентными. Последняя форма широко распространена, поскольку она позволяет избегать значительных отступов вправо при написании кода. При наличии таких отступов в строке часто остается мало места, что вызывает разбиение строк и ухудшает читаемость программы.

В теле структуры выбора if предполагается наличие только одного оператора. Чтобы включить в тело структуры if несколько операторов, заключите этот набор операторов в фигурные скобки ({ и }). Совокупность операторов, содержащихся внутри пары фигурных скобок, называется составным оператором.

Общее методическое замечание 3.1

Составной оператор может быть помещен в любое место программы, где может стоять простой оператор.

Следующий пример содержит составной оператор в ветви else структуры if/else.

if (grade >- 60)

printf("Passed.\n");

else {

printf("Failed.\n");

printf("You must take this course again.\n");

}

В этом случае, если переменная grade меньше 60, программа выполняет оба оператора printf внутри ветви else и выводит

Failed.

You must take this course again.

Обратите внимание на фигурные скобки, в которые заключены оба оператора в предложении else. Эти фигурные скобки важны. Без фигурных скобок оператор

printf("You must take this course again.\n");

оказался бы вне тела else-ветви структуры if и выполнялся бы вне зависимости от того, меньше 60 значение grade или нет.

Распространенная ошибка программирования 3.1

Пропуск одной или обеих фигурных скобок, ограничивающих составной оператор.

Синтаксические ошибки вылавливаются компилятором. Логические ошибки проявляются во время выполнения. Фатальные логические ошибки являются причиной отказа в работе программы и ее преждевременного завершения. Логическая ошибка, не являющаяся фатальной, допускает дальнейшее выполнение программы, но при этом программа дает неправильные результаты.

Распространенная ошибка программирования 3.2

Помещение точки с запятой после условия в условной структуре приводит к логической ошибке в структурах if с одним выбором и к синтаксической ошибке в структурах if с двойным выбором.

Хороший стиль программирования 3.5

Некоторые программисты предпочитают вводить начальную и завершающую фигурные скобки в составных операторах до начала ввода операторов внутри фигурных скобок. Это помогает избежать пропусков одной или обеих фигурных скобок.

Общее методическое замечание 3.2

Подобно тому, как составной оператор можно помещать всюду, где может быть помещен простой оператор, так же возможно не помещать там никакого оператора вообще, то есть использовать пустой оператор. Пустой оператор представляется точкой с запятой (;) на месте, обычно занимаемом некоторым оператором.

В этом разделе мы ввели понятие составного оператора. Составной оператор может содержать объявления (как это происходит, например, в теле функции main), В этом случае составной оператор называется блоком. Объявления в блоке должны помещаться в начало блока перед любыми операторами действия. Мы обсудим использование блоков в главе 5. До этого времени читателю следует избегать использования блоков (конечно, это не относится к телу функции main).

Структура повторения while

Структура повторения позволяет программисту специфицировать многократное выполнение действия до тех пор, пока некоторое условие остается истинным. Оператор псевдокода

Пока в моем списке покупок еще остаются пункты

Сделать следующую покупку и вычеркнуть соответствующий пункт описывает повторяющиеся действия, происходящие во время поездки за покупками. Условие «в моем списке покупок еще остаются пункты» может быть истинным или ложным. Если оно истинно, то выполняется действие «Сделать следующую покупку и вычеркнуть соответствующий пункт из списка». Это действие будет многократно выполняться до тех пор, пока условие будет оставаться истинным. Оператор(ы), содержащийся в структуре повторения while, составляет тело этой структуры. Тело структуры while может быть простым или составным оператором.

В конце концов условие становится ложным (когда последний предмет в списке покупок приобретен и вычеркнут из списка). В этот момент повторение завершается и выполняется первый оператор псевдокода, следующий за структурой повторения.

Распространенная ошибка программирования 3.3

Отсутствие в теле структуры while действия, которое в конечном итоге приводит к тому, что условие в структуре while становится ложным. Обычно такая структура повторения никогда не будет завершена — возникает ошибка, называемая «бесконечным циклом».

Распространенная ошибка программирования 3.4

Написание ключевого слова while с W в верхнем регистре в виде While (не забывайте, что С является языком программирования, различающим регистр). Все зарезервированные ключевые слова языка С, такие как while, if и else, содержат только символы нижнего регистра.

В качестве примера реальной структуры while рассмотрим фрагмент программы, разработанной для нахождения первой степени 2, превосходящей 1000. Предположим, что целочисленная переменная product была инициализирована значением 2. После завершения выполнения следующей структуры повторения while в переменной product будет содержаться желаемый ответ:

product - 2;

while (product <= 1000) product = 2 * product;

Блок-схема на рис. 3.4 иллюстрирует поток управления в структуре повторения while. Еще раз обратите внимание, что (кроме кружков и стрелок) блок-схема содержит только символ прямоугольника и символ ромба. Снова вообразите себе большой ящик пустых структур while, которые путем суперпозиции или вложения в другие управляющие структуры могут образовывать структурную реализацию потока управления алгоритма. Пустые прямоугольники и ромбы затем заполняются соответствующими действиями и решениями. Блок-схема отчетливо демонстрирует повторение. Линия перехода, выходящая из прямоугольника, снова возвращается к блоку принятия решения, условие которого проверяется на каждом проходе цикла до тех пор, пока оно в конечном итоге не становится ложным. В этот момент происходит выход из структуры while, и управление переходит к следующему оператору программы.

При входе в структуру while значение переменной product равно 2. Переменная product многократно умножается на 2, последовательно принимая значения 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 и 1024. Когда значение переменной product становится равным 1024, условие в структуре while, product <= 1000, становится ложным. Это завершает повторение, и конечное значение переменной product равно 1024. Выполнение программы продолжается с оператора, следующего за структурой while.

Формулирование алгоритмов: пример 1(повторение, управляемое счетчиком)

Чтобы проиллюстрировать, как разрабатываются алгоритмы, мы решим в нескольких вариантах задачу о подсчете средней оценки в группе. Рассмотрим задачу в следующей постановке:

Группа из десяти студентов сдала экзамен. _В вашем распоряжении имеются оценки f целые числа s диапазоне от 0 до 100丿，полученные студентами на этом экзамене. Определите среднюю оценку за экзамен для группы.

Средняя оценка равна сумме оценок, деленной на число студентов. Алгоритм для решения этой задачи на компьютере должен предусматривать ввод каждой оценки, расчет среднего и вывод результата.

Давайте воспользуемся псевдокодом и составим перечень действий, подлежащих выполнению, и определим порядок, в котором эти действия должны быть выполнены. Для ввода оценок по одной за раз мы используем повторение, управляемое счетчиком. Этот метод использует переменную, называемую счетчиком у определяющую, сколько раз должна выполняться последовательность операторов. В этом примере повторение завершается, когда значение счетчика становится больше 10. В этом разделе мы просто представим алгоритм на псевдокоде (рис. 3.5) и соответствующую программу на С (рис. 3.6). В следующем разделе мы покажем, как разрабатываются алгоритмы на псевдокоде. Повторение, управляемое счетчиком, часто называют определенным повторением, поскольку число повторений известно до начала выполнения цикла.

Обратите внимание на ссылки в алгоритме на итоговую сумму и счетчик. Итоговая сумма представляет собой переменную, которая используется для накопления суммы ряда значений. Счетчик ——это переменная, которая используется для подсчета, в данном случае для подсчета числа введенных оценок. Переменные, используемые для хранения итоговых сумм, обычно должны инициализировааъся нулем перед суммированием; иначе сумма включала бы предыдущее значение, которое хранилось в ячейке памяти итоговой суммы. Переменные-счетчики обычно инициализируются нулем или единицей в зависимости от конкретного алгоритма (мы представим примеры, иллюстрирующие каждый из вариантов). Неинициализированная переменная содержит в качестве значения ^мусора — значение, которое последним хранилось в зарезервированной для нее ячейке памяти.

Распространенная ошибка программирования 3.5

Если счетчик или итоговая сумма не инициализированы, результаты работы вашей программы будут, по всей вероятности, некорректными. Это является примером логической ошибки.

Установить итоговую сумму в ноль.

Установить счетчик оценок в единицу.

Пока счетчик оценок меньше или равен десяти

Ввести следующую оценку

Прибавить эту оценку к итоговой сумме

Прибавить единицу к счетчику оценок

Присвоить средней оценке в группе значение суммы, деленной на десять

Вывести среднюю оценку в группе

Рис. 3.5. Алгоритм на псевдокоде, использующий повторение, управляемое счетчиком,для решения задачи о подсчете средней оценки в группе

/к Программа подсчета средней оценки в группе с повторением, управляемым счетчиком */

#include <stdio.h>

main ()

int counter, grade, total, average;

/ * этап total = counter/ * этап total = counterинициализации * 0;

/ * этап total = counter

/ * этап total = counter

=1;

/'* этап обработки */

while ( counter <= 10 ){

printf("Enter grade: ");

scanf ( "%d", &grade);

total = total + grade; counter - counter + 1;

}

/* этап завершения */ average = total / 10; printf("Class average is %d\n", average);

return 0; /★ показывает, что программа успешно завершена * }

Enter grade:

98

Enter

grade:

76

Enter

grade:

71

Enter

grade:

87

Enter

grade:

83

Enter

grade:

90

Enter

grade:

57

Enter

grade:

79

Enter

grade:

82

Enter

grade:

94

Class

average

i is 81

Рис. 3.6. Написанная на С программа подсчета средней оценки в группе с повторением,управляемым счетчиком, и пример ее выполнения

Хороший стиль программирования 3.6

Инициализируйте счетчики и итоговые суммы.

Обратите внимание, что расчет среднего в программе дал целочисленный результат. На самом деле сумма оценок в этом примере равна 817, которая, будучи поделенной на 10, должна дать 81.7, т.е. число с десятичной дробью. В следующем разделе мы увидим, как обращаться с такими числами (называемыми числами с плавающей точкой).

Формулирование алгоритмов на основенисходящего пошагового уточнения: пример 2(повторение, управляемое контрольным значением)

Давайте обобщим задачу о подсчете средней оценки в группе. Рассмотрим следующую задачу:

Разработать программу для подсчета средней оценки s группе, которая при каждом своем запуске будет обрабатывать произвольное число оценок.

В первом примере для подсчета средней оценки в группе число оценок (10) было известно заранее. В настоящем примере не дается никаких указаний относительно того, сколько должно быть введено оценок. Программа должна обрабатывать произвольное их число. Каким образом программа сможет определить, когда ввод оценок должен быть прекращен? Каким образом она узнает, когда должна быть вычислена и выведена на экран средняя оценка в группе?

Один из способов решения этой проблемы состоит в том, чтобы использовать для указания на «конец ввода данных» специальное значение, называемое контрольным значением (другие названия: сигнальное значение, фиктивное значение или флаговое значение). Пользователь вводит оценки до тех пор, пока не будут введены все «правильные» оценки. После этого пользователь вводит контрольное значение, чтобы показать, что была введена последняя оценка. Повторение, управляемое контрольным значением, часто называют неопределенным повторением, поскольку число повторений неизвестно до начала выполнения цикла.

Очевидно, что контрольное значение должно выбираться таким образом, чтобы его нельзя было спутать с допустимым входным значением. Поскольку экзаменационные оценки обычно являются неотрицательными целыми числами, приемлемым контрольным значением для этой задачи будет —1. Таким образом, при запуске программы подсчета средней оценки в группе может быть обработан поток входных значений, например, 95, 96, 75, 74, 89 и ~1. После этого программа вычислит и выведет на экран среднее значение по группе для оценок 95, 96, 75, 74 и 89 (~1 является контрольным значением, поэтому оно не должно учитываться при расчете среднего).

Распространенная ошибка программирования 3.6

Выбор в качестве контрольного такого значения, которое является допустимым значением данных.

Наш подход к написанию программы для подсчета средней оценки в группе будет опираться на метод, называемый нисходящим пошаговым уточнением, и который является неотъемлемой частью разработки хорошо структурированных программ. Мы начнем с представления псевдокода для верхнего уровня нисходящего процесса:

Определить среднюю оценку s группе за экзамен

Верхний уровень представляет собой одно предложение, выражающее общее назначение программы. Как таковой, верхний уровень фактически полностью представляет программу. К сожалению, верхний уровень (как в этом случае)

редко несет в себе достаточное количество подробностей, необходимых для написания программы на С.

Итак, теперь мы начинаем процесс уточнения. Мы подразделяем верхний уровень на ряд более мелких задач и перечисляем их в том порядке, в котором они должны выполняться. Это приводит к следующему первому уточнению.

Инициализировать переменные

Ввести, просуммировать и подсчитать количество оценок

Вычислить и вывести на экран среднюю оценку 3力兄 группы

Здесь имеет место последовательная структура ——перечисленные шаги должны выполняться по порядку, один за другим.

Общее методическое замечание 3.3

Каждое уточнение, так же как и сам верхний уровень, представляет собой полную спецификацию алгоритма; меняется только уровень детализации.

Для перехода к следующему уровню детализации, то есть ко второму уточнению, мы вводим конкретные переменные. Нам нужна текущая сумма чисел, счетчик количества обработанных чисел, переменная для приема значения очередной вводимой оценки и переменная, в которой содержится рассчитанное среднее значение. Оператор псевдокода

Инициализировать переменные

может быть уточнен следующим образом:

Инициализировать итоговую сумму нулем

Инициализировать счетчик нулем

Обратите внимание, что нужно инициализировать только итоговую сумму и счетчик; переменные average и grade (соответственно для рассчитанного среднего значения и ввода пользователя) инициализировать не обязательно, поскольку их значения перезаписываются в результате процесса ввода с разрушением информации, обсуждаемого в главе 2. Для оператора псевдокода

Ввести, просуммировать и подсчитать количество оценок

потребуется структура повторения (т.е. цикл), в которой последовательно вводится каждая оценка. Поскольку мы не знаем заранее количества оценок, которое должно быть обработано, мы будем использовать повторение, управляемое контрольным значением. Пользователь по одной будет вводить допустимые оценки. После ввода последней допустимой оценки пользователь введет контрольное значение. Программа будет осуществлять проверку после ввода каждой оценки и завершит цикл, когда будет введено контрольное значение. Уточнением предыдущего оператора псевдокода тогда будет

Ввести первую оценку

Пока пользователь не ввел контрольного знаиени^с

Прибавить эту оценку к текущему итогу

Прибавить единицу к счетчику оценок

Ввести следующую оценку fвозможно, контрольное значение)

Обратите внимание, что в псевдокоде мы не используем фигурные скобки с последовательностью операторов, образующей тело структуры while. Мы просто выравниваем все эти операторы под while, чтобы показать, что все они принадлежат этой структуре while. Повторим, что псевдокод ——это только неформальное вспомогательное средство разработки программ.

Оператор псевдокода

Вычислить и вывести на экран среднюю оценку для группы

может быть уточнен следующим образом:

Если счетчик не равен нулю

Присвоить переменной average сумму, деленную на счетчик Вывести на экран average

иначе

Вывести на экран «Не было ввода оценок»

Обратите внимание, что мы действуем здесь достаточно аккуратно и проверяем возможность деления на ноль ——фатальной ошибки, которая, оставшись невыявленной, способна привести к отказу в работе программы (часто называемому «крахом»). Полностью второе уточнение показано на рис. 3.7.

Распространенная ошибка программирования 3.7

Попытка деления на ноль, являющаяся причиной фатальной ошибки.

Инициализировать итоговую сумму нулем

Инициализировать счетчик нулем

Ввести первую оценку

Пока пользователь не ввел контрольного значения

Прибавить эту оценку к текущему итогу

Прибавить единицу к счетчику оценок

Ввести следующую оценку fвозможно, контрольное значение)

Если счетчик не равен нулю

Присвоить переменной average сумму, деленную на счетчик

Вывести на экран average иначе

Вывести на экран «Не было ввода оценок»

Рис. 3.7. Алгоритм на псевдокоде, использующий повторение, управляемое контрольнымзначением, для решения задачи о подсчете средней оценки в группе

Хороший стиль программирования 3.7

При выполнении деления на выражение, значение которого может быть нулем, явно осуществляйте проверку этого случая и обрабатывайте его соответствующим образом (например, выводите сообщение об ошибке), и не допускайте возникновения фатальной ошибки.

На рис. 3.5 и 3.7 мы включаем в псевдокод несколько пустых строк для повышения его удобочитаемости. Фактически пустые строки разделяют эти программы на различные этапы их выполнения.

Общее методическое замечание 3.4

Многие программы логически могут быть разделены на три этапа: этап инициализации, на котором происходит инициализация переменных программы; этап обработки, на котором происходит ввод данных и соответствующая настройка переменных программы; и этап завершения работы программы, на котором происходит вычисление и вывод окончательных результатов.

Алгоритм на псевдокоде, приведенный на рис. 3.7, решает задачу о подсчете средней оценки в группе в более общей постановке. Этот алгоритм был разработан после всего лишь двух этапов уточнения. Иногда требуется большее количество этапов.

Общее методическое замечание 3.5

Программист завершает процесс нисходящего пошагового уточнения в тот момент, когда алгоритм на псевдокоде специфицирован достаточно подробно для того, чтобы про「раммист мо「преобразовать псевдокод в про「рамму на С. Реализация про「рзммь1 на С в этом случае обычно не вызывает затруднений.

На рис. 3.8 показана программа на С и пример ее выполнения. Хотя вводятся только целочисленные оценки, при расчете среднего может получиться дробное число. Типом int такое число представлено быть не может. В программе применяется тип данных float для обработки чисел с десятичной дробью (называемых числами с плавающей точкой) и специальная операция, называ* емая операцией приведения типа, для управления расчетом среднего значения. Более подробно эти понятия объясняются после представления программы.

Обратите внимание на составной оператор в цикле while на рис. 3.8. Повторим, что фигурные скобки необходимы для того, чтобы выполнялись все четыре оператора внутри цикла. Без фигурных скобок последние три оператора в теле цикла вышли бы за его пределы, приводя к неправильной интерпретации этого кода:

while (grade !- -1)

total = total + grade;

counter = counter +1;

printf(”En匸er grade, -1 to end : ");

scanf("%d", &grade);

Получается бесконечный цикл, если пользователь не вводит -1 в качестве первой оценки.

Хороший стиль программирования 3.8

В цикле, управляемом контрольным значением, подсказки для запроса ввода данных должны явно напоминать пользователю, чему равно это значение.

Средние величины не всегда выражаются целочисленными значениями. Часто среднее является значением типа 7.2 или —93.5, которое содержит

дробную часть. Эти значения называются числами с плавающей точкой и представляются типом данных float. Переменная average объявлена как float, чтобы не потерять дробную часть результата нашего вычисления.

■ /* Программа подсчета средней оценки в группе

； с повторением, управляемым контрольным значением * j #include <stdio.h>

f main ()

float average;/* новый тип данных

int counter, grade, total;

/* этап инициализации */ total = 0;

■ counter = 0;

/ * этап обработки */

printf("Enter grade, -1 to end:");

scanf("%d", &grade);

while ( grade != -1) I

total total + grade;

counter = counter + 1;

printf ( "Enter grade, -1 to end : scanf("%d", &grade);

/ * этап завершения */

if (counter != 0 ) {

average = (float) total / counter;

printf("Class average is %.2f", average);

else

printf("No grades were entered\n");

点Entergrade,-1toend:75Entergrade,-1toend:94Entergrade,-1toend:97Entergrade,-1toend:88Entergrade,-1toend:70«您，Entergrade,-1toend:64Entergrade,-1toend:83Entergrade,-1toend:89Entergrade,-1toend:-1識Classaverage:is：82!.5O点Entergrade,-1toend:75Entergrade,-1toend:94Entergrade,-1toend:97Entergrade,-1toend:88Entergrade,-1toend:70«您，Entergrade,-1toend:64Entergrade,-1toend:83Entergrade,-1toend:89Entergrade,-1toend:-1識Classaverage:is：82!.5Oreturn 0;/ * показывает, что программа успешно завершена

点

Enter

grade,

-1

to

end:

75

Enter

grade,

-1

to

end:

94

Enter

grade,

-1

to

end:

97

Enter

grade,

-1

to

end:

88

Enter

grade,

-1

to

end:

70

«您，

Enter

grade,

-1

to

end:

64

Enter

grade,

-1

to

end:

83

Enter

grade,

-1

to

end:

89

Enter

grade,

-1

to

end:

-1

識

Class

average

:is

：82

!.5O

点

Enter

grade,

-1

to

end:

75

Enter

grade,

-1

to

end:

94

Enter

grade,

-1

to

end:

97

Enter

grade,

-1

to

end:

88

Enter

grade,

-1

to

end:

70

«您，

Enter

grade,

-1

to

end:

64

Enter

grade,

-1

to

end:

83

Enter

grade,

-1

to

end:

89

Enter

grade,

-1

to

end:

-1

識

Class

average

:is

：82

!.5O

Рис. 3.8. Написанная на С программа подсчета средней оценки в группе с повторением,управляемым контрольным значением, и пример ее выполнения

Однако результат вычисления total / counter является целым числом, поскольку обе переменных total и counter являются целочисленными. Деление двух целых чисел приводит к целочисленному делению, при котором дробная часть результата теряется (т.е. происходит его усечение). Поскольку сначала выполняется деление, дробная часть теряется до присваивания результата переменной average. Для деления с плавающей точкой целочисленных значений мы должны создать для них временные значения, которые являются числами с плавающей точкой.

В языке С для решения этой задачи предусмотрена одноместная операция приведения типа. Оператор

average = (float) total / counter;

включает в себя операцию приведения типа (float), которая создает для своего операнда total временную копию с плавающей точкой. Использование операции приведения типа подобным образом называется явным преобразованием. Значение, хранимое в переменной total, по-прежнему является целым числом. Вычисление теперь состоит в делении значения с плавающей точкой (временная «копия» total типа float) на целочисленное значение, хранимое в переменной counter. Компилятор С умеет оценивать лишь выражения с идентичными типами данных операндов. Чтобы гарантировать совпадение типа операндов, компилятор выполняет над выбранными операндами так называемую операцию возведения типа (или неявное преобразование). Например, в выражении, содержащем типы данных int и float, согласно стандарту ANSI, для операндов типа int делаются копии, которые возводятся до типа float. В нашем примере после создания копии переменной counter и ее возведения до типа float производится вычисление, и результат деления с плавающей точкой присваивается переменной average. Стандартом ANSI предусматривается набор правил возведения для операндов различных типов. В главе 5 представлено обсуждение всех стандартных типов данных и порядка их возведения.

Операции приведения типа существуют для любого типа данных. Операция приведения типа образуется путем помещения имени типа данных в круглые скобки. Операция приведения типа является одноместной операцией, т.е. операцией, принимающей только один операнд. В главе 2 мы изучали двухместные арифметические операции. В С также поддерживаются одноместные варианты операций плюс (+) и минус (-), поэтому программист может написать выражения вроде -7 или +5. Операции приведения типа ассоциируются справа налево и имеют тот же приоритет, что и другие одноместные (унарные) операции, как, например, унарный + и унарный -. Этот приоритет на один уровень выше приоритета мультипликативных операций *, / и % и на один порядок ниже приоритета круглых скобок.

В программе на рис. 3.8 для вывода значения переменной average используется спецификатор преобразования %.2f функции printf. Символ f указывает, что будет выведено значение с плавающей точкой. Символ .2 представляет собой точность, с которой будет отображено это значение. Она устанавливает, что значение будет отображено с 2 десятичными знаками справа от десятичной точки. Если используется спецификатор преобразования %f (без указания точности), то по умолчанию используется точность 6 ——как если бы был указан спецификатор преобразования % .6f. Когда значения с плавающей точкой выводятся с указанием точности, выводимое значение округляется до

заданного числа десятичных знаков. Значение в памяти остается неизменным. При выполнении следующих операторов выводятся значения 3.45 и 3.4.

printf("%.2f\п", 3.446);/* выводит 3.45 ★/

printf("%.1f\n", 3.446);/* выводит 3.4 */

Распространенная ошибка программирования 3.8

Указание точности для спецификации преобразования в строке управления форматом функции scanf является ошибочным. Точность используется только в спецификациях преобразования функции printf.

Распространенная ошибка программирования 3.9

Предположение, что числа с плавающей точкой будут представлены в памяти компьютера с абсолютной точностью, может привести к неправильным результатам. На большинстве компьютеров числа с плавающей точкой представляются только приблизительно.

Хороший стиль программирования 3.9

Не проверяйте на равенство значения с плавающей точкой.

Несмотря на то, что числа с плавающей точкой не всегда «на 100% точны », они имеют многочисленные приложения. Например, когда мы говорим о «нормальной» температуре тела в 98.6 градусов (по Фаренгейту), нам не нужна точность, представляемая большим числом знаков. Когда термометр показывает нам температуру в 98.6 градусов, на самом деле она может быть равна 98.5999473210643. Суть в том, что принятие этого числа равным просто 98.6 прекрасно подходит для большинства приложений. Позже мы обсудим этот вопрос более подробно.

Другой причиной, по которой возникают числа с плавающей точкой, является операция деления. Когда мы делим 10 на 3, результатом является число 3.3333333... с бесконечной повторяющейся последовательностью 3. Компьютер выделяет лишь ограниченную область памяти для его хранения, поэтому очевидно, что значение с плавающей точкой может быть только приближенным.

Формулирование алгоритмов на основенисходящего пошагового уточнения: пример 3(вложенные управляющие структуры)

Давайте найдем полное решение еще одной задачи. Мы еще раз сформулируем алгоритм, используя для этого псевдокод и процесс нисходящего пошагового уточнения, и напишем соответствующую программу на С. Мы уже видели, что управляющие структуры могут (последовательно) помещаться одна на другую, подобно тому, как ребенок укладывает кубики. В этом примере мы увидим единственный отличный от предыдущего способ, которым в С могут соединяться управляющие структуры, а именно вложение одной управляющей структуры в другую.

Рассмотрим следующую постановку задачи:

Колледж предлагает платный курс для подготовки студентов к сдаче государственного экзамена на получение диплома брокера ло недвижимости. В прошлом году несколько студентов из прослушавших этот курс сдавали экзамен на получение диплома. Естественно, что колледж хотел бы знать, насколько успешно его студенты сдали этот экзамен. Вас попросили написать программу для обобщения результатов экзамена. Вам дали список этих 10 студентов. Напротив фамилии каждого студента проставлена 1, если студент сдал экзамен, и 2, если он экзамен не сдал.

Ваша программа должна анализировать результаты экзамена следующим образом:

Ввести результат каждого экзамена (т.е. 1 или 2). При каждом очередном запросе результата экзамена отображать на экране сообщение «Введите результат».

Подсчитать количество результатов каждого типа.

Отобразить краткую сводку результатов экзамена, указав количество студентов, сдавших экзамен, и количество студентов, его не сдавших.

Если экзамен сдали более 8 студентов, вывести сообщение «Повысить плату за курс».

После тщательного изучения постановки задачи мы можем сделать следующие наблюдения:

Программа должна обработать 10 результатов экзамена. Будет использован цикл, управляемый счетчиком.

Каждый результат экзамена представляет собой число, 1 или 2. Всякий раз, когда программа считывает результат экзамена, она должна определять, является ли это число 1 или 2. В нашем алгоритме мы проверяем на 1. Если число не равно 1, мы предполагаем, что это 2. (В упражнении в конце этой главы рассматриваются последствия такого предположения.)

Используются два счетчика ——один для подсчета числа студентов, сдавших экзамен, и другой для подсчета числа студентов, его не сдавших.

После того, как программа обработает все результаты, она должна решить, сдали ли экзамен более 8 студентов.

Давайте перейдем к нисходящему пошаговому уточнению алгоритма. Мы начинаем с представления на псевдокоде верхнего уровня:

Проанализировать результаты экзамена и решить, должна ли быть повышена плата за курс

Повторим — важно акцентировать внимание на том, что верхний уровень полностью представляет программу, однако, по всей вероятности, потребуется несколько уточнений, прежде чем псевдокод можно будет естественным образом преобразовать в программу на С. Нашим первым уточнением является

Инициализировать переменные

Ввести десять экзаменационных оценок и подсчитать число сданных и несданных экзаменов

Вывести краткую сводку результатов экзамена и решить, должна ли быть повышена плата за курс

Хотя здесь мы также имеем полное представление всей программы, необходимо дальнейшее уточнение. Теперь мы введем конкретные переменные. Нам потребуются счетчики для регистрации количества сданных и несданных экзаменов, счетчик для управления выполнением цикла и переменная для хранения пользовательского ввода. Оператор псевдокода

Инициализировать переменные

может быть уточнен следующим образом:

Инициализировать нулем количество сданных экзаменов Инициализировать нулем количество несданных экзаменов Инициализировать счетчик студентов единицей

Обратите внимание, что инициализируются только счетчики и итоговые суммы. Оператор псевдокода

Ввести десять экзаменационных оценок и подсчитать число сданных 辽 несданных экзаменов

требует цикла для последовательного ввода результатов каждого экзамена. Здесь известно заранее, что имеется в точности десять результатов экзамена, следовательно, подойдет цикл, управляемый счетчиком. Структура с двойным выбором внутри цикла (т.е. вложенная в цикл) будет определять для каждого экзамена, является ли он в результате сданным или несданным, и исходя из этого увеличивать соответствующий счетчик. Уточнением предыдущего оператора псевдокода тогда будет

Пока счетчик студентов меньше или равен десяти

Ввести следующий результат экзамена

Если студент сдал экзамен

Прибавить единицу 兑 счетчику сданных экзаменов иначе

Прибавить единицу к счетчику несданных экзаменов

Прибавить единицу к счетчику студентов

Обратите внимание на вставку пустых строк для выделения управляющей структуры if/else, делающих программу более удобочитаемой. Оператор псевдокода

Вывести краткую сводку результатов экзамена и решить, должна ли быть повышена плата за курс

может быть уточнен следующим образом:

Вывести количество сданных экзаменов

Вывести количество несданных экзаменов

Если экзамен сдали более восьми студентов

Вывести «Повысить плату за курс»

Полностью второе уточнение показано на рис. 3.9. Обратите внимание, что и в данном случае для выделения структуры while вставлены пустые строки, что повышает удобочитаемость программы.

Инициализировать нулем количество сданных экзаменов

Инициализировать нулем количество несданных экзаменов Инициализируйте счетчик студентов единицей

Пока счетчик студентов меньше или равен десяти

Ввести следующий результат экзамена

Если студент сдал экзамен

Прибавить единицу к счетчику сданных экзаменов иначе

Прибавить единицу к счетчику несданных экзаменов

Прибавить единицу к счетчику студентов

Вывести количество сданных экзаменов

Вывести количество несданных экзаменов

Если экзамен сдали более восьми студентов

Вывести «Повысить плату за курс»

Рис. 3.9. Псевдокод для задачи о результатах экзаменов

Теперь псевдокод является достаточно детализированным для преобразования его в код С. Программа на С и два примера ее выполнения показаны на рис. 3.10. Обратите внимание, что мы воспользовались свойством языка С, позволяющим инициализацию объединять с объявлениями. Подобного рода инициализация происходит во время компиляции.

Совет по повышению эффективности 3.1

Инициализация переменных при их объявлении уменьшает время выполнения программы.

Общее методическое замечание 3.6

Опыт показывает, что наиболее трудной частью решения задачи на компьютере является разработка алгоритма ее решения. Как только соответствующий алгоритм построен, процесс написания работающей программы на С обычно не вызывает затруднений.

Общее методическое замечание 3.7

Многие программисты пишут программы, никогда не пользуясь никакими инструментами разработки программ типа псевдокода. Они полагают, что поскольку их конечной целью является решение задачи на компьютере, написание псевдокода только задерживает производство конечного продукта.

/* Анализ результатов экзамена #include <stdio.h>

main ()

{

/* инициализация переменных при их объявлении */

int passes 二 0, failures = 0, student = 1, result;

/* обрабатывает 10 студентов; цикл, управляемый счетчиком while (student <= 10) {

printf("Enter result (l=pass, 2=fail): ");

scanf("3d”， &result);

if (result == 1)/* if/else вложенная в while */

passes 二 passes + 1;

else

failures = failures + 1;

■III }

student

=student + 1;

printf("Passed %d\n", passes);

printf("Failed %d\n", failures);

if

(passes

> 8)

printf(

"Raise tuition\n")

鬟^и

return 0;

/* успешное завершение */

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

2

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

2

Enter

result

(l=pass ,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

2

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

2

Passec

i 6

Mill

Failed 4

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

2

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

鑫義

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

賢i^^^S

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Enter

result

(l=pass,

2=fail):

1

Passec

i 9

Failed 1

Raise

tuition

Рис. 3.10. Программа на С и пример ее выполнения для задачи о результатах экзаменов

Операции присваивания

В языке С предусмотрено несколько операций присваивания для более короткой записи выражений. Например, оператор

с с + 3;

может быть сокращен с помощью операции сложения с присваиванием += до

с 3;

Операция += прибавляет значение выражения справа от операции к значению переменной слева от нее и сохраняет результат в переменной слева от операции. Любой оператор вида

переменная = переменная операция выражение;

где операция является одной из двухместных операций +, -, *, / или % (других, которые мы обсудим в главе 10), может быть записан в виде

переменная операция^ выражение;

Таким образом, присваивание с += 3 прибавляет 3 к значению переменной с. На рис. 3.11 показаны арифметические операции присваивания, примеры выражений, в которых они используются, и соответствующие пояснения.

Операция присваивания

Пример выражения

Пояснение

Присваивает

Предположим: int с = 3, d = 5, е = 4, f = 6, g = 12;

+ =

c 十=7

с 二 с + 7

10 переменной с

d _= 4

d = d - 4

1 переменной d

е *= 5

е = е * 5

20 переменной е

/ =

f /- 3

f - f / 3

2 переменной f

g %- 9

g = g % 9

3 переменной g

Рис. 3.11. Арифметические операции присваивания

Совет по повышению эффективности 3.2

Выражение с операцией присваивания (например, с += 3) компилируется быстрее, нем эквивалентное раскрытое выражение (с = с + 3), поскольку переменная с в первом выражении оценивается только один раз, в то время как во втором выражении она оценивается дважды.

Совет по повышению эффективности 3.3

Многие из советов по повышению эффективности, которые мы даем в этой книге, приводят к незначительным на первый взгляд улучшениям, поэтому у читателя может возникнуть искушение игнорировать их. Дело в том, что заставить программу выполняться значительно быстрее может только совокупный эффект от всех этих мер по повышению эффективности. Кроме того, значительное улучшение достигается при внесении вроде бы незначительного усовершенствования в цикл, который может повторяться большое количество раз.

Операции инкремента и декремента

В языке С предусмотрены также унарная операция инкремента ++ и унарная операция декремента --, краткая информация о которых приведена на рис. 3.12. При увеличении переменной с на 1 вместо выражений с = с + 1 или с += 1 может использоваться операция инкремента ++. Если операции инкремента или декремента помещаются перед переменной, они называются соответственно преинкрементными или предекрементными операциями. Если операции инкремента или декремента помещаются после переменной, они называются соответственно постинкрементными или постдекрементными операциями. Операция преинкремента (предекремента) над переменной вызывает увеличение (уменьшение) этой переменной на 1, затем новое значение переменной используется в выражении, в котором она появляется. Операция постинкремента (постдекремента) над переменной вызывает использование текущего значения этой переменной в выражении, вкотором она появляется, затем значение переменной увеличивается (уменьшается) на 1.

Операция

Пример выражения

Пояснение

++

+ + а

Увеличивает а на 1, затем использует новое значение а в выражении, в которое входит а.

++

a十+

Использует текущее значение а в выражении, в которое входит а, затем увеличивает а на 1.

——

--b

Уменьшает Ь на 1, затем использует новое значение b в выражении, в которое входит Ь.

Ь—

Использует текущее значение Ь в выражении, в которое входит Ъ, затем уменьшает b на 1.

Рис. 3.12. Операции инкремента и декремента

В программе, приведенной на рис. 3.13, демонстрируется различие между преинкрементной и постинкрементной версиями операции ++. Постинкрементирование переменной с вызывает ее увеличение после ее использования в функции printf. Преинкрементирование переменной с вызывает ее увеличение до ее использования в функции printf.

Программа отображает значение переменной с до и после использования операции ++. Операция декремента (--) действует аналогично.

Хороший стиль программирования 3.10

Унарные операции следует помещать непосредственно рядом с их операндами без разделительных пробелов.

Три оператора присваивания на рис. 3.10

passes = passes + 1;

failures = failures + 1;

student = student + 1;

могут быть записаны более кратко с использованием операций присваивания в виде

/* Операции преинкремента и постинкремента */ ^include <stdio.h>

main ()

int c;

c = 5;

printf("%d\n", c);

printf("%d\n", C++);/* постинкремент */

printf ("%d\n\n"z c);

c = 5;

printf("%d\n", c);

printf("%d\n", ++c);/★ преинкремент */

printf("%d\n", c);

return 0;/* успешное завершение */

5

5

6

5

6

6

Рис. 3.13. Демонстрация различия между операциями преинкремента и постинкремента

passes += 1;

failures += 1;

student += 1;

с использованием операций преинкремента в виде

++passes;

++failures;

++student;

или с операциями постинкремента

passes++;

failures++;

student++;

Здесь важно обратить внимание на то, что при инкрементировании или декрементировании переменной в операторе, в который входит только эта переменная, преинкрементная и постинкрементная формы дают один и тот же эффект. Только при появлении переменной в контексте большего выражения преинкрементная и постинкрементная формы имеют различный смысл (это же верно и для операций предекремента и постдекремента).

В качестве операнда операций инкремента или декремента может быть использовано только простое имя переменной.

Распространенная ошибка программирования 3.10

Попытка использовать операцию инкремента или декремента с выражением, отличным от простого имени переменной, вроде ++(х + 1), является синтаксической ошибкой.

Хороший стиль программирования 3.11

Стандартом ANSI в общем случае не специфицируется порядок, в котором будут оцениваться операнды той или иной операции (хотя в главе 4 мы увидим, что для некоторых операций из этого правила существуют исключения). Поэтому программист должен избегать команд с операциями инкремента или декремента, в которых некоторая переменная подвергается их воздействию более одного раза.

В таблице на рис. 3.14 показаны приоритет и ассоциативность представленных до сих пор операций. Операции показаны сверху вниз в порядке уменьшения их приоритета. Во втором столбце описывается ассоциативность операций для каждого уровня приоритетов. Обратите внимание, что условная операция (?:), унарные операции инкремента (++), декремента (--), плюс (+), минус (-) и приведения типа, и операции присваивания =, +=, -=, * =，/= и % = ассоциированы справа налево, В третьем столбце указаны названия различных групп операций. Все другие операции на рис. 3.14 ассоциированы слева направо.

Операции

Ассоциативность

Тип

()

слева направо

круглые скобки

+ + — +-(тип)

справа налево

унарные

*/%

слева направо

мультипликативные

十一

слева направо

аддитивные

<<=>>=

слева направо

отношения

==I =

слева направо

равенства

?:

справа налево

условные

—+= -— * — / = % =

справа налево

присваивания

Рис. 3.14. Приоритет операций, упомянутых в книге до настоящего момента

Резюме

Решение любой задачи, связанной с вычислениями, включает в себя выполнение ряда действий в определенном порядке. Процедура решения задачи в виде действий, которые надлежит выполнить, и порядка, в котором эти действия должны быть выполнены, называется алгоритмом.

Задание порядка, в котором в компьютерной программе должны выполняться операторы, называется программным управлением.

Псевдокод ——это искусственный неформальный язык, который помогает программистам разрабатывать алгоритмы. Он напоминает повседневный язык. Программы на псевдокоде на самом деле не выполняются на компьютерах. Скорее они просто помогают программисту «продумывать» программу перед попыткой написать ее на языке программирования, таком, например, как С.

Псевдокод состоит исключительно из символов, поэтому программисты могут вводить программы на псевдокоде в компьютер, редактировать и сохранять их.

Псевдокод состоит только из исполняемых операторов. Объявления представляют собой сообщения компилятору, которые передают ему атрибуты переменных и дают ему указание зарезервировать для них место в памяти.

Структура выбора используется для избрания одного из альтернативных направлений действия.

В структуре выбора if указанное действие выполняется только тогда, когда условие истинно.

Структура выбора if/else указывает, что в зависимости от истинности или ложности условия должны выполняться различные действия.

Во вложенной структуре выбора if/else может проверяться несколько различных случаев. Если истинным оказывается более одного условия, будут выполнены только операторы после первого истинного условия.

Всякий раз, когда должно быть выполнено более одного оператора в том месте программы, где обычно ожидается появление только одного оператора, эти операторы должны быть заключены в фигурные скобки, образующие составной оператор. Составной оператор может быть помещен в любое место программы, где может стоять простой оператор.

Признаком пустого оператора, показывающего, что не должно выполняться никакое действие, служит точка с запятой (;) на месте, обычно занимаемом некоторым оператором.

Структура повторения требует многократного выполнения действия до тех пор, пока некоторое условие остается истинным.

Формат структуры повторения while:

while (условие)оператор

Оператор (а также составной оператор или блок), содержащийся в структуре повторения while, составляет тело этой структуры.

Обычно некоторое действие, выполняемое в теле структуры while, должно в конечном итоге приводить к тому, что условие становится ложным. В противном случае цикл никогда не будет завершен — возникает ошибка, называемая «бесконечным циклом».

В цикле, управляемом счетчиком, для определения момента завершения цикла используется некоторая переменная ——счетчик проходов цикла.

Итоговая сумма представляет собой переменную, в которой накапливается сумма последовательности чисел. Итоговые суммы обычно должны быть инициализированы нулем до выполнения цикла.

Блок-схема является графическим представлением алгоритма. При рисовании блок-схем используются некоторые специальные символы, такие как овалы, прямоугольники, ромбы и кружки, соединяемые стрелками, называемыми линиями перехода. Символы указывают на

действия, которые подлежат выполнению. Линии перехода указывают на порядок, в котором должны выполняться действия.

Символ овала, называемый также конечным символом, указывает на начало и конец всякого алгоритма.

Символ прямоугольника, называемый также символом действия, указывает на вычисления любого типа или операцию ввода/вывода. Символы прямоугольников соответствуют действиям, которые обычно выполняются с помощью операторов присваивания, или операторам ввода/вывода, которые реализуются при посредстве стандартных библиотечных функций, подобных printf и scanf.

Символ ромба, также называемый символом принятия решения, указывает на необходимость выбора. Символ принятия решения содер- жнт выражение, которое может быть истинным или ложным. Из него исходят две линии перехода. Одна линия перехода показывает направление, которое должно быть выбрано, если условие истинно; другая показывает направление, выбираемое в том случае, когда условие ложно.

Значение, которое содержит дробную часть, называется числом с плавающей точкой и представляется типом данных float.

Деление двух целых чисел приводит к целочисленному делению, при котором дробная часть вычисления теряется (т.е. происходит усечение числа).

В языке С предусмотрена одноместная операция приведения типа (float), которая создает для своего операнда временную копию с плавающей точкой. Использование операции приведения типа подобным образом называется явным преобразованием. Операции приведения типа существуют для любого типа данных.

Компилятор С умеет оценивать лишь выражения с идентичными типами данных операндов. Чтобы гарантировать совпадение типа операндов, компилятор выполняет над выбранными операндами так называемую операцию возведения типа (или неявное преобразование). Стандартом ANSI специфицируется, что для операндов типа int делаются копии, которые возводятся до типа float. Стандарт ANSI предусматривает набор правил возведения для операндов различных типов.

Значения с плавающей точкой выводятся с определенным числом знаков после десятичной точки; оно задается спецификатором преобразования %f в операторе printf. Значение 3.456, выведенное со спецификатором преобразования % .2f, отображается на экране как 3.46. Если используется спецификатор преобразования %f (без указания точности), то по умолчанию принимается точность, равная 6.

В языке С предусмотрены разнообразные операции присваивания, помогающие записывать более коротко некоторые распространенные типы арифметических выражений присваивания. Эти операции таковы: +=,、=, *==, /= и %—. Вообще любой оператор вида

переменная = переменная операция выражение /

где операция является одной из двухместных операций +, -, *, / или % может быть записан в виде

переменная операция= выражение;

В языке С предусмотрена операция инкремента ++ и операция декремента --для увеличения или уменьшения значения переменной на 1. Эти операции могут применяться к переменным в префиксной или постфиксной формах. Если операция используется в префиксной форме, то переменная сначала увеличивается или уменьшается на 1 и затем участвует в оценке выражения. Если операция применяется в постфиксной форме, то переменная участвует в оценке и затем увеличивается или уменьшается на 1.

Терминология

floatалгоритмарифметические операцииприсваивания: +—, -—, *==, /= и % = бесконечный цикл блок блок-схемавложенные структуры if/else вложенные управляющие структурывозведениевторое уточнение выбор действие деление на ноль инициализация исключение goto итоговая сумма «конец ввода данных)> конеинн访 символконтрольное значение крах программы линии перехода логическая ошибка мультипликативные операции «мусор» неопределенное повторение нефатальная ошибка неявное преобразование нисходящее пошаговое уточнение округление оператор goto операция декремента (—) операция инкремента (++) операция постдекремента операция постинкремента операция предекремента операция преинкремента операция приведения определенное повторение отказ программыfloatалгоритмарифметические операцииприсваивания: +—, -—, *==, /= и % = бесконечный цикл блок блок-схемавложенные структуры if/else вложенные управляющие структурывозведениевторое уточнение выбор действие деление на ноль инициализация исключение goto итоговая сумма «конец ввода данных)> конеинн访 символконтрольное значение крах программы линии перехода логическая ошибка мультипликативные операции «мусор» неопределенное повторение нефатальная ошибка неявное преобразование нисходящее пошаговое уточнение округление оператор goto операция декремента (—) операция инкремента (++) операция постдекремента операция постинкремента операция предекремента операция преинкремента операция приведения определенное повторение отказ программыпервое уточнение передача управления повторение повторение, управляемое счетчиком порядок действий последовательная структура последовательное выполнение пошаговое уточнение пробельные символы псевдокод.пустой оператор (;) решение сигнальное значение символ действия символ завершения символ овала символ прямоугольника символ решения символ ромба символ стрелки символы блок-схемы синтаксическая ошибка составной оператор структура выбора if структура выбора if/else структура повторения while структура с двойным выбором структура с единичным выбором структура со множественным выбором структурное программирование структуры выбора структуры повторения суперпозиция управляющих структур счетчик тело цикла тернарная (трехместная) операция точность точность по умолчанию управление программой управляющая структура усечениепервое уточнение передача управления повторение повторение, управляемое счетчиком порядок действий последовательная структура последовательное выполнение пошаговое уточнение пробельные символы псевдокод.пустой оператор (;) решение сигнальное значение символ действия символ завершения символ овала символ прямоугольника символ решения символ ромба символ стрелки символы блок-схемы синтаксическая ошибка составной оператор структура выбора if структура выбора if/else структура повторения while структура с двойным выбором структура с единичным выбором структура со множественным выбором структурное программирование структуры выбора структуры повторения суперпозиция управляющих структур счетчик тело цикла тернарная (трехместная) операция точность точность по умолчанию управление программой управляющая структура усечение

float

алгоритм

арифметические операции

присваивания: +—, -—, *==, /= и % = бесконечный цикл блок блок-схема

вложенные структуры if/else вложенные управляющие структуры

возведение

второе уточнение выбор действие деление на ноль инициализация исключение goto итоговая сумма «конец ввода данных)> конеинн访 символ

контрольное значение крах программы линии перехода логическая ошибка мультипликативные операции «мусор» неопределенное повторение нефатальная ошибка неявное преобразование нисходящее пошаговое уточнение округление оператор goto операция декремента (—) операция инкремента (++) операция постдекремента операция постинкремента операция предекремента операция преинкремента операция приведения определенное повторение отказ программы

float

алгоритм

арифметические операции

присваивания: +—, -—, *==, /= и % = бесконечный цикл блок блок-схема

вложенные структуры if/else вложенные управляющие структуры

возведение

второе уточнение выбор действие деление на ноль инициализация исключение goto итоговая сумма «конец ввода данных)> конеинн访 символ

контрольное значение крах программы линии перехода логическая ошибка мультипликативные операции «мусор» неопределенное повторение нефатальная ошибка неявное преобразование нисходящее пошаговое уточнение округление оператор goto операция декремента (—) операция инкремента (++) операция постдекремента операция постинкремента операция предекремента операция преинкремента операция приведения определенное повторение отказ программы

первое уточнение передача управления повторение повторение, управляемое счетчиком порядок действий последовательная структура последовательное выполнение пошаговое уточнение пробельные символы псевдокод.

пустой оператор (;) решение сигнальное значение символ действия символ завершения символ овала символ прямоугольника символ решения символ ромба символ стрелки символы блок-схемы синтаксическая ошибка составной оператор структура выбора if структура выбора if/else структура повторения while структура с двойным выбором структура с единичным выбором структура со множественным выбором структурное программирование структуры выбора структуры повторения суперпозиция управляющих структур счетчик тело цикла тернарная (трехместная) операция точность точность по умолчанию управление программой управляющая структура усечение

первое уточнение передача управления повторение повторение, управляемое счетчиком порядок действий последовательная структура последовательное выполнение пошаговое уточнение пробельные символы псевдокод.

пустой оператор (;) решение сигнальное значение символ действия символ завершения символ овала символ прямоугольника символ решения символ ромба символ стрелки символы блок-схемы синтаксическая ошибка составной оператор структура выбора if структура выбора if/else структура повторения while структура с двойным выбором структура с единичным выбором структура со множественным выбором структурное программирование структуры выбора структуры повторения суперпозиция управляющих структур счетчик тело цикла тернарная (трехместная) операция точность точность по умолчанию управление программой управляющая структура усечение

управляющие структуры с одним входом / одним выходомусловие завершения условная операция (?:) фаза завершения фаза инициализации фаза обработки фатальная ошибкауправляющие структуры с одним входом / одним выходомусловие завершения условная операция (?:) фаза завершения фаза инициализации фаза обработки фатальная ошибкафиктивное значение флаговое значение целочисленное деление циклчисло с плавающей точкой шагявное преобразованиефиктивное значение флаговое значение целочисленное деление циклчисло с плавающей точкой шагявное преобразование

управляющие структуры с одним входом / одним выходом

условие завершения условная операция (?:) фаза завершения фаза инициализации фаза обработки фатальная ошибка

управляющие структуры с одним входом / одним выходом

условие завершения условная операция (?:) фаза завершения фаза инициализации фаза обработки фатальная ошибка

фиктивное значение флаговое значение целочисленное деление цикл

число с плавающей точкой шаг

явное преобразование

фиктивное значение флаговое значение целочисленное деление цикл

число с плавающей точкой шаг

явное преобразование

Распространенные ошибки программирования

Пропуск одной или обеих фигурных скобок, ограничивающих составной оператор.

Помещение точки с запятой после условия в условной структуре приводит к логической ошибке в структурах if с одним выбором и к синтаксической ошибке в структурах if с двойным выбором.

Отсутствие в теле структуры while действия, которое в конечном итоге приводит к тому, что условие в структуре while становится ложным. Обычно такая структура повторения никогда не будет завершена — возникает ошибка, называемая «бесконечным циклом».

Написание ключевого слова while с W в верхнем регистре в виде While (не забывайте, что С является языком программирования, различающим регистр). Все зарезервированные ключевые слова языка С, такие как while, if и else, содержат только символы нижнего регистра.

Если счетчик или итоговая сумма не инициализированы, результаты работы вашей программы будут, по всей вероятности, некорректными. Это является примером логической ошибки.

Выбор в качестве контрольного такого значения, которое является допустимым значением данных.

Попытка деления на ноль, являющаяся причиной фатальной ошибки.

Указание точности для спецификации преобразования в строке управления форматом функции scanf является ошибочным. Точность используется только в спецификациях преобразования функции printf.

Предположение, что числа с плавающей точкой будут представлены в памяти компьютера с абсолютной точностью, может привести к неправильным результатам. На большинстве компьютеров числа с плавающей точкой представляются только приблизительно.

Попытка использовать операцию инкремента или декремента с выражением, отличным от простого имени переменной, вроде ++(х 4- 1), является синтаксической ошибкой.

Хороший стиль программирования

Единообразное применение разумных соглашений об отступах значительно повышает удобочитаемость программы. Мы предлагаем ис-

пользовать для отступа табуляцию фиксированного размера приблизительно в 1/4 дюйма или три пробела.

Псевдокод часто используется для «продумывания» программы в процессе ее проектирования. Затем программа на псевдокоде преобразуется в программу на С.

Делайте отступы для обеих групп операторов структуры if/else.

При наличии нескольких уровней отступов отступы для каждого уровня должны содержать одно и то же количество дополнительных пробелов.

Некоторые программисты предпочитают вводить начальную и завершающую фигурные скобки в составных операторах до начала ввода операторов внутри фигурных скобок. Это помогает избежать пропусков одной или обеих фигурных скобок.

Инициализируйте счетчики и итоговые суммы.

При выполнении деления на выражение, значение которого может быть нулем, явно осуществляйте проверку этого случая и обрабатывайте его соответствующим образом (например, выводите сообщение об ошибке), и не допускайте возникновения фатальной ошибки.

В цикле, управляемом контрольным значением, подсказки для запроса ввода данных должны явно напоминать пользователю, чему равно это значение.

Не проверяйте на равенство значения с плавающей точкой.

Унарные операции следует помещать непосредственно рядом с их операндами без разделительных пробелов.

Стандартом ANSI в общем случае не специфицируется порядок, в котором будут оцениваться операнды той или иной операции (хотя в главе 4 мы увидим, что для некоторых операций из этого правила существуют исключения). Поэтому программист должен избегать команд с операциями инкремента или декремента, в которых некоторая переменная подвергается их воздействию более одного раза.

Советы по повышению эффективности

Инициализация переменных при их объявлении уменьшает время выполнения программы.

Выражение с операцией присваивания (например, с += 3) компилируется быстрее, чем эквивалентное раскрытое выражение (с = с + 3), поскольку переменная с в первом выражении оценивается только один раз, в то время как во втором выражении она оценивается дважды.

Многие из советов по повышению эффективности, которые мы даем в этой книге, приводят к незначительным на первый взгляд улучшениям, поэтому у читателя может возникнуть искушение игнориро-

вать их. Дело в том, что заставить программу выполняться значительно быстрее может только совокупный эффект от всех этих мер по повышению эффективности. Кроме того, значительное улучшение достигается при внесении вроде бы незначительного усовершенствования в цикл, который может повторяться большое количество раз.

Общие методические замечания

Составной оператор может быть помещен в любое место программы, где может стоять простой оператор.

Подобно тому, как составной оператор можно помещать всюду, где может быть помещен простой оператор, так же возможно не помещать там никакого оператора вообще, то есть использовать пустой оператор. Пустой оператор представляется помещением точки с запятой (;)на место, обычно занимаемое некоторым оператором.

Каждое уточнение, так же как и сам верхний уровень, представляет собой полную спецификацию алгоритма; меняется только уровень детализации.

Многие программы логически могут быть разделены на три этапа: этап инициализации, на котором происходит инициализация переменных программы; этап обработки, на котором происходит ввод данных и соответствующая настройка переменных программы; и этап завершения работы программы, на котором происходит вычисление и вывод окончательных результатов.

Программист завершает процесс нисходящего пошагового уточнения в тот момент, когда алгоритм на псевдокоде специфицирован достаточно подробно для того, чтобы программист мог преобразовать псевдокод в программу на С. Реализация программы на С в этом случае обычно не вызывает затруднений.

Опыт показывает, что наиболее трудной частью решения задачи на компьютере является разработка алгоритма ее решения. Как только соответствующий алгоритм построен, процесс написания работающей программы на С обычно не вызывает затруднений.

Многие программисты пишут программы, никогда не пользуясь никакими инструментами разработки программ типа псевдокода. Они полагают, что поскольку их конечной целью является решение задачи на компьютере, написание псевдокода только задерживает производство конечного продукта.

Упражнения для самоконтроля

Ответьте на каждый из следующих вопросов.

Процедура решения задачи в виде действий, которые надлежит выполнить, и порядка, в котором эти действия должны быть выполнены, называется .

Задание порядка, в котором компьютер выполняет операторы, называется・

Все программы могут быть написаны с использованием трех управляющих структур: , и .

Структура выбора используется для выполнения некоторого действия в случае истинности условия и для выполнения другого действия в случае его ложности.

Несколько операторов, сгруппированных вместе в фигурных скобках ({ и }), называются .

Структура повторения специфицирует многократное выполнение оператора или группы операторов, пока некоторое условие остается истинным.

Повторение набора команд определенное число раз называется повторением, .

Если заранее неизвестно, сколько раз будет повторено некоторый набор операторов, то для завершения повторения может быть использовано значение.

Напишите четыре различных оператора С, каждый из которых прибавляет 1 к целочисленной переменной х.

Напишите одиночный оператор С для выполнения каждой из следующих задач:

Присвойте сумму х и у переменной z и увеличьте значение переменной х на 1 после проведения вычисления.

Умножьте значение переменной product на 2, используя операцию

Умножьте значение переменной product на 2, используя операции ==и *.

Проверьте, является ли значение переменной count больше 10. Если является, выведите на экран «Значение переменной count больше 10».

Уменьшите значение переменной х на 1, затем вычтите его из переменной total.

Прибавьте значение переменной х к переменной total, затем уменьшите х на 1.

Вычислите остаток от деления переменной q на значение переменной divisor и присвойте результат переменной q. Напишите этот оператор двумя различными способами.

Выведите значение 123.4567 с точностью до 2 знаков. Какое значение будет выведено?

Выведите значение с плавающей точкой, равное 3.14159, с тремя знаками после десятичной точки. Какое значение будет выведено?

Напишите оператор С для выполнения каждой из следующих задач.

Объявите переменные sum и х с типом int.

Инициализируйте переменную х единицей.

Инициализируйте переменную sum нулем.

Прибавьте переменную х к переменной sum и присвойте результат переменной sum.

Выведите на экран строку «Сумма равна: », за которой следует значением переменной sum.

Объедините операторы, которые вы написали в упражнении 3.4, в программу, которая вычисляет сумму целых чисел от 1 до 10. Используйте структуру while для выполнения в цикле указанного вычисления и инкрементных операций. Цикл должен завершиться, когда значение переменной х станет равным 11.

Определите значение каждой из переменных после выполнения вычисления. Предположите, что перед началом выполнения каждого оператора все переменные равны 5.

product *= х++;

result = ++х + х;

Напишите одиночный оператор С, который

Вводит целочисленную переменную х с помощью scanf.

Вводит целочисленную переменную у с помощью scanf.

Инициализирует целочисленную переменную i единицей.

Инициализирует целочисленную переменную power единицей.

Умножает переменную power на х и присваивает результат переменной power.

Увеличивает переменную у на 1.

Проверяет переменную у, чтобы выяснить, является ли она меньшей или равной х.

Выводит целочисленную переменную power с помощью printf.

Напишите программу на С, которая использует операторы упражнения 3.7 для расчета значения х в степени у. Программа должна включать управляющую структуру повторения while.

Найдите и исправьте ошибки в каждом из следующих случаев:

while (с <= 5) { product *= с; ++с;

scanf("%.4f", &value);

if (gender == 1)

printf("Woman\n");

else;

printf("Man\n");

Что неправильно в следующей структуре повторения while?

while (z >= 0) sum += z;

Ответы на упражнения для самоконтроля

а) Алгоритмом. Ь) Программным управлением, с) Последователь - ность, выбор, повторение, d) if/else. е) Составным оператором, f) while, g) Управляемым счетчиком, h) Контрольное.

х = х + 1 ；

X += 1;

+ + Х；

Х++；

33 a) z = х++ + у；

product *= 2;

product = product * 2;

if (count > 10)-

printf ("Count is greater than 10.\n");

total --X;

total += X--;

q 8= divisor; q = q %= divisor;

printf("%.2f'\ 123.4567);

На экран выводится 123.46.

printf ("%.3f\n", 3.14159);

На экран выводится 3.142.

a) int sum, x;

x = 1;

sum = 0;

sum += x; or sum = sum + x;

printf("The sum is: %d\n", sum);

/* Вычисляет сумму целых чисел от 1 до 10

#include <stdio.h>

main () {

int sum, x;

x = 1;

sum = 0;

while (x <= 10) { sum += x;

+ + x;

printf ("The sum is: %d\n", sum); }

a) product = 25, x = 6;

b) result = 12, x = 6;

a) scanf(n%d", &x)；

scanf("%d", &y);

i = 1;

power = 1 ；

power *= х；

У+ + ；

if(у <= x)

printf ("%d", power);

/* возводит x в степень у */ ^include <stdio.h>

main ()

int x,у,i,power;

power - 1;

scanf(”Zd”， &x);

scanf (%"d", &y);

while (i <= у) { power *= x; + + i；

printf ("%d",power);

return 0;

}

а) Ошибка: отсутствие завершающей правой фигурной скобки в теле структуры while.

Исправление: добавьте завершающую правую фигурную скобку после оператора ++с;.

Ошибка: точность, используемая в спецификации преобразования функции scanf.

Исправление: удалите .4 из спецификации преобразования.

Ошибка: помещение точки с запятой после ветви else структуры if/else приводит к логической ошибке. Второй оператор printf будет выполняться всегда.

Исправление: удалите точку с запятой после else.

Значение переменной z ни разу не изменяется в структуре while. Следовательно, возникает бесконечный цикл. Для недопущения бесконечного цикла переменная z должна уменьшаться, так чтобы в конечном итоге ее значение стало равно 0.

Упражнения

Найдите и исправьте ошибки в каждом из следующих случаев (Замечание: в каждом фрагменте кода может быть более одной ошибки):

if (age >= 65);

printf ("Age is greater than or equal to 65\n");

else

printf ("Age is less than 65\n“)；

int х = 1, total; while (х <=10) { total += x;

+ + x;

c) While (x <= 100)

total =+ x;

+ + x;

d) while (у > 0) { printf("%d\n", y) + + y；

Заполните пропуски в каждом из следующих утверждений:

Решение любой задачи включает выполнение ряда действий в определенном .

Синонимом для процедуры является .

Переменная, в которой накапливается сумма нескольких чисел, называется .

Процедура присвоения некоторым переменным определенных значений в начале программы называется .

Специальное значение, используемое для указания на «конец ввода данных», называется, , или значением.

является графическим представлением алгоритма.

В блок-схеме порядок, в котором должны выполняться шаги алгоритма, обозначается символами .

Конечный символ указывает на и любого

алгоритма.

Символы прямоугольников соответствуют вычислениям, которые обычно выполняются с помощью операторов, и операциям ввода/вывода, которые обычно выполняются путем обращений к стандартным библиотечным функциям и.

Элемент, который помещается внутри символа принятия решения, называется .

Что выводит следующая программа?

main ()

{

int х = 1, total = 0, у;

while (х <= 10) {

У = х * х;

printf ( "%d\n"Л у);

total += у;

++х;

}

printf ("Total is %d\n", total);

return 0;

}

Напишите одиночные операторы псевдокода, которые соответствуют каждому из следующих действий:

Отобразите на экране сообщение «Введите два числа».

Присвойте сумму переменных х, у и z переменной р.

Следующее условие должно быть проверено в структуре выбора if/else: текущее значение переменной m больше удвоенного текущего значения переменной v.

Введите значения для переменных s, г и t с клавиатуры.

Сформулируйте алгоритм на псевдокоде для каждого из следующих действий:

Введите с клавиатуры два числа, вычислите их сумму и отобразите результат вычислений.

Введите с клавиатуры два числа, определите и отобразите на экране, какое (если какое-то) из этих двух чисел больше.

Введите с клавиатуры последовательность положительных чисел, определите и отобразите на экране сумму этих чисел. Предположите, что пользователь вводит контрольное значение -1 для указания на «конец ввода данных».

Установите, какие из следующих высказываний являются истинными и какие —— ложными. Если утверждение является ложным, объясните почему.

Опыт показывает, что наиболее трудной частью решения задачи на компьютере является создание работающей программы на С.

В качестве контрольного должно использоваться значение, которое нельзя спутать с допустимым значением данных.

Линии перехода указывают на действия, подлежащие выполнению.

Условия, записываемые внутри символов принятия решения, всегда содержат арифметические операции (т.е. +, -, *, / и %).

При нисходящем пошаговом уточнении каждое уточнение является полным представлением алгоритма.

Для упражнений с 3.17 по 3.21 выполните каждый из следующих шагов:

Прочитайте постановку задачи.

Сформулируйте алгоритм, используя для этого псевдокод и нисходящее пошаговое уточнение.

Напишите программу на С.

Протестируйте, отладьте и выполните программу на С.

Из-за высокой цены на бензин водители интересуются пробегом своих автомобилей. Некий водитель отследил несколько заправок своего автомобиля, записывая пройденное расстояние в милях и объем каждой заправки в галлонах. Разработайте программу на С для ввода пройденного расстояния в милях и объема каждой заправки в галлонах. Программа должна вычислять и отображать на экране количество пройденных миль на галлон для каждой заправки автомобиля. После обработки всей входной информациипрограмма должна

вычислить и вывести общее количество пройденных миль на галлон по всем заправкам.

Введите расход бенэина (-1, если ввод закончен): 12.8

Введите пройденный путь: 287

Для этой эаправки получено миль/галлон 22.421875

Введите расход бензина (-1, если ввод закончен)： 10.3

Введите пройденный путь: 200

Для этой заправки получено миль/галлон 19.417475

Введите расход бенэина (-1, если ввод закончен): 5

введите пройденный путь: 120

Для этой заправки получено миль/галлон 24.000000

Введите расход бензина (-1, если ввод закончен)： -1

Среднее число миль/галлон 21.601423

Разработайте программу на С, которая будет определять, превысил ли тот или иной покупатель универмага предельный размер кредита на своем расчетном счете. Для каждого покупателя доступна следующая информация:

Номер счета

Баланс на начало месяца

Общее сумма по всем статьям расхода для данного покупателя в этом месяце

Общее сумма всех кредитов, отнесенный на счет данного покупателя в этом месяце

Допустимый предельный размер кредита

Программа должна вводить все эти данные, вычислять новый баланс (=начальный баланс + расходы - кредит) и определять, превышает ли новый баланс предельный размер кредита покупателя. Для тех покупателей, чей предельный размер кредита превышен, программа должна отображать на экране номер счета покупателя, предельный размер кредита, новый баланс и сообщение «Предельный размер кредита превышен».

Введите номер счета (-1, если ввод закончен): 100

Введите начальный баланс: 5394.78

Введите общую сумму расходов: 1000.00

Введите общую сумму кредита: 500.00

Введите предельный размер кредита: 5500.00

Счет: 100

Предельный размер кредита: 5500.00

Баланс: 5894.78

Предельный размер кредита превышен.

Введите номер счета (-1, если ввод закончен); 200

Введите начальный баланс: 1000.00

Введите общую сумму расходов: 123.45

Введите общую сумму кредита: 321.00

Введите предельный размер кредита: 1500.00

5 Зак. 801

Введите номер счета (-1, если ввод закончен): 300

Введите начальный баланс: 500.00

Введите общую сумму расходов: 274.73

Введите общую сумму кредита: 100.00

Введите предельный размер кредита: 80

Введите номер счета (-1, если ввод закончен): -1

Некая крупная химическая компания платит своим продавцам на основе комиссионных вознаграждений. Продавцы получают $200 в неделю плюс 9 процентов от их валовых продаж за эту неделю. Например, продавец, реализующий за неделю химических препаратов на $5000, получает $200 плюс 9 процентов от $5000, или в сумме $650. Разработайте программу на С для ввода валовых продаж для каждого продавца за последнюю неделю и расчета и отображения на экране заработка этого продавца. Обрабатывайте за один раз данные

для одного продавца.

(-1, если ввод закончен):(-1, если ввод закончен):(-1, если ввод закончен):(-1, если ввод закончен):(-1, если ввод закончен):(-1, если ввод закончен):Введите сумму продаж в долларах

(-1, если ввод закончен):

(-1, если ввод закончен):

(-1, если ввод закончен):

(-1, если ввод закончен):

(-1, если ввод закончен):

(-1, если ввод закончен):

5000.00

Зарплата: $650.00

Введите сумму продаж в долларах

1234.56

Зарплата: $311.11

Введите сумму продаж в долларах 1088.89

Зарплата: $298.00

Введите сумму продаж в долларахВведите сумму продаж в долларах(-lz(-lzесли ввод закончен)если ввод закончен)-1-1

Введите сумму продаж в долларах

Введите сумму продаж в долларах

(-lz

(-lz

если ввод закончен)

если ввод закончен)

-1

-1

Простые проценты по ссуде рассчитываются по формуле

interest = principal * rate * days / 365

В предыдущей формуле принимается, что rate является процентной ставкой за год и поэтому включает деление на 365 (дней). Разработайте программу на С, которая будет вводить значения principal, rate и days для нескольких ссуд и будет вычислять и отображать на экране простые проценты по каждой ссуде, используя для этого предыдущую формулу.

Введите основную сумму ссуды (-1, если ввод закончен): 1000.00

Введите процентную ставку: .1

Введите срок ссуды в днях: 365

Выплаты по простым процентам составляют $100.00

Введите основную сумму ссуды (-1, если ввод закончен): 1000.00

Введите процентную ставку: .08375

Введите срок ссуды в днях: 224

Выплаты по простым процентам составляют $51.40

Введите основную сумму ссуды (-1, если ввод закончен): 10000.00

Введите процентную ставку: .09

Введите срок ссуды в днях: 1460

Выплати по простым процентам составляют $3600.00

Введите основную сумму ссуды (-1, если ввод закончен)： 一工

Разработайте программу на С для определения общей зарплаты для каждого из нескольких служащих. Компания платит «обычную зарплату» за первые 40 часов, отработанных каждым служащим, и «полуторную зарплату» за все время, отработанное сверх 40 часов. Вам предоставлены список служащих компании, число часов, отработанных каждым служащим за последнюю неделю, и почасовой тариф каждого служащего. Ваша программа должна ввести для каждого служащего эту информацию и определить и отобразить на экране его общую зарплату.

Введите # отработанных часов (-1, если ввод закончен): 39

Введите почасовой тариф работника ($00.00): 10.00 Зарплата составляет $390.00

Введите # отработанных часов (-1, если ввод закончен): 40

Введите почасовой тариф работника ($00.00): 10.00 Зарплата составляет $400.00

Введите # отработанных часов (-1, если ввод закончен): 41

Введите почасовой тариф работника ($00.00): 10.00 Зарплата составляет $415.00

-1-1Введите # отработанных часов (Т, если ввод закончен)

-1

-1

Напишите программу на С, показывающую различие между операциями предекремента и постдекремента, используя для этого операцию декремента —.

Напишите программу на С, которая выводит в цикле числа от 1 до 10, располагая их бок о бок в одной и той же строке и разделяя тремя пробелами.

Процесс нахождения наибольшего числа (т.е. максимума группы чисел) часто используется в компьютерных приложениях. Например, программа для определения победителя конкурса продаж вводит количество единиц товара, проданных каждым продавцом. Продавец, реализовавший наибольшее количество единиц товара, побеждает в конкурсе. Напишите программу на псевдокоде, а затем программу на С для ввода серии из 10 чисел и определения и вывода на печать наибольшего из этих чисел. Подсказка: ваша программа должна использовать такие переменные:

counter; счетчик до 10 (т.е. для отслеживания количества введенных чисел и определения момента, когда обработаны все 10 чисел), number; текущее число, введенное в программу.

largest; наибольшее число, найденное до сих пор.

3.25. Напишите программу на С, которая выводит в цикле следующую

таблицу значений:

1000*N

N

10*N

100*N

1

10

100

1000

2

20

200

2000

3

30

300

3000

4

40

400

4000

5

50

500

5000

6

60

600

6000

7

70

700

7000

8

80

800

8000

9

90

900

9000

10

100

1000

10000

Для отделения столбцов табуляциями в операторе printf может быть использован символ табуляции \t.

3.26. Напишите программу на С, которая порождает в цикле следующую

таблицу значений:

AA+2A+4

A+6

357

6810

91113

121416

151719

9

12

15

18

21

Применяя подход, аналогичный применявшемуся в упражнении 3.24, найдите из 10 чисел два наибольших значения. Замечание: вы можете вводить каждое число только один раз.

Измените программу на рис. 3.10 так, чтобы она проверяла правильность своих входных данных. После ввода любого значения, отличного от 1 или 2, продолжайте выполнение цикла до тех пор, пока пользователь не введет правильного значения.

Что выводит следующая программа?

#include <stdio.h>.

main ()

{

int count = 1;

while (count <= 10) {

printf (,f%s\nnz count % 2 ? "****" :" + + + + + + + + ”)； ++count;

■ return 0;

Что выводит следующая программа?

#include <stdio.h>

main ()

int row = 10, column;

while (row >= 1) { column = 1;

while (column <= 10) {

printf ("%s", row % 2 ? ”<” :">");

++column;

}

--row;

printf"\п");

return 0;

(Проблема висящего else) Определите результаты вычислений для каждого из следующих фрагментов кода, когда х равен 9 и у равен 11, и когда х равен 11 и у равен 9. Обратите внимание, что компилятор игнорирует отступы в программе на С. Кроме того, компилятор С всегда ассоциирует else с последним предшествующим ему if, если не указано иначе посредством фигурных скобок {}. Поскольку на первый взгляд программист может и не быть уверенным, какому if соответствует данный else, это получило название проблемы «висящего else». Мы удалили отступы из следующего кода, чтобы еще больше усложнить задачу. (Подсказка: примените соглашения об отступах, которые вы изучили.)

if (х < 10)

if (у > 10)

printf ("*****\n");

else

printf ("#####\n");

printf (“$$$$$\n");

if (x < 10) {

if (y > 10)

printf★、口”)；

} else {

printf ("#####\n");

printf ("$$$$$\n");

(Еще одна проблема висящего else) Измените следующий код для получения показанного вывода. Используйте соответствующие методы выравнивания. Возможно, вам не придется делать никаких изменений, кроме вставки фигурных скобок. Компилятор игнорирует выравнивание в программах на С. Мы удалили из кода отступы, чтобы еще больше усложнить задачу. Замечание: возможно, не потребуется никаких изменений.

i f (у == 8)

if (х == 5)

printf ("@@@@@\口") else .

printf ("#####\n"); printf ("$$$$$\n"); printf ("&&&&&\n");

В предположении, что x = 5 и у = 8, программа должна вывести:

@@@@@

$$$$$

&&&&&

В предположении, что х = 5 и у = 8, программа должна вывести: @@@@@

В предположении, что х = 5 и у = 8, программа должна вывести: @@@@@

&&&&&

В предположении, что х — 5 и у = 7, должен быть получен следующий вывод. Замечание: все три последних оператора printf являются частью составного оператора.

##### $$$$$ &&&&&

Напишите программу, которая считывает размер стороны квадрата и затем выводит этот квадрат в виде звездочек. Ваша программа должна работать для всех квадратов с размерами сторон между 1 и 20. Например, если ваша программа считывает размер, равный 4, она должна вывести

**** **** **** ****

Измените программу, которую вы написали в упражнении 3.33 так, чтобы она выводила полый квадрат. Например, если ваша программа считывает размер, равный 5, она должна вывести ★ ★ ★ ★ ★ *****

Палиндромом называется число или фраза текста, которая читается одинаково как слева направо, так и в обратном порядке. Например, каждое из следующих пятизначных целых чисел является палиндромом: 12321, 55555, 45554 и 11611. Напишите программу, которая считывает пятизначное целое число и определяет, является ли оно палиндромом. (Подсказка: примените операции деления и взятия по модулю для разложения числа на отдельные цифры.)

Введите целое число, содержащее только 0 и 1 (т.е. «двоичное» целое число) и выведите его десятичный эквивалент. (Подсказка: примените операции деления и взятия по модулю для отделения справа налево одного за другим разрядов «двоичного» числа. Подобно тому, как в десятичной системе счисления цифра самого правого разряда имеет позиционное значение 1, следующая из оставшихся цифр имеет позиционное значение 10, потом 100, потом 1000 и т.д,, в системе двоичного счисления цифра самого правого разряда имеет позиционное значение 1, следующая из оставшихся цифр имеет позиционное значение 2, потом 4, потом 8 и т.д. Таким образом, десятичное число 234 может быть интерпретировано как 4*1 + 3* 10+ 2* 100. Десятичным эквивалентом двоичного 1101 является 1*1 + 0 *2 + 1*4 丄 1 决 а тл-тттл- 1 亠 С 亠 4 + X、ИЛИ 13.)

Мы все время слышим о том, как быстры компьютеры. Каким образом вы можете определить, насколько быстро в действительности функционирует ваша собственная машина? Напишите программу с циклом while, который считает от 1 до 3 000 000 с шагом 1. Всякий раз, когда результат счета становится кратным 1 000 000, выводите это значение на экран. По своим часам рассчитайте время, требуемое для выполнения каждого миллиона повторений цикла.

Напишите программу, которая выводит 100 звездочек, по одной за один раз. После каждой десятой звездочки ваша программа должна выводить символ новой строки. (Подсказка: считайте от 1 до 100. ■ Примените операцию взятия по модулю для распознавания всех случаев, когда счетчик становится кратным 10.

Напишите программу, которая считывает целое число и определяет (выводя результат на печать), сколько цифр в этом числе равно 7.

Напишите программу, которая отображает на экране следующий рисунок шахматной доски: ★ ★★*★★★★ *★★★★★★★ ★ ★★★★★★★ ★ ★★★★★★★

Ваша программа может использовать только три оператора printf, один в виде

printf { ”* ”)；

другой

printf (";

и третий

printf ("\n");

Напишите программу, которая последовательно выводит числа, кратные целому числу 2, а именно 2, 4, 8, 16, 32, 64 и т.д. Ваш цикл не должен завершаться (т. е. вы должны создать бесконечный цикл). Что произойдет, когда вы будете выполнять эту программу?

Напишите программу, которая считывает радиус круга (в виде значения типа float), вычисляет и выводит значения его диаметра, периметра и площади. Примите для 冗 значение 3.14159.

Что неправильно в следующем операторе? Перепишите оператор, чтобы он выполнял то, что, возможно, хотел сделать программист.

printf (”^d”, +十(х + у));

Напишите программу, которая считывает три ненулевых значения типа float и определяет, могут ли они представлять стороны треугольника, выводя результат на экран.

Напишите программу, которая считывает три ненулевых целых числа и определяет, могут ли они быть сторонами прямоугольного треугольника, выводя результат на экран.

Компании необходимо передавать данные по телефону, но есть опасение, что телефоны могут прослушиваться. Все данные передаются в виде четырехзначных целых чисел. Представители компании попросили вас написать программу для шифровки их данных, чтобы сделать их передачу более надежной. Ваша программа должна считывать четырехзначное целое число и шифровать его следующим образом: «Заменить каждую цифру значением (суммы этой цифры и 7) по модулю 10. Затем поменять местами первую цифру и третью, вторую цифру и четвертую». Затем вывести зашифрованное целое число. Напишите отдельную программу, которая вводит зашифрованное четырехзначное целое число и дешифрует его, воссоздавая первоначальное число.

Факториал неотрицательного целого числа п записывается в виде л! (произносится «п факториал») и определяется следующим образом: тг! = /г ■ (п - 1) ■ (п - 2) К1 (для значений п, больших или равных 1)

и

п! = 1 (для %=0).

Например, 5!=5-4-3-21, что равняется 120.

Напишите программу, которая считывает неотрицательное целое число, вычисляет и выводит его факториал.

Напишите программу, которая оценивает значение математической константы е по формуле:

1 1 1

Напишите программу, которая вычисляет значение е“ по формуле

ех =1 + —+ —+ —+К

1! 2!3!

глава

Управление программой

Цели

Научиться применению структур повторения for и do/while.

Изучить структуру множественного выбора switch.

Научиться применению операторов управления break и continue.

Освоить использование логических операций.

Содержание

Введение

Основы структур повторения

Повторение, управляемое счетчиком

Структура повторения for

Структура for: замечания и рекомендации

Примеры использования структуры for

Структура со множественным выбором switch

Структура повторения do/while

Операторы break и continue

Логические операции

Смешивание операций равенства (==) и присваивания (=)

Краткая сводка по структурному программированию

Резюме • Распространенные ошибки программирования • Хороший стиль программирования • Советы по повышению эффективности • Советы по переносимости программ • Общие методические замечания • Упражнения для самоконтроля • Ответы к упражнениям для самоконтроля • Упражнения

Введение

К настоящему моменту читатель должен чувствовать себя уверенно в написании простых, но вместе с тем законченных программ на языке С. В этой главе будет более подробно рассмотрено повторение, в частности, будут представлены дополнительные управляющие структуры повторения, а йменно структура for и структура do/while. Будет введена структура со множественным выбором switch. Мы обсудим оператор break для безотлагательного и быстрого выхода из некоторых управляющих структур и оператор continue для пропуска оставшихся операторов тела структуры повторения и перехода к следующей итерации цикла. В этой главе обсуждаются логические операции, используемые для объединения условий, а заканчивается она кратким обзором принципов структурного программирования, представленных в главах 3 и 4.

Основы структур повторения

Большинство программ содержит повторение, т.е. циклы. Цикл —— это группа команд, многократно выполняемых компьютером, пока некоторое условие продолжения цикла остается истинным. До сих пор мы обсудили два способа повторений:

Повторение, управляемое счетчиком

Повторение, управляемое контрольным значением

Повторение, управляемое счетчиком, иногда называют определенным повторением, поскольку мы в точности знаем заранее, сколько раз будет выполнен цикл. Повторение, управляемое контрольным значением, иногда называют неопределенным повторением, поскольку заранее неизвестно, сколько раз потребуется выполнить цикл.

В повторении, управляемом счетчиком, для подсчета числа повторений используется управляющая переменная. Управляющая переменная увеличивается (обычно на 1) всякий раз, когда выполняется тело цикла. Когда значение управляющей переменной показывает, что было выполнено соответствующее число повторений, цикл завершается, и компьютер продолжает выполнение программы с оператора, следующего за структурой повторения.

Контрольные значения используются для управления повторением в тех случаях, когда:

Заранее неизвестно точное число повторений, и

Цикл содержит операторы, которые получают данные при каждом выполнении цикла.

Контрольное значение служит признаком «конца данных». Оно вводится после того, как в программу были переданы все обычные элементы данных. Контрольные значения должны отличаться от возможных значений данных.

Повторение, управляемое счетчиком

Для повторения, управляемого счетчиком, требуется:

Имя управляющей переменной (или счетчика цикла).

Начальное значение управляющей переменной.

Значение инкремента (приращения со знаком плюс) или декремента (приращения со знаком минус), на которое управляющая переменная изменяет свое значение после каждого выполнения цикла.

Условие, в котором происходит проверка на конечное значение управляющей переменной (т.е. должно ли продолжаться выполнение цикла).

Рассмотрим простую программу, показанную на рис. 4.1, которая выводит числа от 1 до 10. Объявление

int counter = 1 ；

именует управляющую переменную (counter), объявляет ее целым числом, резервирует для нее память и присваивает ей начальное значение, равное 1. Это объявление не является исполняемым оператором.

/* Повторение, управляемое счетчиком */

#include <stdio.h>

main ()

int counter = 1;/* инициализация */

while (counter <= 10) {/* условие повторения

printf("%d\n", counter);

++counter;/* приращение */

return 0;

1

2

3

4

5

6

10

Рис. 4.1. Повторение, управляемое счетчиком

Объявление и инициализация счетчика могли бы быть выполнены с помощью операторов

int counter;

counter = 1;

Объявление не является исполняемым оператором, но присваивание является таковым. Мы используем оба метода инициализации переменных.

Оператор

+ counter;

увеличивает счетчик цикла на 1 при каждом выполнении цикла. Условие продолжения цикла структуры while проверяет, является ли значение управляющей переменной меньшим или равным 10 (это последнее значение, для которого условие истинно). Обратите внимание, что тело этого цикла while выполняется и в том случае, когда управляющая переменная равна 10. Цикл завершается, когда управляющая переменная становится больше 10 (т.е. переменная counter становится равной 11).

Программирующие на С сделали бы программу на рис. 4.1 более краткой, инициализировав переменную counter значением 0 и заменив структуру while на while (++counter <- 10) printf(“％d\n”，counter);

Этот код экономит один оператор, поскольку приращение выполняется непосредственно в условии структуры while перед его проверкой. Кроме того, здесь устранены фигурные скобки вокруг тела структуры while, поскольку while теперь содержит только один оператор. Написание кода в такой сжатой манере требует некоторой практики.

Распространенная ошибка программирования 4.1

Ввиду того, что значения с плавающей точкой могут быть неточными, управление циклами со счетчиком при помощи переменных с плавающей точкой может привести к неточным значениям счетчика и ошибочным результатам проверки на окончание цикла.

Хороший стиль программирования 4.1

Управляйте циклами со счетчиком с помощью целочисленных значений.

Хороший стиль программирования 4.2

Делайте отступы для операторов в теле каждой управляющей структуры.

Хороший стиль программирования 4.3

Помещайте пустую строку до и после каждой управляющей структуры большого размера для выделения ее в тексте программы.

Хороший стиль программирования 4.4

Слишком большое число уровней вложенности может сделать программу трудной для понимания. Пытайтесь избегать использования более трех уровней вложенности.

Хороший стиль программирования 4.5

Сочетание междустрочного интервала до и после управляющих структур и отступов в теле управляющих структур в пределах их заголовков придает программам двумерный вид, который значительно повышает их удобочитаемость.

Структура повторения for

Структура повторения for автоматически контролирует все детали повторения, управляемого счетчиком. Для иллюстрации всей мощи цикла for давайте перепишем программу на рис. 4.1. Результат показан на рис. 4.2.

Программа работает следующим образом. Когда структура for начинает выполняться, управляющая переменная counter инициализируется значением 1. Затем проверяется условие продолжения цикла counter <= 10. Поскольку начальное значение переменной counter равно 1, условие удовлетворяется и оператор printf выводит значение переменной counter, а именно 1.

Затем в выражении counter++ происходит приращение управляющей переменной counter и снова начинается выполнение цикла с проверки условия его продолжения. Поскольку управляющая переменная теперь равна 2, конечное значение не превышено, и поэтому программа снова выполняет оператор printf. Этот процесс продолжается до тех пор, пока управляющая переменная counter не увеличивается до ее конечного значения 11 ——это приводит к неудаче при проверке условия продолжения цикла, и повторение завершается. Выполнение программы продолжается с первого оператора после структуры for (в нашем случае с оператора return в конце программы).

/к Повторение, управляемое счетчиком с использованием структуры for */

#include <stdio.h>

main ()

int counter = 1;

/* инициализация, условие повторения и приращение /к все они включены в заголовок структуры for */ for (counter 二 1; counter <= 10; couDter++)

printf("%d\n", counter);

return 0;

Рис. 4.2. Повторение, управляемое счетчиком с использованием структуры for

На рис. 4.3 более подробно рассмотрена структура for, представленная на рис. 4.2. Обратите внимание, что структура for «делает всю работу» — в ней специфицированы все элементы, необходимые для повторения, управляемого счетчиком с использованием управляющей переменной. Если в теле цикла for содержится более одного оператора, для определения тела цикла требуются фигурные скобки.

Обратите внимание, что на рис. 4.2 используется условие продолжение цикла counter v= 10. Если бы программист по ошибке написал counter < 10, то цикл был бы выполнен только 9 раз. Это является распространенной логической ошибкой, называемой ошибкой смещения счетчика.

Распространенная ошибка программирования 4.2

Использование неправильной операции отношения или неправильного конечного значения счетчика цикла в условии структур while или for может привести к ошибке смещения счетчика.

Хороший стиль программирования 4.6

Использование конечного значения в условии структур while или for и операции отношения <=помогает избежать ошибок сдвига счетчика. Например, для цикла, используемого для вывода значений от 1 до 10, условием продолжения цикла должно быть counter v= 10, а не counter < 11 или counter < 10.

ИмяКонечное значениеуправляющейуправляющейпеременнойпеременнойИмяКонечное значениеуправляющейуправляющейпеременнойпеременной

ИмяКонечное значение

управляющейуправляющей

переменнойпеременной

ИмяКонечное значение

управляющейуправляющей

переменнойпеременной

(int counter - 1; counter <« 10; counter++)

Ключевое слово forКлючевое слово forНачальное значение управляющей переменнойНачальное значение управляющей переменнойПриращение управляющей переменнойПриращение управляющей переменной

Ключевое слово for

Ключевое слово for

Начальное значение управляющей переменной

Начальное значение управляющей переменной

Приращение управляющей переменной

Приращение управляющей переменной

Рис. 4.3. Компоненты типичного заголовка структуры for

Общий формат структуры for

for (выражение!; выражение2; выражение 3) оператор

где выражение! инициализирует переменную управления циклом, выраже- ние2 является условием продолжения цикла и выражениеЗ служит для приращения управляющей переменной. В большинстве случаев структура for может быть представлена эквивалентной структурой while следующим образом:

выражение!;

while (выражение2) { оператор выражениеЗ;

Из этого правила есть исключение, которое мы обсудим в разделе 4.9.

Часто выражение! и выражениеЗ являются списками выражений, разделенных запятыми. Запятые здесь на самом деле являются операциями-запятыми, которые гарантируют, что списки выражений будут оцениваться слева направо. Значением и типом списка выражений, разделенных запятыми, являются значение и тип самого правого выражения в списке. Операция-запятая чаще всего используется в структуре for. Ее основным назначением является реализация множественной инициализации и/или нескольких выражений приращения. Например, в одной структуре for могут быть две управляющих переменных, которые должны инициализироваться и получать приращение.

Хороший стиль программирования 4.7

Помещайте в разделы инициализации и приращения структуры for только выражения, включающие управляющие переменные. Манипуляции с другими переменными должны производиться либо перед циклом (если они выполняются только один раз, как операторы инициализации), либо в теле цикла (если они выполняются по одному разу за повторение, как операторы инкремента или декремента).

Все три выражения в структуре for являются необязательными. Если опущено выражение?, С предполагает, что условие истинно, и возникает бесконечный цикл. Выражение! может быть опущено, если управляющая переменная инициализируется в другом месте программы. ВыражениеЗ может опускаться, если операторы приращения находятся в теле структуры for или если приращение вообще не требуется. Выражение приращения в структуре for действует подобно автономному оператору С в конце тела цикла for. Поэтому все нижеследующие выражения counter = counter + 1 counter += 1 ++counter counter++

в блоке приращения структуры for являются эквивалентными. Многие программирующие на С предпочитают форму counter++, так как приращение происходит после выполнения тела цикла. Поэтому постинкрементная форма представляется более естественной. Поскольку переменная, получающая здесь приращение в преинкрементной или постинкрементной форме, не входит ы- ражение, обе формы приращения приводят к одному и тому же результату. Две точки с запятой в структуре for являются обязательными.

Распространенная ошибка программирования 4.3

Использование запятых вместо точек с запятой в заголовке структуры for.

Распространенная ошибка программирования 4.4

Помещение точки с запятой сразу после заголовка структуры for делает тело этой структуры пустым оператором. Обычно это является логической ошибкой.

Структура for: замечания и рекомендации

Блоки инициализации, условия продолжения цикла и приращения могут содержать арифметические выражения. Например, в предположении, что х = 2 и у = 10, оператор

for (j = х; j <= 4 * х * у; j += у / х)

эквивалентен оператору

for (j = 2; j <- 80; j += 5)

«Приращение» может быть отрицательным (в этом случае оно в действительности является декрементом, и значение счетчика цикла на са、 мом деле уменьшается).

Если условие продолжения цикла является ложным изначально, то тело цикла не выполняется. Вместо этого выполнение продолжается с оператора, следующего за структурой for.

Управляющая переменная часто выводится на печать или используется при вычислениях в теле цикла, но это не является обязательным. Использование переменной для управления повторением при отсутствии ссылок на нее в теле цикла ——довольно распространенный случай.

Блок-схемы структур for и while очень похожи. Например, на рис. 4.4 показана блок-схема оператора

for (counter - 1; counter <=10; counter++) printf("与d”， counter);

Из этой блок-схемы становится понятно, что инициализация происходит только один раз и что приращение происходит после выполнения оператора тела цикла. Обратите внимание, что (кроме кружков и стрелок) блок-схема содержит только символы прямоугольников и символ ромба. Снова вообразите себе, что программист имеет доступ к большому ящику пустых структур for — их столько, сколько может потребоваться программисту, чтобы путем их суперпозиции и вложения в другие управляющие структуры сформировать структурную реализацию потока управления алгоритма. Затем, опять же, прямоугольники и ромбы заполняются соответствующими алгоритму действиями и решениями.

Хороший стиль программирования 4.8

Хотя значение управляющей переменной может модифицироваться в теле цикла for, это может привести к труднообнаружимым ошибкам. Лучше его не изменять.

Задание начального значения управляющей переменнойЗадание начального значения управляющей переменнойПроверка, не достигнуто ли конечное значение управляющей переменнойПроверка, не достигнуто ли конечное значение управляющей переменнойРис. 4.4. Блок-схема типичной структуры forРис. 4.4. Блок-схема типичной структуры for

Задание начального значения управляющей переменной

Задание начального значения управляющей переменной

Проверка, не достигнуто ли конечное значение управляющей переменной

Проверка, не достигнуто ли конечное значение управляющей переменной

Рис. 4.4. Блок-схема типичной структуры for

Рис. 4.4. Блок-схема типичной структуры for

Примеры структур for

Следующие примеры демонстрируют способы изменения управляющей переменной в структуре for.

Вариация управляющей переменной от 1 до 100 с приращением 1.

for i = 1; i <= 100; i++)

Вариация управляющей переменной от 100 до 1 с приращением -1 (декрементом 1).

for (i = 100; i >= 1; i--)

Вариация управляющей переменной от 7 до 77 с шагом, равным 7.

for (i = 7; i <= 77; i += 7)

Вариация управляющей переменной от 20 до 2 с шагом, равным -2.

for (i = 20; i >= 2; i -= 2)

Вариация управляющей переменной по следующей последовательности значений: 2, 5, 8, 11, 14, 17, 20.

for (j - 2; j <= 20; j +=3)

Вариация управляющей переменной по следующей последовательности значений: 99, 88, 77, 66, 55, 44, 33, 22, 11, 0.

for (j = 99; j >= 0; j -=11)

В следующих двух примерах даны простые приложения структуры for. Программа на рис. 4.5 использует структуру for для суммирования всех четных целых чисел от 2 до 100.

Обратите внимание, что тело структуры for на рис. 4.5 на самом деле можно было бы соединить с правой частью заголовка структуры for, используя для этого операцию-запятую следующим образом:

for (number = 2; number <= 100; sum += number, number += 2)

Инициализацию sum = 0 также можно было бы объединить с блоком инициализации структуры for.

/* Суммирование с помощью структуры for */

#include <srdio.h>

() {

，int sum = 0, number;

for (number 2; number <= 100; number += 2) sum +二 number;

■ printf("Sum is Wd\n", sum);

return 0;

Sum is 2550

Рис. 4.5. Суммирование с помощью структурь! for

Хороший стиль программирования 4.9

Хотя операторы, предшествующие структуре for, и операторы, содержащиеся в ее теле, часто могут быть объединены в заголовке структуры for, избегайте этого, поскольку это делает программу более трудной для чтения.

Хороший стиль программирования 4.10

Ограничивайте, если это возможно, размер заголовков управляющих структур одной строкой.

Во втором примере со структурой for вычисляются сложные проценты. Рассмотрим следующую постановку задачи:

Некий клиент открыл в банке 5-процентный сберегательный счет на $1000.00. Предполагая, что вся прибыль остается на депозите счета, рассчитайте и выведите сумму денег на счете на конец каждого года за 10 лет. Для определения этих сумм используйте следующую формулу:

а = р( 1 + г)п где

р — первоначально вложенная сумма (т.е. сумма, на которую начисляются проценты 丿

г — годовая процентная ставка

п — число лет

а —■ сумма на депозите на конец п-го года.

Эта задача требует цикла, в котором выполняется указанный расчет баланса счета для каждого года 10-летнего периода. Решение задачи показано на рис. 4.6.

/ * Вычисление сложных процентов * /

#include <stdio.h>

#include <math.h>

ma in ()

int year;

double amount, principal = 1000.0Л rate = . 05;

printf ("%4s%21s\n", "Year", "Amount on deposit");

for (year = 1; year <= 10; year++) {

amount 二 principal * pow(1.0 + rate, year);

printf("%4d%21.2f\nH, year, amount);

return 0;

Year

Amount on deposit

1

1050.00

2

1102.50

3

1157.62

4

1215.51

5

1276.28

6

1340.10

7

1407.10

8

1477.46

9

1551.33

10

1628.89

Рис. 4.6. Вычисление сложного процента с помощью for

Структура for выполняет 10 раз тело цикла, изменяя при этом управляющую переменную от 1 до 10 с приращением 1. Хотя в язык С не включена операция возведения в степень, мы можем, тем не менее, вызвать для этой цели стандартную библиотечную функцию pow. Функция pow(x, у) вычисляет значение х в степени у. Она принимает два параметра типа double и возвращает значение типа double. Тип double представляет собой тип с плавающей точкой, очень похожий на float, но в переменной типа double может храниться гораздо большее значение и с большей точностью, чем в переменной типа float. Обратите внимание, что всякий раз, когда используется математическая функция типа pow, должен быть включен заголовочный файл math.h. На самом деле без включения файла math.h эта программа работала бы неправильно. Функция pow требует двух параметров типа double. Обратите внимание, что переменная year является целым числом. Заголовочный файл math.h включает информацию, которая заставляет компилятор перед вызовом функции pow преобразовать значение переменной year во временное представление типа double. Эта информация содержится в так называемом прототипе функции pow. Прототипы функций являются важным нововведением языка ANSI С и обсуждаются в главе 5. Там же мы дадим краткое описание функции pow и других библиотечных математических функций.

Обратите внимание, что мы объявили переменные amount, principal и rate с типом double. Мы сделали это для простоты, поскольку имеем здесь дело с дробными долями доллара.

Хороший стиль программирования 4.11

Не используйте переменных типа double или float для проведения вычислений, связанных с денежными суммами. Неточность чисел с плавающей точкой может вызвать ошибки, которые приведут к неправильным значениям денежных сумм. В упражнениях мы изучим возможности использования целых чисел для проведения вычислений, связанных с денежными суммами.

Вот простое пояснение того, что может происходить при использовании типов float или double для представления долларовых значений.

Две денежные суммы, хранящиеся в машине в переменных типа float, могут быть равны 14.234 (выводится в виде 14.23 со спецификацией преобразования %.2f) и 18.673 (со спецификацией преобразования %・2f выводится в виде 18.67). При сложении этих значений получается сумма 32.907, которая со спецификацией преобразования %・2f выводится в виде 32.91. Таким образом, ваша распечатка может выглядеть как

14.23

+ 18.67

32.91

но очевидно, что сумма отдельных чисел, в том виде, как они напечатаны, должна быть 32.90!

Для вывода значения переменной amount в программе используется спецификатор преобразования % 21.2f. Число 21 в спецификаторе обозначает ширину поля, в которое будет выводиться значение. Ширина поля 21 указывает на то, что выводимое значение займет 21 позицию вывода. Число 2 специфицирует точность (т.е. число позиций после десятичной точки). Если количество отображаемых символов меньше ширины поля, то значение будет автоматически выровнено по правому краю. Это особенно полезно для выравнивания значений с десятичной точкой, выводимых с одной и той же точностью. Чтобы выровнять значение 孔。левому краю, поместите символ «-» (знак минус) между % и шириной поля. Обратите внимание» что знак минус также может применяться для выравнивания по левому краю целых чисел (как, например, в % -6d) и символьных строк (как, например, в % -8s). Мы подробно обсудим эти мощные средства форматирования функций printf и scanf в главе 9.

Структура со множественным выбором switch

В главе 3 мы обсуждали структуру с одним выбором if и структуру с двойным выбором if/else. Иногда алгоритм содержит последовательность принятия решений, когда происходит независимая проверка переменной или выражения на равенство каждому из константных целочисленных значений, которые они могут принимать, и в зависимости от этого предпринимаются различные действия. В языке С для обработки такого рода ситуаций, связанных с принятием решений, предусмотрена структура со множественным выбором switch.

Структура switch состоит из ряда меток case и необязательного блока default. В программе на рис. 4.7 структура switch используется для подсчета количества различных буквенных оценок, полученных студентами на экзамене.

/* Подсчет буквенных оценок */ #include <stdio.h>

main ()

{

int grade;

int aCount = 0, bCount = 0, cCount = 0, dCount = 0, fCount = 0;

printf("Enter the letter grades. \n");

printf("Enter the EOF character to end input.

\n");

switch (grade)

{

/*

switch

i, вложенная в while */

case 'A': case ++aCount; break;

'a':

/* /*

grade или a

равна А в нижнем

в верхнем регистре

*/

*/

case * В' : case ++bCount; break;

'b':

/* /*

grade или b

равна В в нижнем

в верхнем регистре

*/

*/

case 'C': case ++cCount; break;

'c':

/* /*

grade или c

равна С в нижнем

в верхнем регистре

*/

*/

case 'D * : case ++dCount; break;

'd':

/*

/*

grade или d

равна D в нижнем

в верхнем регистре

*/

*/

case 'F * : case ++fCount; break;

'f':

/* /*

grade или f

равна F

в нижнем

в верхнем регистре

*/

case 1\n': break;

case

f f ；

/*

этот ввод игнорируется *

7

default:

printf(" printf(" break;

Incorrect

Enter a

/* ловит все другие символы */ letter grade entered.");

new grade. \n");

printf("\nTotals printf("A: %d\n", printf ("B: %d\n", printf ("C: %d\n", printf("D: %d\n”， printf ("E: %d\n", printf("F: %d\n",

for each aCount); bCount); cCount); dCount); eCount); fCount);

letter grade are:\n”)；

while ( ( grade = getchar())

!= EOF) {

return 0;

Рис. 4.7. Пример использования структуры switch (часть 1 из 2)

Enter the letter grades.

Enter the EOF character to end input. A В C C A D F C E

Incorrect letter grade entered. Enter a new grade. D A В

Totals for each letter grade are:

A: 3 B: 2 C: 3 D: 2 F： 1

Рис. 4.7. Пример использования структуры switch (часть 2 из 2)

В программе пользователь вводит буквенные оценки для группы. Внутри заголовка структуры while

while ( ( grade = getchar() ) != EOF)

сначала выполняется заключенное в круглые скобки присваивание ( grade = getchar() ). Функция getchar (из стандартной библиотеки ввода/вывода) считывает один символ с клавиатуры и сохраняет этот символ в целочисленной переменной grade. Символы обычно хранятся в переменных типа char. Однако важной особенностью языка С является то, что символы могут храниться в любом целочисленном типе данных, поскольку они представляются в компьютере в виде 1-байтовых целых чисел. Таким образом, мы можем обрабатывать символ либо как целое число, либо как символ в зависимости от его смысла. Например, оператор

prinrf("The character (%с) has the value %d.\n", 'a *, 'a 1);

использует спецификаторы преобразования % с и % d соответственно для вывода символа а и его целочисленного значения. Результатом будет

The character (a) has the value 97.

Целое число 97 является численным представлением символа в компьютере. Многие компьютеры в настоящее время используют набор символов ASCII (American Standard Code for Information Interchange), в котором число 97 представляет символ строчной буквы 'а'. Список символов ASCII и их десятичных значений представлен в приложении Г. Символы можно считывать с помощью функции scanf со спецификатором преобразования %с.

Операторы присваивания, взятые целиком, на самом деле обладают значением. Это в точности то самое значение, которое присваивается переменной слева от знака =. Значением присваивания grade = getchar() является символ, возвращаемый функцией getchar и присваиваемый переменной grade.

Тот факт, что операторы присваивания обладают значением, может оказаться полезным для инициализации нескольких переменных одним и тем же значением. Например, в операторе

а = b = с = 0;

сначала оценивается присваивание с = 0 (поскольку операция = ассоциируется справа налево). Затем переменной b присваивается значение присваивания с = О (которое равно 0). Затем переменной а присваивается значение присваивания b = (с = 0) (которое также равно 0). В программе значение присваивания grade — getchar() сравнивается со значением EOF (символом, мнемоника которого означает «end of file» ——«конец файла»). Мы принимаем EOF (который обычно имеет значение -1) в качестве контрольного значения. Пользователь вводит системно-зависимую комбинацию клавиш, означающую «конец файла», т.е. «У меня нет больше входных данных». EOF представляет собой символическую целочисленную константу, определенную в заголовочном файле <stdio.h> (мы увидим, как определяются символические константы, в главе 6). Если значение, присвоенное переменной grade, равно EOF, программа завершается. Мы решили представлять символы в этой программе в виде значений типа int, поскольку EOF имеет целочисленное значение (как мы уже говорили, обычно -1).

Совет по переносимости программ 4.1

Комбинации клавиш для ввода EOF (конца файла) являются системно-зависимыми.

Совет по переносимости программ 4.2

Проверка значения на равенство символической константе EOF, а не числу -1 делает программы более переносимыми. Стандарт ANSI требует, чтобы EOF являлась отрицательным целым числом (но не обязательно -1). Таким образом, на различных вычислительных системах EOF может иметь различные значения.

На системах UNIX и многих других индикатор EOF вводится нажатием <return> <ctrl-d>

Эта запись означает нажатие клавиши возврата каретки и затем одновременное нажатие клавиш ctrl и d. На других системах, например, VAX VMS корпорации DEC или MS-DOS корпорации Microsoft, индикатор EOF можно ввести при помощи

<Ctrl-2>

Пользователь вводит с клавиатуры оценки. После нажатия клавиши возврата (Enter) функция getchar считывает одиночный символ. Если он не равен EOF, происходит вход в структуру switch. За ключевым словом switch следует имя переменной grade в круглых скобках. Она является здесь управляющим выражением. Значение этого выражения сравнивается с каждой из меток case. Предположим, пользователь ввел в качестве оценки символ С. Символ С автоматически сравнивается с каждой меткой case структуры switch. Если имеет место соответствие (case 'С':), выполняются операторы для этого case. В случае символа С переменная cCount увеличивается на 1 и по оператору break происходит немедленный выход из структуры switch.

Оператор break вызывает передачу управления первому оператору после структуры switch. Необходимость оператора break обусловлена тем, что без него метки case оператора switch могли бы выполняться подряд. Если break в операторе switch вообще отсутствует, то всякий раз, когда в структуре switch

имеет место соответствие, будут выполняться операторы для всех последующих меток case. (Эта особенность редко используется, хотя она идеально подходит для программирования итеративного стишка «Дом, который построил Джек».) Если не имеется ни одного соответствия, то выполняется блок default и выводится сообщение об ошибке.

Каждый блок case может включать одно или более действий. Структура switch отличается от всех других структур тем, что в блоке case структуры switch последовательность операторов не требуется заключать в фигурные скобки. Общая блок-схема структуры со множественным выбором switch (с операторами break в каждом блоке case) приводится на рис. 4.8.

О

Рис. 4.8. Структура со множественнь!м выбором switch

Из этой блок-схемы становится понятно, что каждый оператор break в конце блока case приводит к немедленной передаче управления за пределы структуры switch. Снова представьте себе, что программист имеет доступ к большому ящику пустых структур switch ——их столько, сколько может потребоваться программисту, чтобы путем их суперпозиции и вложения в другие управляющие структуры сформировать структурную реализацию потока управления алгоритма. Затем прямоугольники и ромбы заполняются соответствующими алгоритму действиями и решениями.

Распространенная ошибка программирования 4.5

Пропуск оператора break в структуре switch, когда он необходим.

Хороший стиль программирования 4.12

Не забывайте о блоке default в операторах switch Случаи, явно не проверяемые в структуре switch, игнорируются. Блок default помогает избежать этого, фокусируя внимание программиста на необходимости обрабатывать необычные условия. Существуют ситуации, когда никакой обработки по умолчанию (в блоке default) не требуется.

Хороший стиль программирования 4.13

Хотя предложения case и предложение default в структуре switch могут появляться в произвольном порядке, хорошим стилем программирования считается размещение предложения default в конце структуры.

Хороший стиль программирования 4.14

В том случае, когда в структуре switch предложение default указано последним, оператора break для него не требуется. Однако некоторые программисты вводят этот break для ясности и единообразия с метками case.

В структуре switch на рис. 4.7 строки

case 1\n': case '': break;

заставляют программу пропускать символы новой строки и пробелы. Чтение символов по одному может вызывать некоторые проблемы. Чтобы заставить программу считывать символы, их нужно отправить компьютеру путем нажатия на клавиатуре клавиши возврата. Это приводит к помещению во входной поток символа новой строки после символа, который мы хотим обработать. Часто, чтобы программа работала правильно, этот символ новой строки должен обрабатываться особым образом. Включив в нашу структуру switch вышеприведенную метку case, мы предотвращаем вывод сообщения об ошибке в блоке default, когда во входном потоке встречаются символы новой строки или пробелы.

Распространенная ошибка программирования 4.6

Отсутствие обработки символов новой строки во входном потоке при чтении символов по одному может приводить к логическим ошибкам.

Хороший стиль программирования 4.15

Не забывайте о возможной необходимости обработки символов новой строки во входном потоке при считывании символов по одному.

Обратите внимание, что перечисление вместе нескольких меток case (как, например, case 'D': case 'd\ на рис. 4.7) просто означает, что для каждой из этих меток должна быть выполнена одна и та же последовательность действий.

Применяя структуру switch, не забывайте, что она может быть использована только для проверки константного целочисленного выражения, т.е. лю-

бой комбинации символьных и целочисленных констант, которая раскрывается в константное целое значение. Символьная Константа представляется в виде отдельного символа в одиночных кавычках, как, например А'. Чтобы быть распознанными в качестве символьных констант, символы должны быть заключены в одиночные кавычки. Целочисленные константы — это просто целые значения. В нашем примере мы использовали символьные константы. Не забывайте, что символы фактически представляют собой небольшие целые значения.

Переносимые языки программирования, подобные С, должны иметь гибкие размеры типов данных. Различным приложениям могут понадобиться целые числа различных размеров. Язык С предусматривает несколько типов данных для представления целых чисел. Диапазон целочисленных значений для каждого типа зависит от аппаратных средств конкретного компьютера. В дополнение к типам int и char в С предусмотрены типы short (сокращение от short int) и long (сокращение от long int). Стандарт ANSI определяет, что минимальный диапазон значений для целых чисел типа short равен ±32767. Целых чисел типа long достаточно для подавляющего большинства целочисленных расчетов. Стандарт определяет, что минимальный диапазон значений для целых чисел типа long равен ±2147483647. На большинстве компьютеров тип int эквивалентен типам short или long. Стандарт устанавливает, что диапазон значений для числа типа int по крайней мере совпадает с диапазоном значений целых чисел типа short и не превосходит диапазона значений целых чисел типа long. Тип данных char может применяться для представления целых чисел в диапазоне ±127 или любого символа из набора символов компьютера.

Совет по переносимости программ 4.3

Поскольку тип int различается по размеру от системы к системе, пользуйтесь целыми типа long, если вы рассчитываете обрабатывать целые числа вне диапазона ±32767 и хотели бы иметь возможность выполнять программу на различных компьютерных системах.

Совет по повышению эффективности 4.1

В случаях, ориентированных на эффективность выполнения, когда нужно экономить память или необходимо быстродействие, может оказаться предпочтительным использование целых чисел меньших размеров.

Структура повторения do/while

Структура повторения do/while подобна структуре while. В структуре while условие продолжения цикла проверяется в начале цикла до выполнения его тела. Структура do/while проверяет условие продолжения цикла после выполнения тела цикла, поэтому тело цикла будет выполнено по крайней мере один раз. После завершения цикла do/while выполнение программы продолжается с оператора, следующего за предложением while. Обратите внимание, что при наличии только одного оператора в теле цикла в структуре do/while нет необходимости использовать фигурные скобки. Однако обычно фигурные скобки включаются во избежание путаницы между структурами do/while и while. Например,

while (условие)

обычно рассматривается в качестве заголовка структуры while. Структура do/while без фигурных скобок вокруг ее тела, состоящего из одного оператора, выглядит как

do

оператор

while (условие);

что может приводить к путанице. Последняя строка — while (условие); может быть неправильно истолкована читателем как структура while, содержащая пустой оператор. Поэтому структура do/while с одним оператором часто записывается так:

do {

оператор

} while (условие);

Хороший стиль программирования 4.16

Некоторые программисты всегда включают фигурные скобки в структуру do/while, даже если они не являются необходимыми. Это помогает отличить структуру do/while, содержащую один оператор, от структуры while.

Распространенная ошибка программирования 4.7

Если условие продолжения цикла в структурах while, for или do/while никогда не становится ложным, возникают бесконечные циклы. Во избежание этого убедитесь, что сразу после заголовка структуры for или while нет точки с запятой. В цикле, управляемом счетчиком, убедитесь, что управляющая переменная в теле цикла увеличивается (или уменьшается). В цикле, управляемом контрольным значением, убедитесь в том, что оно рано или поздно вводится.

В программе на рис. 4.9 структура do/while используется для вывода чисел от 1 до 10. Обратите внимание, что к управляющей переменной counter при проверке условия продолжения цикла применяется операция преинкремента. Обратите также внимание на фигурные скобки, заключающие тело структуры do/while (состоящее из одного оператора).

/* Использование структуры повторения do/while # include <stdio.h>

main ()

{

int counter = 1;

do {

printf("%d", counter);

} while (+ + counter <= 10);

return 0;

}

123456789 10

На рис. 4.10 представлена блок-схема структуры do/while. Из нее становится понятно, что условие продолжения цикла проверяется только после того, как действие будет выполнено по крайней мере один раз. Снова обратите внимание, что (кроме кружков и стрелок) блок-схема содержит только символ прямоугольника и символ ромба. Снова представьте себе, что программист имеет доступ к большому ящику пустых структур do/while ——их столько, сколько может потребоваться программисту, чтобы путем их суперпозиции и вложения в другие управляющие структуры сформировать структурную реализацию потока управления алгоритма. Затем прямоугольники и ромбы заполняются соответствующими алгоритму действиями и решениями.

Рис. 4.10. Структура повторения do/while

Операторы break и continue

Операторы break и continue предназначены для изменения потока управления. Исполнение оператора break в структурах while, for, do/while или switch приводит к немедленному выходу из структуры. Выполнение программы продолжается с первого оператора, следующего за ней. Обычным применением оператора break является досрочный выход из цикла или пропуск оставшихся операторов в структуре switch (как на рис. 4.7). Рис. 4.11 демонстрирует оператор break в структуре повторения for. Когда структура if обнаруживает, что значение х стало равным 5, выполняется оператор break. Это завершает оператор for, а программа продолжает выполняться с оператора printf, следующего за структурой for. Цикл выполняется полностью только четыре раза.

Выполнение оператора continue в структурах while, for или do/while приводит к пропуску оставшихся операторов в теле этой структуры и выполнению следующей итерации цикла. В структурах while и do/while проверка условия продолжения цикла проводится сразу же после выполнения оператора continue. В структуре for выполняется выражение приращения, а затем проверяется условие продолжения цикла. Ранее мы установили, что в большинстве случаев структура for может быть представлена структурой while. Одним из исключений является случай, когда выражение приращения в структуре while следует за оператором continue. В этом случае приращение

перед проверкой условия продолжения цикла не выполняется, и структура while работает не так, как структура for. На рис. 4.12 оператор continue служит в структуре for для пропуска оператора printf и начала следующей итерации цикла.

/* Использование оператора break в структуре for */ iclude <stdio.h>

n ()

举{

int x;

for ( x = 1; x <= 10; x++){

if (x == 5 )

break;/* прерывает цикл только если х == 5 ★/

printf("%d ", x);

printf("\nBroke out of loop at x %d\n", x);

return 0;

12 3 4

Broke out of loop at x == 5

Рис. 4.11. Использование оператора break в структуре for

/* Использование оператора continue в структуре for */ #include <stdio.h>

main ()

{

int x;

for ( x = 1; x <= 10; x++) {

if ( x == 5 )

continue;/* пропускает оставшийся код в цикле только

если х == 5 */

printf("%d ”， х);

printf("\nUsed continue to skip printing the value 5\n");

return 0;

12346789 10

Used continue to skip printing the value 5

Хороший стиль программирования 4.17

Некоторым программистам кажется, что операторы break и continue нарушают нормы структурного программирования. Поскольку результать! действия этих операторов могут быть достигнуты структурными средствами (о которых мы скоро узнаем), эти программисты не пользуются операторами break и continue

Совет по повышению эффективности 4.2

Операторы break и continue, при условии их надлежащего использования, выполняются быстрее соответствующих структурных методов, о которых мы скоро узнаем.

Общее методическое замечание 4.1

Существует определенное противоречие между разработкой качественного программного обеспечения и разработкой программного обеспечения, работающего наиболее эффективно. Часто одна из этих целей достигается за счет другой.

Логические операции

До сих пор мы изучали только простые условия, вроде counter <= 10, total > 1000 и number != sentinelValue. Мы выражали эти условия с помощью операций отношений >, <, >= и <= и операций равенства —= и !=, При каждом принятии решения проверялось в точности одно условие. Если бы в процессе принятия решения нам понадобилось проверить много условий, мы должны были бы делать эти проверки в отдельных операторах или во вложенных структурах if или if/else.

В языке С предусмотрены логические операции, посредством которых можно формировать сложные условия путем объединения более простых. Логическими операциями являются && (логическое И), (логическое ИЛИ) и ! (логическое НЕ, также называемое отрицанием). Мы на примерах рассмотрим каждую из этих операций.

Предположим, что в некотором месте программы мы хотим обеспечить истинность двух условий одновременно, прежде чем выберем определенную ветвь ее выполнения. В этом случае мы можем применить логическую операцию && следующим образом:

if (gender == 1 && age >= 65)

++seniorFemales;

Этот оператор if содержит два простых условия. Условие gender == 1 может оцениваться, например, для определения принадлежности определенного лица к женскому полу. Условие age >= 65 оценивается для определения его принадлежности к пожилым гражданам. Сначала оцениваются два простых условия, поскольку приоритет обеих операций == и >= выше, чем приоритет операции &&. Затем в операторе if рассматривается объединенное условие

gender == 1 && age >= 65

Это условие является истинным тогда и только тогда, когда оба простых условия истинны. И наконец, если это объединенное условие действительно становится истинным, то счетчик seniorFemales увеличивается на 1. Если одно или оба простых условия ложны, то программа игнорирует приращение и переходит к оператору, следующему за if.

Таблица на рис. 4.13 сводит воедино свойства операции &&. В таблице показаны все четыре возможных комбинации нулевых (false) и ненулевых (true) значений для выражений expressionl и expressions. Такие таблицы часто называют таблицами истинности. В С все выражения, включающие операции отношений, операции равенства и/или логические операции, оцениваются как О или 1. Хотя С устанавливает для выражений значение true, равное 1, любое ненулевое значение воспринимается как истинное.

expressionl

expression?

expressionl && expression?

jo

0

0

0

ненулевое

0

ненулевое

0

0

ненулевое

ненулевое

1

Рис. 4.13, Таблица истинности операции && (логического И)

Теперь давайте рассмотрим операцию (логическое ИЛИ). Предположим, что в некотором месте программы мы хотим обеспечить истинность хотя бьг одного из двух условий, чтобы перейти к некоторой ее ветви.

В этом случае мы применим операцию , как в следующем фрагменте программы:

if (semesterAverage 〉= 90 !I finalExam >= 90) printf(nStudent grade is A\n");

Этот оператор также содержит два простых условия. Оценкой условия semester Average >=90 определяется, заслуживает ли студент оценки «А» за свои усердные занятия на протяжении семестра. Оценкой условия finalE- хаш >= 90 определяется, заслуживает ли студент оценки «А» за курс по причине выдающихся результатов на заключительном экзамене. После этого в операторе if рассматривается объединенное условие

semesterAverage >= 90 || finalExam >= 90

и студент получает оценку «А», если одно или оба простых условия истинны. Обратите внимание, что сообщение «Student grade is А (Оценка студента: А)» не выводится только тогда, когда оба простых условия ложны (равны нулю). Рис. 4.14 показывает таблицу истинности для логической операции ИЛИ ().

expressionl

expression?

expressionl expression?

0

0

0

0

ненулевое

0

ненулевое

0

0

ненулевое

ненулевое

1

Рис. 4.14. Таблица истинности операции (по「ическо「о ИЛИ)

Операция && имеет более высокий приоритет, чем операция . Обе операции ассоциируются слева направо. Выражение, содержащее операции && или , оценивается только до тех пор, пока не установлена его истинность или ложность. Таким образом, оценка условия

gender =~ 1 && аде >= 65

прекращается, если переменная gender не равна 1 (т.е. выражение в целом ложно), и будет продолжена, если переменная gender равна 1 (т.е. выражение в целом все еще может быть истинным, если age >== 65).

Совет по повышению эффективности 4.3

В выражениях, включающих операцию &&, делайте условие, ложность которого наиболее вероятна, крайним слева. В выражениях, включающих операцию , делайте крайним слева условие, истинность которого наиболее вероятна. Это может уменьшить время выполнения программы. ■

В С предусмотрена операция ! (логическое отрицание), позволяющая программисту «обратить» смысл условия. В отличие от операций && и , которые объединяют два условия (и, следовательно, являются бинарными операциями), операция отрицания имеет в качестве операнда только одно условие (и, следовательно, является унарной). Логическая операция отрицания помещается перед условием, когда мы хотим выбрать ветвь выполнения программы с ложным (до отрицания) первоначальным условием, как, например, в следующем фрагменте программы:

if ( ! (grade == sentinelValue))

printf("The next grade is %f\n", grade);

Заключение условия grade == sentinelValue в круглые скобки необходимо, поскольку логическая операция отрицания имеет более высокий приоритет, чем операция равенства. Рис. 4.15 показывает таблицу истинности для логической операции отрицания.

expression

{expression

0

ненулевое

0

Рис. 4.15. Таблица истинности операции ! (логического отрицания)

В большинстве случаев программист может избежать использования логического отрицания, по-другому выражая условие с помощью соответствующей операции отношения. Например, предыдущий оператор может быть записан и так:

if (grade != sentinelValue) printf("The next grade is %f\n", grade);

В таблице на рис. 4.16 показаны приоритет и ассоциативность различных операций языка С, рассмотренных к настоящему моменту. Операции показаны сверху вниз в порядке убывания их приоритета.

Операции

Ассоциативность

Тип

0

слева направо

круглые скобки

++--+-!(тип)

справа налево

унарные

*/%

слева направо

мультипликативные

+-

слева направо

адитивные

<<=〉>=

слева направо

отношения

слева направо

равенства

&&

слева направо

логическое И

слева направо

логическое ИЛИ

?:

справа налево

условные

-+= -= *= /= % =

справа налево

присааивания

слева направо

запятая

Рис. 4.16. Приоритет и ассоциативность операций

Смешивание операций равенства (==)и присваивания (=)

Есть одна типичная ошибка, которую программирующие на С, вне зависимости от их опыта, склонны делать настолько часто, что мы решили посвятить ей специальный раздел. Эта ошибка состоит в случайной замене операции == (равенства) на = (присваивания) или (реже) наоборот. Особый ущерб от этих замен связан с тем, что они обычно не вызывают синтаксических ошибок. Напротив, операторы с этими ошибками обычно компилируются правильно и программы выполняются до нормального завершения, возможно, порождая при этом неправильные результаты из-за логических ошибок времени выполнения.

Можно выделить два аспекта языка С, с которыми связаны эти проблемы. Во-первых, любое выражение в языке С, вырабатывающее значение, может быть использовано в блоке принятия решения любой управляющей структуры. Если это значение равно 0, оно обрабатывается как ложное, а если оно отлично от нуля, то обрабатывается как истинное. Второй аспект связан с тем, что в языке С присваивание возвращает значение, а именно то значение, которое присваивается переменной слева от знака =• Например, предположим, что мы намереваемся написать

if (payCode == 4)

printf("You get a bonus!");

но случайно мы пишем

if (payCode = 4)

printf ("You get a bonus ! '*)；

Первый оператор if, как и положено, выдает премию сотруднику, платежный код которого равен 4. Второй оператор if ——тот, что содержит ошибку,—— вычисляет значение выражения присваивания в условии структуры if. Это выражение представляет собой простое присваивание, значением которого яв-

ляется константа 4. Поскольку любое ненулевое значение интерпретируется как «true», условие в этом операторе if всегда истинно и сотрудник всегда получает премию, независимо от его фактического платежного кода!

Распространенная ошибка программирования 4.8

Использование операции == для присваивания или использование операции = в качестве знака равенства.

Программисты обычно пишут в условиях типа х == 7 имя переменной слева и константу справа от знака =. При обратном порядке записи — так, чтобы константа была слева, а имя переменной справа, как в выражении 7 == х,— программист, случайно заменивший операцию == на операцию =, будет подстрахован компилятором. Компилятор обработает это как синтаксическую ошибку» поскольку слева от операции присваивания может помещаться только имя переменной. По крайней мере, это предотвратит возможные разрушительные последствия логической ошибки времени выполнения.

Говорят, что имена переменных являются lvalue (от «left value», «значение слева»), поскольку они могут стоять слева от операции присваивания. Константы, напротив, являются rvalue (от «right value», «значение справа»), поскольку они могут находиться только в правой части присваивания. Обратите внимание, что lvalue может использоваться также в качестве rvalue, но не наоборот.

Хороший стиль программирования 4.18

Когда в выражение равенства входят переменная и константа, как в случае х == 1, некоторые программисты предпочитают записывать в этом выражении константу слева, а имя переменной справа от знака = в качестве защитной меры от логической ошибки, возникающей при случайной замене программистом операции == операцией =.

Есть и другая сторона медали, которая может оказаться в равной степени неприятной. Предположим, что программист хочет присвоить значение переменной посредством простого оператора вроде но вместо этого пишет

X == 1;

Здесь это также не является синтаксической ошибкой. Компилятор просто оценивает выражение как условие. Если переменная х равна 1, условие истинно и выражение возвращает значение 1. Если переменная х не равна 1, условие ложно и выражение возвращает значение 0. Вне зависимости от возвращаемого значения здесь отсутствует какая бы то ни было операция присваивания, поэтому это значение будет просто потеряно и значение х останется без изменений, вызывая, возможно, тем самым логическую ошибку времени выполнения. К сожалению, не существует удобного приема, чтобы помочь вам в разрешении этой проблемы!

Краткая сводка по структурномупрограммированию

Подобно тому, как архитекторы проектируют различные сооружения, используя при этом коллективную мудрость представителей своей профессии, так же должны поступать и программисты при проектировании программ. Наша профессия моложе архитектуры и наша коллективная мудрость значительно беднее. Мы многому научились — всего лишь за пять десятилетий. Возможно, наиболее важным из того, что мы узнали, является то, что при помощи структурного программирования можно строить программы, которые проще для понимания (чем неструктурированные программы) и, следовательно, проще для тестирования, отладки, модификации и даже для проверки их корректности с точки зрения математики.

В главах 3 и 4 мы сосредоточились на управляющих структурах языка С. Каждая структура в отдельности была представлена вместе со своей блок-схемой и обсуждалась на примерах. Сейчас мы обобщим результаты глав 3 и 4 и представим простой набор правил для составления структурных программ и определения их свойств.

На рис. 4.17 приводится общая сводка ио управляющим структурам, обсуждавшимся в главах 3 и 4. Для указания единственной точки входа в каждую структуру и единственной точки выхода из нее на рисунке используются символы кружков. Соединение отдельных символов блок-схемы в произвольном порядке может привести к неструктурированным программам. Поэтому программисты решили, объединяя символы блок-схемы, сформировать ограниченный набор управляющих структур и создавать только структурные программы путем надлежащего объединения управляющих структур только двумя простыми способами. Для простоты используются только структуры с одним входом/одним выходом — существует только один способ входа в каждую управляющую структуру и только один способ выхода из нее. Последовательное соединение управляющих структур для создания структурных программ несложно ——точка выхода одной управляющей структуры непосредственно соединяется с точкой входа следующей управляющей структуры, т.е. управляющие структуры просто помещаются одна за другой в программе; мы назвали это «суперпозицией управляющих структур». Кроме того, правила построения структурированных программ допускают вложение управляющих структур.

На рис. 4.18 показаны правила построения правильно структурированных программ. Правила подразумевают, что символ прямоугольника может означать в блок-схеме любое действие, включая операции ввода/вывода.

Применение правил из рис. 4.18 всегда приводит к структурной блок-схе' ме с отчетливыми компоновочными блоками. Например, многократное применение правила 2 к простейшей блок-схеме приводит к структурной блок-схеме, содержащей набор последовательных прямоугольников (рис. 4.20). Обра* тите внимание, что по правилу 2 генерируется ряд расположенных друг за другом управляющих структур; давайте назовем правило 2 правилом суперпозиций.

Повторение

Выбор

Следование

「лава 4

структура for

break

ps-4“1-структур2^WEX^ С (последовательна'вь-бора S повторения) с однимOTXO§2^O?S2 ВХ。口 ом

Правила построения структурированных программ

Начинайте с «простейшей блок-схемы» (рис. 4.19)..

Любой прямоугольник (действие) может быть заменен двуя последовательными прямоугольниками (действиями).

Любой прямоугольник (действие) может быть заменен любой управляющей структурой (последовательной, if, if/else, switch, while, do/while или for.

Правила 2 и 3 мо「ут применяться неограниченное количество раз в произвольном порядке.

Рис. 4.18. Правила построения структурных программ

Рис. 4.19. Простейшая блок-схема

Правило 3 называется правилом вложения. Многократное применение правила 3 к простейшей блок-схеме приводит к блок-схеме с отчетливой вложенностью управляющих структур. Например, на рис. 4.21 прямоугольник в простейшей блок-схеме сначала заменяется структурой с двойным выбором (if/else). Затем правило 3 снова применяется к обоим прямоугольникам в структуре с двойным выбором и происходит замена каждого прямоугольника своей структурой с двойным выбором. Изображенные штриховой линией прямоугольники вокруг каждой из структур с двойным выбором представляют исходный прямоугольник.

Рис. 4.20. Многократное применение правила 2 рис, 4.18 к простейшей блок-схеме

Рис. 4.21. Применение правила 3 рис. 4.18 к простейшей блок-схеме

Правило 4 порождает большие по размеру, более сложные структуры с более глубоким вложением. Блок-схемы, которые возникают в результате применения правил на рис. 4.18, составляют в совокупности набор всех возможных структурных блок-схем и, следовательно, набор всех возможных структурированных программ.

То, что их компоновочные блоки никогда не перекрываются, является следствием исключения оператора goto. Красота структурного подхода состоит в том, что мы ограничиваемся небольшим числом простых фрагментов с одним входом/одним выходом и компонуем их только одним из двух простых способов. На рис. 4.22 показаны виды суперпозиции компоновочных блоков, возникающих в результате применения правила 2, и виды вложенных компоновочных блоков, возникающих в результате применения правила 3. На этом рисунке также показаны перекрывающиеся компоновочные блоки, которые не могут появляться в структурированных блок-схемах (благодаря исключению оператора goto).

Вложенные стандартные блокиВложенные стандартные блокиПакетированныестандартные блоки

Вложенные стандартные блоки

Вложенные стандартные блоки

Частично перекрывающиеся стандартные блоки(недопустимые в структурированных программах)

Рис. 4.22. Суперпозиция компоновочных блоков, вложенные компоновочные блоки иперекрывающиеся компоновочные блоки

При условии соблюдения правил на рис. 4.18 неструктурированная блок-схема (как, например, на рис. 4.23) получена быть не может. Если у вас есть сомнения в том, является ли данная блок-схема структурированной, применяйте правила рис* 4.18 в обратном порядке и попытайтесь свести ее к простейшей блок-схеме. Если блок-схему можно привести к простейшей, исходная блок-схема является структурированной; в противном случае она таковой не является.

Структурное программирование поощряет простоту. В результате исследований Бома и Якопини стало ясно, что необходимы только три разновидности программного управления:

Последовательное

Выбор

Повторение

Последовательное управление тривиально. Выбор реализуется одним из трех способов:

Структура if (один выбор)

Структура if/else (двойной выбор)

Структура switch (множественный выбор)

На самом деле несложно показать, что простой структуры if достаточно для обеспечения любой разновидности выбора ——все, что можно сделать с помощью структур if/else и switch, может быть реализовано структурами if.

Повторение реализуется одним из трех способов:

Структура while

Структура do/while

Структура for

Несложно показать, что структуры while достаточно для реализации любой разновидности повторения. Все, что можно сделать с помощью структур do/while и for, может быть сделано посредством структуры while.

Объединение этих результатов показывает, что любая разновидность программного управления, которая когда-либо может понадобиться в программе на С, может быть выражена при помощи всего лишь трех видов управления:

последовательного

структуры if (выбора)

структуры while (повторения)

И эти управляющие структуры могут объединяться только двумя способами —суперпозицией и вложением. Воистину структурное программирование поощряет простоту.

В главах 3 и 4 мы обсуждали способы создания программ из управляющих структур, содержащих действия и решения. В главе 5 мы представим еще один элемент структурирования программ, называемый функцией. Мы научимся создавать большие программы, комбинируя функции, которые в свою очередь состоят из управляющих структур. Мы обсудим также, каким образом применение функций способствует многократному использованию программного кода.

Резюме

Циклом называется группа команд, повоторяемая компьютером многократно, пока не будет удовлетворено некоторое условие завершения. Двумя формами повторения являются: повторение, управляемое счетчиком, и повторение, управляемое контрольным значением.

Счетчик цикла служит для подсчета количества повторений группы команд. Он увеличивается (обычно на 1) всякий раз, когда выполняется группа команд.

Контрольные значения обычно применяются для управления в тех случаях, когда точное число повторений заранее не известно, и цикл со-

держит операторы, которые получают данные при каждом выполнении цикла.

Контрольное значение вводится после того, как в программу были переданы все значимые элементы данных. Контрольные значения должны выбираться с осторожностью, —— так, чтобы их нельзя было спутать с допустимыми элементами данных.

Структура повторения for автоматически контролирует все детали повторения, управляемого счетчиком. Общий формат структуры for for (выражение^; вътражение2; выражение^)

оператор

где выражение! инициализирует переменную управления циклом, вы- ражение2 является условием продолжения цикла и выражениеЗ служит для приращения управляющей переменной.

Структура повторения do/while подобна структуре while, однако в структуре do/while условие продолжения цикла проверяется в конце цикла, поэтому тело цикла будет выполнено по крайней мере один раз. Формат для оператора do/while

do

оператор while (условие);

Исполнение оператора break в какой-либо из структур повторения (for, while и do/while) приводит к немедленному выходу из структуры. Выполнение продолжается с первого оператора после цикла.

Исполнение оператора continue в какой-либо из структур повторения (for, while и do/while) приводит к пропуску всех оставшихся операторов в теле структуры и переходу к следующей итерации цикла.

Оператор switch обрабатывает последовательность решений, когда происходит проверка конкретной переменной или выражения на равенство каждому из значений, которые они могут принимать, и предпринимаются различные действия. Каждая метка case в операторе switch может вызывать выполнение нескольких операторов. В большинстве программ после операторов каждого блока case необходим оператор break, в противном случае программа будет выполнять операторы всех блоков case до тех пор, пока не будет встречен оператор break или достигнут конец оператора switch. В нескольких блоках case могут выполняться одни и те же операторы, если метки этих case будут перечислены вместе перед этими операторами. В структуре switch могут проверяться только константные целочисленные выражения.

Функция getchar возвращает с клавиатуры (стандартный ввод) один символ в виде целого числа.

На системах UNIX и многих других символ EOF вводится последовательностью

<return> <ctrl-d>

На системах VMS и DOS символ EOF вводится посредством

<ctrl-z>

Логические операции можно использовать для формирования сложных условий. Логическими операциями являются &&, и !, означающие

соответственно логическое И, логическое ИЛИ и логическое НЕТ (отрицание).

Истинным значением является любое ненулевое значение.

Ложным значением является 0 (нуль).

Терминологияbreak char continue <ctrl-z> double longlvalue («значение слева») <return><ctrLd>rvalue («значение справа»)shortбесконечный циклблок default в структуре switch вложенные управляющие структуравыравнивание по левому краю выравнивание по правому краю декремент знак минуса для выравнивания по левому краюконец файлаконечное значение управляющей переменнойконтрольное значение логические операции логическое И (&&) логическое ИЛИ (||) логическое отрицание (!) метка caseТерминологияbreak char continue <ctrl-z> double longlvalue («значение слева») <return><ctrLd>rvalue («значение справа»)shortбесконечный циклблок default в структуре switch вложенные управляющие структуравыравнивание по левому краю выравнивание по правому краю декремент знак минуса для выравнивания по левому краюконец файлаконечное значение управляющей переменнойконтрольное значение логические операции логическое И (&&) логическое ИЛИ (||) логическое отрицание (!) метка caseмножественный выбор набор символов ASCII начальное значение управляющей переменной

Терминология

break char continue <ctrl-z> double long

lvalue («значение слева») <return><ctrLd>

rvalue («значение справа»)

short

бесконечный цикл

блок default в структуре switch вложенные управляющие структура

выравнивание по левому краю выравнивание по правому краю декремент знак минуса для выравнивания по левому краю

конец файла

конечное значение управляющей переменной

контрольное значение логические операции логическое И (&&) логическое ИЛИ (||) логическое отрицание (!) метка case

Терминология

break char continue <ctrl-z> double long

lvalue («значение слева») <return><ctrLd>

rvalue («значение справа»)

short

бесконечный цикл

блок default в структуре switch вложенные управляющие структура

выравнивание по левому краю выравнивание по правому краю декремент знак минуса для выравнивания по левому краю

конец файла

конечное значение управляющей переменной

контрольное значение логические операции логическое И (&&) логическое ИЛИ (||) логическое отрицание (!) метка case

неопределенное повторение определенное повторение ошибка смещения счетчика переменная управления циклом повторение, управляемое счетчиком правило вложения правило суперпозиции

приращение управляющей переменной простое условие

структура выбора switch

структура повторения do/whilc структура повторения for структура повторения while структуры повторения счетчик цикла таблица истинности тело цикла

унарная (одноместная) операция управляющие структур^】с одним

входом / одним выходом условие продолжения цикла функция getchar функция pow ширина поля

Распространенные ошибки программирования

Ввиду того, что значения с плавающей точкой могут быть неточными, управление циклами со счетчиком при помощи переменных с плавающей точкой может привести к неточным значениям счетчика и ошибочным проверкам на окончание цикла.

Использование неправильной операции отношения или неправильного конечного значения счетчика цикла в условии структур while или for может привести к ошибке смещения счетчика.

Использование запятых вместо точек с запятой в заголовке структуры for.

Помещение точки с запятой сразу после заголовка структуры for делает тело этой структуры for пустым оператором. Обычно это является логической ошибкой.

Пропуск оператора break в структуре switch, когда он необходим.

Отсутствие обработки символов новой строки во входном потоке при чтении символов по одному может приводить к логическим ошибкам.

Если условие продолжения цикла в структурах while, for или do/while никогда не становится ложным, возникают бесконечные циклы. Во избежание этого убедитесь, что сразу после заголовка структуры for или while нет точки с запятой. В цикле, управляемом счетчиком, убедитесь, что управляющая переменная в теле цикла увеличивается (или уменьшается). В цикле, управляемом контрольным значением, убедитесь в том, что оно рано или поздно вводится.

Использование операции == для присваивания или использование операции = в качестве знака равенства.

Хороший стиль программирования

Управляйте циклами со счетчиком с помощью целочисленных значений.

Делайте отступы для операторов в теле каждой управляющей структуры.

Помещайте пустую строку до и после каждой управляющей структуры большого размера для выделения ее в тексте программы.

Слишком большое число уровней вложенности может сделать программу трудной для понимания. Пытайтесь избегать использования более трех уровней вложенности.

Сочетание междустрочного интервала до и после управляющих структур и отступов в теле управляющих структур в пределах их заголовков придает программам двумерный вид, который значительно повышает их удобочитаемость.

Использование конечного значения в условии структур while или for и операции отношения <= помогает избежать ошибок сдвига счетчика. Например, для цикла, используемого для вывода значений от 1 до 10, условием продолжения цикла должно быть counter <= 10, а не counter < 11 или counter < 10.

Помещайте в разделы инициализации и приращения структуры for только выражения, включающие управляющие переменные. Манипуляции с другими переменными должны производиться либо перед циклом (если они выполняются только один раз, как операторы инициализации), либо в теле цикла (если они выполняются по одному разу за повторение, как операторы инкремента или декремента).

Хотя значение управляющей переменной может быть изменено в теле цикла for, это может привести к труднообнаружимым ошибкам; лучше его не изменять.

Хотя операторы, предшествующие структуре for, и операторы, содержащиеся в ее теле, часто могут быть объединены в заголовке структуры for, избегайте этого, поскольку это делает программу более трудной для чтения.

Ограничивайте, если это возможно, размер заголовков управляющих структур одной строкой.

Не используйте переменных типа double или float для проведения вычислений, связанных с денежными суммами. Неточность чисел с плавающей точкой может вызвать ошибки, которые приведут к неправильным значениям денежных сумм. В упражнениях мы изучим возможности использования целых чисел для проведения вычислений, связанных с денежными суммами.

Не забывайте о блоке default в операторах switch. Случаи, явно не проверяемые в структуре switch, игнорируется. Блок default помогает избежать этого, фокусируя внимание программиста на необходимости обрабатывать необычные условия. Существуют ситуации, когда никакой обработки по умолчанию (в блоке default) не требуется.

Хотя предложения case и предложение default в структуре switch могут появляться в произвольном порядке, хорошим стилем программирования считается размещение предложения default в конце структуры.

В том случае, когда в структуре switch предложение default указано последним, оператора break для него не требуется. Однако некоторые программисты вводят этот break для ясности и единообразия с метками case.

4Л5. Не забывайте о возможной необходимости обработки символов новой строки во входном потоке при считывании символов по одному.

Некоторые программисты всегда включают фигурные скобки в структуру do/while, даже если они не являются необходимыми. Это помогает отличить структуру do/while, содержащую один оператор, от структуры while.

Некоторым программистам кажется, что операторы break и continue нарушают нормы структурного программирования. Поскольку результаты действия этих операторов могут быть достигнуты структурными средствами (о которых мы скоро узнаем), эти программисты не пользуются операторами break и continue.

Когда в выражение равенства входят переменная и константа, как в случае х == 1, некоторые программисты предпочитают записывать в этом выражении константу слева, а имя переменной справа от знака =в качестве защитной меры от логической ошибки, возникающей при случайной замене программистом операции == операцией =.

Советы по повышению эффективности

В случаях, ориентированных на эффективность выполнения, когда нужно экономить память или необходимо быстродействие, может оказаться предпочтительным использование целых чисел меньших размеров.

Операторы break и continue, при условии их надлежащего использования, выполняются быстрее соответствующих структурных методов, о которых мы скоро узнаем.

В выражениях, включающих операцию &&, делайте условие, ложность которого наиболее вероятна, крайним слева. В выражениях, включающих операцию , делайте условие крайним слева, истинность которого наиболее вероятна. Это может уменьшить время выполнения программы.

Советы по переносимости программ

Комбинации клавиш для ввода EOF (конца файла) являются системно-зависимыми.

Проверка значения на равенство символической константе EOF, а не числу -1 делает программы более переносимыми. Стандарт ANSI требует, чтобы EOF являлась отрицательным целым числом (но не обязательно -1). Таким образом, на различных вычислительных системах EOF может иметь различные значения.

Поскольку тип int различается по размеру от системы к системе, пользуйтесь целыми типа long, если вы рассчитываете обрабатывать целые числа вне диапазона ±32767 и хотели бы иметь возможность выполнять программу на нескольких различных компьютерных системах.

Общие методические замечания

Существует определенное противоречие между разработкой качественного программного обеспечения и разработкой программного обеспечения, работающего наиболее эффективно. Часто одна из этих целей достигается за счет другой.

Упражнения для самоконтроля

Заполните пробелы в каждом из следующих утверждений.

Повторение, управляемое счетчиком, также называется повторением, поскольку заранее известно, сколько раз будет выполнен цикл.

Повторение, управляемое контрольным значением, также называется повторением, поскольку заранее не известно, сколько раз будет выполнен цикл.

В повторении, управляемом счетчиком, для подсчета числа повторений группы команд используется .

Оператор при его исполнении в структуре повторения

вызывает немедленное выполнение следующей итерации цикла.

Оператор при его исполнении в структуре повторения

или структуре switch вызывает немедленный выход из структуры.

используется для проверки данной переменной или выражения на равенство каждому из постоянных целочисленных значений, которые они могут принимать.

Установите, являются ли следующие высказывания верными или неверными. Если высказывание неверно, объясните почему.

В структуре выбора switch необходим блок default.

В блоке default структуры выбора switch необходим оператор break.

Выражение (х > у && а < Ь) истинно, если истинно либо выражение х > у, либо выражение а < Ь.

Выражение, содержащее операцию , истинно, если истинен один из или оба его операнда.

Напишите оператор С или последовательность операторов для решения каждой из следующих задач:

Просуммируйте нечетные целые числа от 1 до 99, используя для этого структуру for. Предположите, что были объявлены целые переменные sum и count.

Выведите значение 333.546372 с шириной поля 15 символов с точностью 1, 2, 3, 4 и 5. Выровняйте выводимые значения по левому краю. Какими будут эти пять выводимых значений?

Вычислите значение 2.5 в степени 3, используя для этого функцию pow. Выведите результат с точностью 2 и с шириной поля 10 позиций. Каким будет выводимое значение?

Выведите целые числа от 1 до 20, используя для этого цикл while и переменную-счетчик х. Предположите, что переменная х была объявлена, но не инициализирована. Выводите в строке только 5 целых чисел. Подсказка: используйте вычисление х % 5. Если это значение равно 0, выводите символ новой строки, в противном случае выводите символ табуляции.

Повторите упражнение 4.3 (d) с использованием структуры for.

4.4.4.4.Найдите ошибку в каждом из следующих фрагментов кода и объяс

4.4.

4.4.

ните, как ее можно исправить.

х = 1 ； while (х <= 10);

х + +;

}

+= .1)is 1/n");is 2/n");is not 1 or 2\n");+= .1)is 1/n");is 2/n");is not 1 or 2\n");for (у = .1; у !- 1.0; у printf ("%f\n", у);

+= .1)

is 1/n");

is 2/n");

is not 1 or 2\n");

+= .1)

is 1/n");

is 2/n");

is not 1 or 2\n");

С) switch (п) { case 1: printf("The number case 2:

printf ("The number break;

default: printf("The number break;

d) Следующий код должен выводить значения от 1 до 10.

while (n < 10)

printf("%d ”，n+ + );

Ответы к упражнениям для самоконтроля

а) определенным. Ь) неопределенным. с) контрольная переменная или счетчик, d) continue, е) break, f) структура выбора switch.

а) Неверно. Блок default не является обязательным. Если не требуется никакого действия по умолчанию, то нет необходимости и в блоке default.

Неверно. Оператор break используется для выхода из структуры switch. Оператор break не является необходимым, если блок default является последним блоком структуры.

Неверно. При использовании операции && для того, чтобы истинным было все выражение, должны быть истинными оба выражения отношений.

4.3. а) sum = 0;4.3. а) sum = 0;Верно.

4.3. а) sum = 0;

4.3. а) sum = 0;

for (count = 1; count <= 99; count += 2)

sum += count;

b) printf (n%-15.1f\n", printf ( "%-l5.2 f\nn , printf ("%-15.3f\n", printf ("%-15.4f\n", printf ("%-15.5f\n",b) printf (n%-15.1f\n", printf ( "%-l5.2 f\nn , printf ("%-15.3f\n", printf ("%-15.4f\n", printf ("%-15.5f\n",333.546372);333.546372);333.546372);333.546372);333.546372);333.546372);333.546372);333.546372);333.546372);333.546372);выводит выводит выводит выводит выводитвыводит выводит выводит выводит выводит333.5*/333.55*/333.546★/333.5464/333.54637 */333.5*/333.55*/333.546★/333.5464/333.54637 */

b) printf (n%-15.1f\n", printf ( "%-l5.2 f\nn , printf ("%-15.3f\n", printf ("%-15.4f\n", printf ("%-15.5f\n",

b) printf (n%-15.1f\n", printf ( "%-l5.2 f\nn , printf ("%-15.3f\n", printf ("%-15.4f\n", printf ("%-15.5f\n",

333.546372);

333.546372);

333.546372);

333.546372);

333.546372);

333.546372);

333.546372);

333.546372);

333.546372);

333.546372);

выводит выводит выводит выводит выводит

выводит выводит выводит выводит выводит

333.5*/

333.55*/

333.546★/

333.5464/

333.54637 */

333.5*/

333.55*/

333.546★/

333.5464/

333.54637 */

С) printf("%10.2f\n", pow(2.5, 3)); /* выводит 15.63 */ d) х = 1;

while (х <- 20) { printf ("%d", x); if (x % 5 == 0) printf ( "\n"); else

printf ("\t"); x+ + ;

}

или

x = 1;

while (x <= 20) if (x % 5 == 0) printf (“記\n”，x++); else

printf ( "%d\t", x + +);

или

x = 0;

while (++x <- 20)

if (x % 5 == 0) printf ("%d\n", x);

else

printfx);

e) for (x = 1; x <= 20; x++) { printf ('^d*', x);

if (x % 5 == 0) printf ( ”％d\n,t);

else printf ("\t"); }

или

for (x = 1; x <~ 20； x++) if (x % 5 == 0) printf(M%d\n"z x); else

printfx);

а) Ошибка: помещение точки с запятой после заголовка структуры while приводит к бесконечному циклу.

Исправление: замените точку с запятой символом { или удалите ; и }.

Ошибка: использование числа с плавающей точкой для управления структурой повторения for.

Исправление: используйте целое число и выполните соответствующее вычисление, чтобы получить требуемые значения.

for (у = 1; у != 10; у++) printf ("%f\n", (float) у / 10);

Ошибка: отсутствие оператора break в первом блоке case.

Исправление: добавьте оператор break в конец первого блока case. Обратите внимание, что это не обязательно является ошибкой, если программист хочет, чтобы оператор блока case 2: выполнялся всякий раз, когда выполняется оператор блока case 1:.

Ошибка: используется неправильная операция отношения в условии продолжения повторения структуры while.

Исправление: используйте операцию <— вместо <.

Упражнения

Найдите ошибку в каждом из следующих фрагментов кода (Примечание: может быть более одной ошибки):

for (х = 100, х >= 1, х++) printf("%d\n", х);

Следующий код должен выводить, является ли данное целое число нечетным или нечетным:

switch (value % 2) {

case 0：'

printf("Even integer\n"); case 1:'

printf("Odd integer\n");

}

Следующий код должен вводить целое число и символ и выводить их. Предположите, что пользователь вводит с клавиатуры 100 А.

scanf("%d", &intVal);

charval = getchar();

printf("Integer: %d\nCharacter: %c\n", intVal, charVal);

for, (x = .000001; x <= . 0001; x += . 000001)

printf ("%.7f\n", x);

Следующий код должен выводить нечетные целые числа от 999 до 1: for (х = 999; х >= 1; х +~ 2) printf ("咅d\n", x);

Следующий код должен выводить четные целые числа от 2 до 100: counter = 2; Do { if (counter % 2 == 0) printf("%d\n", counter);

counter += 2;

} While (counter < 100);

Следующий код должен суммировать целые числа от 100 до 150 (предположите, что переменная total инициализирована значением 0): for (х = 100; х <= 150; х + +); total += х;

Установите, какие значения управляющей переменной х выводятся каждым из следующих операторов for:

for(х =2; х <= 13; х += 2) printf ('ЧбХп", х);

for(х = 5; х <= 22; х += 7) printf("%d\n"z х);

С) for (х = 3; х <- 15; х += 3) printf("%d\n"/ x);

for (x = 1; x <= 5; x += 7) printf(”宅d\n”， x)

for (x 工 12; x >= 2; x -= 3) printf("%d\nH/ x);

Напишите операторы for, которые выводят следующие последовательности значений:

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

3, 8, 13, 18, 23

20, 14, 8, 2, -4, -10

19, 27, 35, 43, 51

Что делает следующая программа?

#include <stdio.h>、

main () { int i, j, x, y; printf("Enter integers in the range 1-20:") scanf(H%d%d", &x, &y); for (i = 1； i <= y； i++) { for (j = 1; j <= x; j + + ) printf ("@"); printf ("\n"); } return 0;

}

Напишите программу, которая суммирует последовательность целых чисел. Предположите, что первое целое число, считываемое с помощью scanf, определяет количество значений, которое осталось ввести. Ваша программа должна считывать только одно значение при каждом выполнении scanf. Типичной входной последовательностью могло бы быть

5 100 200 300 400 500

где 5 указывает, что должны суммироваться последующие 5 значений.

Напишите программу, которая вычисляет и выводит среднее значение для нескольких целых чисел. Предположите, что последнем значением, считываемым с помощью scanf, является контрольное значение 9999. Типичной входной последовательностью могла бы быть последовательность

10 8 11 7 9 9999

указывающая, что должно быть вычислено среднее для всех значений, предшествующих 9999.

Напишите программу, которая находит наименьшее из нескольких целых чисел. Предположите, что первое считанное значение определяет количество оставшихся значений.

Напишите программу, которая вычисляет и выводит сумму четных целых чисел от 2 до 30.

Напишите программу, которая вычисляет и выводит произведение нечетных целых чисел от 1 до 15.

Функция факториала часто используется в задачах по теории вероятности. Факториал положительного целого числа п (записывается п! и произносится «п факториал») равен произведению положительных целых чисел от 1 до п. Напишите программу, которая вычисляет факториалы целых чисел от 1 до 5. Выведите результаты вычислений в табличной форме. Какие сложности могли бы помешать вам вычислить факториал числа 20?

Измените программу вычисления сложного процента из раздела 4.6 так, чтобы она повторяла свои шаги для процентньхх ставок 5 процентов, 6 процентов, 7 процентов, 8 процентов, 9 процентов и 10 процентов. Для варьирования процентной ставки используйте цикл for.

Напишите программу, которая по отдельности выводит один под другим следующие рисунки. Для генерации рисунков используйте циклы for. Все звездочки (*) должны выводиться единственным оператором printf в виде printf("*")i (это вызывает вывод звездочек рядом друг с другом). Подсказка: для последних двух рисунков необходимо, чтобы каждая строка начиналась с соответствующего числа пробелов.

(А)

(В)

(С)

(D)

★

★★★★★★★★★★

★★★★★★★★★★

★

★ ★

*★*★*★*★*

★★★★★★★★★

★ ★

★ ★ ★

★★★★★★★★

★★★★★★★★

★ ★ ★

★ ★ ★ ★

★★★★★★★

★★★★★★★

★ ★★★

★ ★ ★ ★ ★

★★★★★★

★★★★★★

★ ★ ★ ★ ★

★★★★★★

★ ★★★★

★ ★ ★ ★ ★

★★★★★★

★★★★★★★

*★*★

★ ★★★

★★★★★★★

★★★★★★★★

★ ★ ★

★ ★★

★★★★★★★★

★★★★★★★★★

★ ★

★ ★

★★★★★★★★★

★★★★★★★★★★

★

★★★★★★★★★★

В период экономического спада востребование денежного долга значительно затрудняется, поэтому компании могут ограничивать предельные размеры кредитов своих клиентов, чтобы не допустить разрастания их годных к принятию счетов (денег, которые клиенты должны компании). В ответ на длительный спад некая компания урезала предельные размеры кредитов своих клиентов наполовину. Таким образом, если данный клиент имел предельный размер кредита в $2000, теперь предельный размер кредита этого клиента равен $1000. Если клиент имел предельный размер кредита в $5000, теперь предельный размер кредита этого клиента равен $2500, Напишите программу, которая анализирует состояние кредита трех клиентов этой компании. Для каждого клиента вам известны:

Номер счета клиента

Предельный размер кредита до спада

Текущий баланс клиента (т.е. сумма, которую клиент должен компании).

Ваша программа должна вычислить и вывести на печать новое значение предельного размера кредита для каждого клиента и определить (и распечатать) список тех клиентов, текущие балансы которых превышают их новое значение предельного размера кредита.

Одним интересным приложением компьютеров является рисование графиков и столбцовых диаграмм (иногда называемых «гистограммами»). Напишите программу, которая считывает пять чисел (каждое между 1 и 30). Для каждого считанного числа ваша программа должна вывести строку из равного этому числу количества смежных звездочек. Например, если ваша программа считывает число семь, она должна вывести *******.

4.19. Фирма, занимающаяся заказами по почте, продает пять различных видов изделий, розничные цены на которые показаны в следующей таблице:

Номер изделия

Розничная цена

$2.98

2

$4.50

3

$9.98

4

$4.49

5

$6.87

Напишите программу, которая считывает последовательность пар чисел следующим образом:

Номер изделия

Количество, проданное за один день

Ваша программа должна использовать оператор switch, чтобы определить розничную цену за каждое изделие. Программа должна вычислить и отобразить на экране итоговую сумму по розничной продаже всех изделий за последнюю неделю.

Закончите следующие таблицы истинности, заполняя каждый пробел 0 или 1.

Условие1

Условие2

Условие1 && Условие2

0

0

0

0

ненулевое

0

ненулевое

0

ненулевое

ненулевое

Условие1

Условие2

Условие1 Условие2

0

0

0

0

ненулевое

ненулевое

0

ненулевое

ненулевое

Условие1

!Условие1

0

1

ненулевое

Перепишите программу на рис. 4.2 так, чтобы инициализация переменной counter выполнялась при объявлении, а не в структуре for.

Измените программу на рис. 4.7 так, чтобы она вычисляла среднюю оценку для группы.

Измените программу на рис. 4.6 так, чтобы для вычисления сложных процентов она использовала только целые числа. (Подсказка: обрабатывайте все денежные суммы в виде целочисленных значений центов. Затем《разбейте» результат на доллары и центы, используя для этого соответственно операции деления и взятия модуля. Вставьте десятичную точку.)

Предположим, что i=l,j = 2, к = 3ит = 2. Что выводит каждый из следующих операторов?

a) printf("%d' b) printf("%d' C)printf (n%d' d) printf (*'%d' e) printf ("%d'a) printf("%d' b) printf("%d' C)printf (n%d' d) printf (*'%d' e) printf ("%d'i == 1)；

a) printf("%d' b) printf("%d' C)printf (n%d' d) printf (*'%d' e) printf ("%d'

a) printf("%d' b) printf("%d' C)printf (n%d' d) printf (*'%d' e) printf ("%d'

j == 3);

i >= 1 && j < 4); m <= 99 && k < m) j >= i I I k == m)

f) printf ( "%d", к + m g) printf ("%d", !m);h) printf ("%dn, • (j - i) printf ( "%d" , ! (k > j) printf ('^d", ! (j >f) printf ( "%d", к + m g) printf ("%d", !m);h) printf ("%dn, • (j - i) printf ( "%d" , ! (k > j) printf ('^d", ! (j >< j I I 3 - j >= k);< j I I 3 - j >= k);m));k));m));k));

f) printf ( "%d", к + m g) printf ("%d", !m);

h) printf ("%dn, • (j - i) printf ( "%d" , ! (k > j) printf ('^d", ! (j >

f) printf ( "%d", к + m g) printf ("%d", !m);

h) printf ("%dn, • (j - i) printf ( "%d" , ! (k > j) printf ('^d", ! (j >

< j I I 3 - j >= k);

< j I I 3 - j >= k);

m));

k));

m));

k));

Выведите таблицу, состоящую из десятичного, двоичного, восьмеричного и шестнадцатеричного эквивалентов. Если вы не знакомы с этими системами счисления, но хотите попытаться выполнить это упражнение, сначала прочитайте приложение Д.

Вычислите значение тс с помощью бесконечного ряда

4 4 4 44

П=4-5+丁万+旷五+k

Выведите таблицу, которая показывает значение к, аппроксимированное одним членом этого ряда, двумя членами, тремя членами и т.д. Сколько членов этого ряда нужно использовать, прежде чем вы впервые получите 3.14? 3.141? 3.1415? 3.14159?

(Пифагоровы тройки.) Прямоугольный треугольник может иметь стороны, каждая из которых является целым числом. Набор трех целочисленных значений для сторон прямоугольного треугольника называется пифагоровой тройкой. Эти три стороны должны удовлетворять следующему соотношению: сумма квадратов двух катетов равна квадрату гипотенузы. Найдите все пифагоровы тройки для катетов sidel, side2 и гипотенузы, не превосходящих 500. Используйте цикл for с тройной вложенностью, в котором просто перебираются все возможности. Это является примером вычисления «с помощью грубой силы». Многим оно не приносит эстетического удовлетворения. Но есть много причин, по которым эти методы важны. Во-первых, при мощности вычислительной техники, возрастающей такими необыкновенными темпами, решения, для получения которых понадобились бы годы или даже столетия компьютерного времени при использовании технологий, применявшихся всего лишь несколько лет тому назад, теперь могут быть получены за часы, минуты или даже секунды. Современные микропроцессорные схемы могут обрабатывать более 100 миллионов операций в секунду! И в 90-е годы, по всей вероятности, должны появиться микропроцессорные схемы, способные обрабатывать миллиард операций в секунду. Во-вторых, как вы узнаете из курсов по информатике для продолжающих обучение, существует большое число интересных задач, для которых не известны алгоритмические подходы, отличные от решения «с помощью грубой силы». В этой книге мы исследуем многие разновидности методологий решения задач. Мы рассмотрим многие подходы к различным интересным проблемам, связаиные с решением «с помощью грубой силы ».

Компания платит своим служащим как администраторам (это те, кто получает еженедельно фиксированную зарплату), работникам с почасовой оплатой (те, кто получает фиксированную почасовую оплату за первые 40 отработанных часов и «полуторную», т.е. пре-

вышающую в 1.5 раз их почасовую, оплату за сверхурочные часы работы), работникам с комиссионным вознаграждением (те, кто получает $250 плюс 5.7% от их валовых еженедельных продаж) и работникам со сдельной оплатой труда (те, кто получает фиксированную сумму денег за каждую единицу произведенной ими продукции ——каждый сдельщик в этой компании работает только с одной разновидностью продукции). Напишите программу для расчета еженедельной зарплаты каждого служащего. Вам неизвестно заранее количество служащих. Служащий каждой из групп имеет собственный код оплаты: администраторы имеют код оплаты 1, работники с почасовой оплатой имеют код 2, работники с комиссионным вознаграждением имеют код 3 и работники со сдельной оплатой труда имеют код 4. Используйте оператор switch для расчета зарплаты каждого служащего в зависимости от его кода. Внутри оператора switch попросите пользователя (т.е. клерка, рассчитывающего зарплату) ввести соответствующие данные, которые потребуются вашей программе для расчета зарплаты каждого служащего, исходя из его кода оплаты.

(Законы де Моргана.) В этой главе мы обсуждали логические операции &&, и !. Законы де Моргана иногда могут помочь нам записать логическое выражение в более удобной форме. Эти законы устанавливают, что выражение 1(условие1 && условие2) логически эквивалентно выражению (\условие1 1условие2), Также выражение \(условие1 условие2) логически эквивалентно выражению (\условие1 && \условие2). Используйте законы де Моргана для написания эквивалентного выражения для каждого из следующих выражений, а затем напишите программу, показывающую, что исходное и новое выражения в каждом случае являются эквивалентными: а) !(х < 5) && !(у >= 7)

b) ! (а == b) I i ! (g != 5)

С)! ( (х ■<= 8) && (Y > 4))

d) ! (i > 4) ! I (j <= 6))

4«30. Перепишите программу на рис. 4.7, заменив оператор switch вложенным оператором if/else; будьте внимательны и надлежащим образом рассмотрите блок default. Затем перепишите эту новую версию, заменяя вложенные операторы if/else серией операторов if; здесь также будьте внимательны и рассмотрите реализацию блока default (это сделать труднее, чем в варианте с вложенным if/else). Упражнение показывает, что оператор switch введен в сущности для удобства и что любой такой оператор может быть записан только с помощью операторов с одним выбором.

Напишите программу, которая выводит следующую фигуру в виде ромба. Вы можете использовать операторы printf, которые выводят либо одну звездочку (*), либо один пробел. Максимизируйте количество используемых вами повторений (посредством вложенных структур for) и минимизируйте число операторов printf.

★ ★ ★★ ★ ★ ★ ★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★

Измените программу, которую вы написали в упражнении 4.31 так, чтобы она считывала нечетное число в диапазоне от 1 до 19 для задания количества строк в ромбе. Затем ваша программа должна отображать на экране ромб соответствующего размера.

Если вы знакомы с римскими цифрами, напишите программу, которая выводит таблицу всех римских эквивалентов десятичных чисел в диапазоне от 1 до 100.

Напишите программу, которая выводит таблицу двоичных, восьмеричных и шестнадцатеричных эквивалентов десятичных чисел в диапазоне от 1 до 256. Если вы не знакомы с этими системами счисления и хотели бы попытаться сделать это упражнение, сначала прочитайте приложение Д.

Опишите процесс, который потребовался бы для замены цикла do/while эквивалентным ему циклом while. Какая возникает проблема, когда вы пытаетесь заменить цикл while эквивалентным циклом do/while? Предположим, что вам сказали, что нужно убрать цикл while и заменить его циклом do/while. Какая дополнительная управляющая структура могла бы вам понадобиться и каким образом вы бы ее использовали, чтобы гарантировать, что получившаяся программа ведет себя точно так же, как оригинал.

Напишите программу, которая вводит год в диапазоне от 1994 до 1999 и использует повторение с циклом for для печати сжатого, аккуратного календаря. Обратите внимание на високосные годы.

Операторы break и continue критикуют за то, что каждый из них является неструктурным. В самом деле, операторы break и continue всегда можно заменить структурными операторами, хотя выглядеть это может неуклюже. Опишите в общем случае, каким образом вы могли бы убрать из цикла любой оператор break и заменить его некоторым структурным эквивалентом. (Подсказка: при помощи оператора break мы выходим из цикла, находясь внутри тела цикла. Другим способом выхода является отрицательный результат проверки на продолжение цикла. Рассмотрите использование при проверке на продолжение цикла второй проверки, которая указывает на «досрочный выход из-за условия 'break'».) Примените разработанный здесь метод для устранения оператора break из программы на рис. 4.11.

Что делает следующий фрагмент программы?

for (i = 1; j <= 5; i++) {

for (j = 1; j <= 3; j++) {

for (k = 1, к <= 4; k++)

printf.

printf ("\n”);

}

printf ( "\n");

}

Опишите в общем случае, каким образом вы могли бы убрать из цикла любой оператор continue и заменить его некоторым структурным эквивалентом. Примените разработанный здесь метод для устранения оператора continue из программы на рис. 4.12.

Опишите в общем случае, каким образом вы могли бы убрать операторы break из структуры switch и заменить их структурными эквивалентами. Примените разработанный здесь метод (возможно неуклюжий) для устранения операторов break из программы на рис. 4.7.

глава

Функции

Цели

Понять принципы модульного построения программ из небольших блоков, называемых функциями.

Познакомиться с часто используемыми математическими функциями стандартной библиотеки С.

Научиться созданию новых функций.

Понять механизмы обмена информацией между функциями.

Познакомиться с методиками моделирования, основанными на генерации случайных чисел.

Понять принципы написания и использования функций, вызывающих самих себя.

Содержание

Введение

Программные модули в С

Функции математической библиотеки

Функции

Определения функций

Прототипы функций

Заголовочные файлы

Вызов функций: вызов по значению и по ссылке

Генерация случайных чисел

Пример: стохастическая игра

Классы памяти

Правила области действия

Рекурсия

Пример применения рекурсии: числа Фибоначчи

Рекурсия в сравнении с итерацией

Резюме • Распространенные ошибки программирования • Хороший стиль программирования • Советы по переносимости программ • Советы по повышению эффективности • Общие методические замечания • Упражнения для самоконтроля • Ответы на упражнения для самоконтроля • Упражнения

Введение

Большинство компьютерных программ, которые решают задачи реального мира, намного больше тех, что представлены в первых главах этой книги. Как показывает практика, наилучшим способом разработки и поддержки больших программ является конструирование программы из небольших частей, или модулей, с каждым из которых обращаться проще, чем с первоначальной программой. Эта методика следует принципу «разделяй и властвуй». Данная глава описывает возможности языка С, которые упрощают проектирование, реализацию, использование и сопровождение больших программ.

Программные модули в С

Модули в С называются функциями. Программы на С обычно пишутся путем соединения новых функций, созданных программистом, с функциями, которые поставляются в составе стандартной библиотеки С. В этой главе мы обсудим оба вида функций. Стандартная библиотека С предоставляет широкий набор функций для выполнения общих математических вычислений, обработки строк и символов, ввода/вывода и многих других полезных операций. Стандартные функции упрощают работу программиста, поскольку удовлетворяют многим из его потребностей.

Хороший стиль программирования 5.1

Освойтесь с широким набором функций стандартной библиотеки ANS! С.

Общее методическое замечание 5.1

Не изобретайте колесо. Если есть возможность, используйте функции стандартной библиотеки ANSI С вместо того, чтобы создавать новые функции. Это уменьшает время разработки программы.

Совет по переносимости программ 5.1

Использование функций стандартной библиотеки ANSI С делает программы более переносимыми.

Хотя функции стандартной библиотеки технически не являются частью языка С, они неизменно поставляются с системами ANSI С. Функции printf, scanf и pow, которые мы использовали в предыдущих главах, являются функциями стандартной библиотеки.

Программист может написать функции для выделения конкретных задач, которые могут вызываться из многих точек программы. Эти функции иногда упоминаются как функции, определенные программистом. Операторы, определяющие функцию, пишутся только один раз, и эти операторы скрыты от других функций.

Обращение к функции осуществляется посредством вызова функции. В вызове функции указывается ее имя и передается информация (в качестве аргументов), необходимая функции для выполнения своей задачи. Аналогом такой процедуры служит иерархическая форма управления. Начальник {вызывающая функция) просит работника (вызываемую функцию) выполнить задание и, когда оно будет выполнено, сообщить об этом. Например, функция, которой требуется вывести информацию на экран, вызывает для выполнения задачи рабочую функцию printf; printf выводит информацию и передает (т.е. возвращает) вызывающей функции сообщение о выполнении своей задачи. Функция-начальник не знает, каким образом функция-работник выполняет поставленную задачу. Работник может вызывать другие рабочие функции, а начальник не будет об этом знать. Мы скоро увидим, как это «сокрытие» подробностей выполнения задачи способствует разработке хороших программ. На рис. 5.1 показана функция main, поддерживающая связь с несколькими рабочими функциями согласно законам иерархии. Обратите внимание, что workerl действует как функция-начальник по отношению к worker4 и wor- ker5. Отношения между функциями могут иметь и другую структуру, отличную от иерархической, показанной на этом рисунке.

Рис. 5.1. Иерархия отношений функции-начальника и функции-работника

Функции математической библиотеки

Функции математической библиотеки позволяют программисту выполнять некоторые общие математические вычисления. Мы воспользуемся различными функциями математической библиотеки, чтобы познакомиться с концепцией функций. Позже в книге мы обсудим многие другие функции стандартной библиотеки С. Полный список функций стандартной библиотеки приведен в приложении Б.

Обычно к функции обращаются, записывая имя с последующими левой круглой скобкой, аргументом функции (или списком аргументов, отделяемых друг от друга запятыми) и правой круглой скобкой. Например, программист, желающий вычислить и напечатать значение квадратного корня из 900.0, мог бы написать

printf("%.2f, sqrt(900.0));

Когда этот оператор выполняется, для вычисления значения квадратного корня из числа в скобках (900.0) производится вызов функции sqrt из математической библиотеки. Число 900.0 является аргументом функции sqrt. Показанный оператор напечатал бы 30.00. Функция sqrt получает аргумент типа double и возвращает результат типа double. Все функции математической библиотеки возвращают данные типа double.

Хороший стиль программирования 5.2

При использовании функций математической библиотеки включите в программу заголовочный файл математики с помощью директивы препроцессора #indude <math.h>.

Распространенная ошибка программирования 5.1

При отсутствии в программе заголовочного файла математики обращение программы к функциям математической библиотеки может приводить к странным результатам.

Аргументы функций могут быть константами, переменными или выражениями. Если cl = 13.0, d = 3.0 и f = 4.0, то оператор

printf("%.2fи, sqrt (cl + d * f));

вычисляет и печатает значение квадратного корня из 13.0+3.0*4.0—25.0, т.е. 5,00.

Некоторые функции математической библиотеки С приведены на рис. 5.2. Переменные х и у имеют тип double.

Функция

Назначение

Пример

sqrt(x)

квадратный корень из х

sqrt(900.0) равен 30.0

sqrt(9.0) равен 3.0

ехр(х)

экспоненциальная функция ех

ехр(1.0) равна 2.718282

ехр(2.0) равна 7.389056

log(x)

натуральный логарифм х (основание е)

1од(2.718282) равен 1.0

1од(7.389056) равен 2.0

1од10(х)

логарифм х (основание 10)

1од10(1.0) равен 0.0

1одЮ(Ю.0) равен 1.0

1одЮ(100.0) равен 2.0

fabs(x)

абсолютное значение х

если х > 0, то fabs(x) равно х если х=0, то fabs(x) равно 0.0 если х < 0, то fabs(x) равно -х

ceil(x)

округляет х до ближайшего целого, не меньшего х

ceil(9.2) равно 10.0

ceil(-9.8) равно -9.0

floor(x)

округляет х до ближайшего целого, не превосходящего х

floo「(9.2) равно 9.0

floor(-9.8) равно -10,0

pow(x, у)

х возводится в степень у (х^)

pow(2, 7) равно 128.0 pow(9, .5) равно 3.0

fmod(x, у)

остаток х/у как число с плавающей точкой

fmod(13.657, 2.333) равен 1.992

sin(x)

тригонометрический синус х (х в радианах)

sin(O.O) равен 0.0

cos(x)

тригонометрический косинус х (х в радианах)

cos(O.O) равен 1.0

tan(x)

тригонометрический тангенс х (х в радианах)

tan(O.O) равен 0.0

Рис. 5.2. Функции общего назначения математической библиотеки

Функции

Функции позволяют программисту разбить программу на модули. Все переменные, объявленные в определениях функций, являются локальными переменными —они известны только той функции, в которой определены. Большинство функций имеют список параметров. Параметры позволяют функциям обмениваться информацией. Параметры функции — это также локальные переменные.

Общее методическое замечание 5.2

В программах, содержащих большое число функций, main должна быть реализована как группа обращений к функциям, выполняющим основную часть работы.

Существует несколько оснований для разбиения программы на функции. Подход «разделяй и властвуй» делает разработку программы более контролируемой. Другой мотив — это повторное использование кода, т.е. использова-

ние однажды написанных функций в качестве конструктивных блоков для создания новых программ. Многократное использование кода является основным определяющим фактором при переходе к объектно-ориентированному программированию. Имея хорошо продуманные имена и определения функций, можно создавать программы из стандартизованных модулей, не создавая специализированного программного кода. Эта методика известна как абстракция. Мы прибегаем к абстракции всякий раз, когда пишем программу, вызывающую функции стандартной библиотеки, например, printf, scanf и pow. Третьей причиной является правило избегать дублирования кода в про* грамме. Оформление кода в виде функции позволяет выполнять его в разных частях программы посредством простого вызова функции.

Общее методическое замечание 5.3

Каждая функция должна ограничиваться выполнением одной, точно определенной задачи, а имя функции должно отражать смысл данной задачи. Это облегчает абстракцию и способствует многократному использованию программного кода,

Общее методическое замечание 5.4

Если вы не можете выбрать краткое имя, которое выражает назначение функции, возможно, что ваша функция пытается выполнить слишком много задач. Лучше разбить такую функцию на несколько меньших функций.

Определения функций

Каждая из приведенных ранее программ состояла из функции с именем main, которая для выполнения своей задачи вызывала функции стандартной библиотеки. Теперь мы рассмотрим, как программисты пишут свои собственные специализированные функции.

Рассмотрим программу, которая использует функцию square для вычисления квадрата целых чисел от 1 до 10 (рис. 5.3).

Функция square активируется, или вызывается в main внутри оператора printf:

printf("%d " , square(x));

Функция square получает копию значения х в параметре у. Затем square вычисляет значение произведения у*у. Результат передается назад функции printf в main, где была вызвана square, и printf выводит результат. Этот процесс повторяется десять раз в цикле for.

Определение функции square показывает, что square предполагает передачу в параметре у целого значения. Ключевое слово int, предшествующее имени функции, показывает, что square возвращает результат целого типа. Оператор return в square передает результат вычислений функции, которая вызвала square.

Строка программы

int square (int);

является прототипом функции. Ключевое слово int в скобках информирует компилятор о том, что square предполагает получить от вызывающей функции целое значение. Слово int слева от имени функции square информирует компилятор о том, что square возвращает вызывающей функции результат целого

типа. Компилятор использует прототип функции для проверки того, что вызовы square имеют корректный тип возвращаемых данных, корректное число аргументов, корректный тип аргументов и что аргументы следуют в правильном порядке. Прототипы функций детально рассматриваются в разделе 5.6.

/* Функция square, определенная программистом */ #include <stdio.h>

int sguare (int);/* прототип функции */

main ()

и {

int x;

for (x = 1; x 10; x++)

printf("%d ”，square(x));

printf("\n");

return 0;

/* Определение функции int square(int y)

return у * y;

149162536496481100

Рис. 5.3. Использование функции, определенной программистом

Хороший стиль программирования 5.3

Вставляйте пустую строку между определениями функций, чтобы отделить функции друг от друга и улучшить тем самым читаемость программы.

Определение функции имеет следующий формат:

тип возвращаемого значения имя_функции(сп%сок_параметров)

объявления операторы }

В качестве имени функции (имя_функции) может использоваться любой допустимый идентификатор. Типом результата, возвращаемого вызывающей функции, является тип_возвращаемого_значения. Если тип_возвращаемо- го_значения задан ключевым словом void, то это означает, что функция ничего не возвращает. Если тип^возвращаемого_значения не указан, то компилятор будет предполагать тип int.

Распространенная ошибка программирования 5.2

Если тип_возвращаемого_значения в определении функции опущен, то это вызовет синтаксическую ошибку в том случае, если прототип функции определяет, что возвращаемый тип не является целым (int).

Распространенная ошибка программирования 5.3

Если функция должна возвращать некоторое значение, а в функции опущен оператор возврата, то это может привести к непредвиденным ошибкам. Стандарт ANSI гласит, что в этом случае результат не определен.

Распространенная ошибка программирования 5.4

Возврат значения из функции, для которой возвращаемый тип был объявлен как void, вызывает синтаксическую ошибку.

Хороший стиль программирования 5.4

Хотя опущенный возвращаемый тип по умолчанию расценивается как int, всегда задавайте возвращаемый тип явным образом. Однако для функции main возвращаемый тип обычно опускается.

Список_параметров ——это список объявлений параметров (отделенных запятыми), получаемых функцией при ее вызове. Если функция не получает значения, список ^параметров обозначается ключевым словом void. Тип каждого параметра должен быть указан явно за исключением параметров типа int. Если тип параметра не указан, то по умолчанию принимается тип int.

Распространенная ошибка программирования 5.5

Запись float х, у вместо float х, float у при объявлении параметров функции, относящихся к одному типу. Такое объявление параметров, как float х, у фактически присвоило бы параметру у тип int, поскольку int принимается по умолчанию.

Распространенная ошибка программирования 5.6

Символ точки с запятой после правой круглой скобки, закрывающей список параметров в определении функции, является синтаксической ошибкой.

Распространенная ошибка программирования 5.7

Повторное определение параметра функции как локальной переменной внутри функции -синтаксическая ошибка.

Хороший стиль программирования 5.5

Включайте тип каждого параметра в список параметров функции даже в том случае, если данный параметр относится к типу int, принятому по умолчанию.

Хороший стиль программирования 5.6

Хотя это и не является ошибкой, не используйте одни и те же имена для передаваемых функции аргументов и соответствующих параметров в определении функции. Это поможет избежать неоднозначности.

Объявления и операторы внутри фигурных скобок образуют тело функции. Тело функции также называют блоком. Блок — это просто составной one-

ратор, который включает в себя объявления. Переменные могут быть объявлены в любом блоке, а блоки могут быть вложены.石 любом случае функция не может быть определена внутри другой функции.

Распространенная ошибка программирования 5.8

Определение функции внутри другой функции — синтаксическая ошибка.

Хороший стиль программирования 5.7

Выбор осмысленных имен функций и параметров делает программы более удобочитаемыми и помогает избежать чрезмерного использования комментариев.

Общее методическое замечание 5.5

Длина функции не должна превышать одной страницы. Еще лучше, чтобы функция не превышала по длине половины страницы. Небольшие функции способствуют повторному использованию программного кода.

Общее методическое замечание 5.6

Программы должны составляться в виде совокупности небольших функций. Это упрощает создание программ, их отладку, поддержку и модификацию.

Общее методическое замечание 5.7

Функция, требующая большого количества параметров, может выполнять слишком много задач. Рассмотрите возможность ее разделения на меньшие функции, которые выполняют выделенные задачи. Заголовок функции должен, по возможности, умещаться на одной строке.

Общее методическое замечание 5.8

Прототип функции, заголовок функции и вызов функции должны иметь взаимное соответствие по числу, типу и порядку следования аргументов и параметров, а также по типу возвращаемого значения.

Существует три способа возвращения управления в ту точку программы, в которой была вызвана функция. Если функция не возвращает результат, управление возвращается просто при достижении правой фигурной скобки, завершающей функцию, или при исполнении оператора

return;

Если функция возвращает результат, оператор

return выражение;

возвращает вызывающей функции значение выражения.

Наш второй пример демонстрирует определенную программистом функцию maximum для определения и возврата наибольшего из трех целых значений (рис. 5.4). С помощью функции scanf три целых числа вводятся. После этого числа передаются функции maximum, которая находит наибольшее целое число. Это значение возвращается в main оператором return в функции maximum. Возвращенное значение выводится на печать оператором printf.

/'* Поиск максимального из трех целых значений * ^include <stdio.h>

int maximum(int, in匸, int);/* прототип функции

main.

{

intc;

printf("Enter three scanf("%d%d%d", &a, printf("Maximum is:printf("Enter three scanf("%d%d%d", &a, printf("Maximum is:integers:");&b, &c);^d\n", maximum(a fintegers:");&b, &c);^d\n", maximum(a f

printf("Enter three scanf("%d%d%d", &a, printf("Maximum is:

printf("Enter three scanf("%d%d%d", &a, printf("Maximum is:

integers:");

&b, &c);

^d\n", maximum(a f

integers:");

&b, &c);

^d\n", maximum(a f

return G;

/* Определение функции maximum * in匸 maximum(int x, int v, int z)

int max = x;

if (У 〉 max) max = у;

i f (z > max)

max = z;

ireturn max;

Enter three integers:Enter three integers:22 85 1722 85 17Maximum is: 85Maximum is: 85Enter three integers:Enter three integers:85 22 1785 22 17Maximum is: 85Maximum is: 85Enter threeEnter threeMaximum is:Maximum is:integers: 22 17 8585integers: 22 17 8585

Enter three integers:

Enter three integers:

22 85 17

22 85 17

Maximum is: 85

Maximum is: 85

Enter three integers:

Enter three integers:

85 22 17

85 22 17

Maximum is: 85

Maximum is: 85

Enter three

Enter three

Maximum is:

Maximum is:

integers: 22 17 85

85

integers: 22 17 85

85

Рис. 5.4. Определенная программистом функция maximum

Прототипы функций

Одной из наиболее важных особенностей ANSI С являются прототипы функций- Они были позаимствованы комитетом ANSI С у разработчиков C++. Прототип функции сообщает компилятор^7 тип данных, возвращаемых функцией, число параметров, получаемых функцией, тип и порядок следования параметров. Компилятор использует прототипы функций для проверки корректности обращений к функции. Предыдущие версии С не выполняли этот вид проверки, так что существовала возможность неправильного вызова функции, при котором компилятор не регистрировал ошибки. Такие обращения могли приводить к фатальным ошибкам при выполнении программы, или к ошибкам, которые, не вызывая краха программы, приводили тем не менее к труд- нообнаружимым логическим ошибкам. Прототипы функций в ANSI С исправляют такое положение дел.

Хороший стиль программирования 5.8

Включайте в программу прототипы для всех функций, чтобы воспользоваться преимуществами проверки типов С. Используйте директивы препроцессора #include, чтобы получить прототипы функций стандартной библиотеки из заголовочных файлов соответствующих библиотек. Также используйте #include, чтобы включить заголовочные файлы, содержащие ваши собственные прототипы функций или прототипы, ис- пользуемь!е членами вашей рабочей группы

Прототипом функции maximum, приведенной на рис. 5.4, является int maximum(int, int, int);

Этот прототип объявляет, что maximum получает три параметра типа int и возвращает результат типа int. Обратите внимание, что прототип функции имеет тот же вид, что и первая строка определения функции maximum, за исключением того, что в него не включены имена параметров (х, у и z).

Хороший стиль программирования 5.9

Имена параметров иногда включаются б прототип функции с целью документирования. Компилятор игнорирует эти имена.

Распространенная ошибка программирования 5.9

Пропуск точки с запятой в конце прототипа функции вызывает синтаксическую ошибку.

Вызов функции, который не соответствует ее прототипу, вызывает синтаксическую ошибку. Ошибка генерируется также в том случае, если не согласованы прототип функции и ее функции. Например, если прототип функции записать в виде (рис. 5.4)

void maximum(int, int, int);

то компилятор зарегистрировал бы ошибку, поскольку возврат типа void в прототипе функции отличался бы от возврата типа int заголовка функции.

Другое важное следствие применения прототипов функций — автоматическое приведение аргументов, т.е. принудительное преобразование аргументов функции к соответствующему типу. Например, функция математической библиотеки sqrt может вызываться с целочисленным аргументом, и функция будет работать правильно, хотя прототип ее в math.h определяет аргумент как double. Оператор

printf (*' % . 3f\n" , sqrt ( 4 ));

правильно вычисляет sqrt(4) и выводит на печать значение 2.000. Прототип функции заставляет компилятор преобразовать целое значение 4 в значение типа double ——4.0 ——перед тем, как значение будет передано sqrt. В общем случае значения аргументов, которые не соответствуют в точности типам параметров в прототипе функции, перед вызовом преобразуются в соответствующий тип. Эти преобразования могут привести к неправильным результатам, если не учитывать правила возведения типов С. Правила возведения определяют, каким образом одни типы могут быть преобразованы в другие типы без потери данных. В нашем примере с sqrt тип int автоматически был преобразован в double без изменения значения. Однако преобразование типа double в тип int отбрасывает дробную часть значения double. Преобразование типа больших целых к типу малых целых (например, long в short) может также приводить к изменению значений.

Правила возведения автоматически применяются к выражениям, содержащим значения двух или более типов данных (называемым выражениями смешанного типа). Каждое значение в выражении смешанного типа автоматически возводится к наивысшему типу выражения (фактически в выражении создается и используется временная версия каждого значения, а первоначальные значения остаются неизменными). На рис. 5.5 перечислены типы данных в порядке от наивысшего к низшему и приведены спецификации преобразования для операторов printf и scanf.

Тип данных

спецификация преобразования для printf

спецификация преобразования для scanf

long double

%Lf

%Lf

double

%f

%lf

float

%f

%f

unsigned long int

%lu

%iu

long int

%ld

%ld

unsigned int

%u

%u

int

%d

%d

short

%hd

%hd

char

%c

%c

Рис. 5.5. Иерархия возведения типов данных

Преобразование значений к более низким типам обычно приводит к неверному результату. Следовательно, значение может быть преобразовано в более низкий тип только посредством явного присваивания переменной более низкого типа или с помощью операции приведения. Значения аргументов функции преобразуются к типу параметров прототипа функции таким образом, как будто они непосредственно присваиваются переменным этого типа. Если наша функция square, которая имеет параметр целого типа (рис. 5.3), вызывается с аргументом типа float, то аргумент преобразуется в тип int (более низкий тип). В этом случае square может вернуть неверное значение. Например, squa- ге(4.5) дало бы значение 16, а не 20.25.

Распространенная ошибка программирования 5.10

Преобразование более высокого типа данных в иерархии возведения к более низкому типу может изменить значение данных.

Если прототип для данной функции не был включен в программу, компилятор формирует собственный прототип функции, используя ее первое вхождение в программу: или определение, или обращение к функции. По умолча-

нию компилятор предполагает, что функция возвращает тип int, ничего не предполагая относительно типа аргументов. Следовательно, если аргументы, переданные функции, некорректны, то компилятор не обнаружит ошибку.

Распространенная ошибка программирования 5.11

Пропуск прототипа функции вызывает синтаксическую ошибку, если функция возвращает тип, отличный от int, а определение функции появляется в программе после вызова функции. В других случаях пропуск прототипа функции может вызвать ошибку во время выполнения программы или привести к непредвиденному результату.

Общее методическое замечание 5.9

Прототип функции, размещенный вне любого определения функции, применяется ко всем вызовам, появляющимся в файле после прототипа функции. Прототип функции, помещенный в функцию, применяется только к тем вызовам, которое делаются из этой функции.

Заголовочные файлы

Каждая стандартная библиотека имеет свой заголовочный файл, содержащий прототипы для всех функций данной библиотеки, а также определения различных типов данных и констант, необходимых этим функциям. На рис. 5.6 приведен алфавитный список заголовочных файлов стандартной библиотеки, которые могут быть включены в программу. Термин «макрос», который несколько раз используется в рис. 5.6, подробно обсуждается в главе 13, «Препроцессор».

Заголовочный файл стандартной библиотеки

Содержимое заголовочного файла

<assert.h>

Содержит диагностические макросы и информацию, которая помогает при отладке программы.

<ctype.h>

Содержит прототипы для функций, которые проверяют определенные характеристики символов и прототипы для функций, которые могут использоваться для преобразования символов нижнего регистра в символы верхнего регистра и наоборот.

<errno.h>

Определяет макросы, которые полезны для сообщений о типе ошибки.

<float.h>

Содержит пределы значений для чисел с плавающей точкой в системе.

<limits.h>

Содержит пределы значений для цель(х чисел в системе.

<locale.h>

Содержит прототипы функций и другую информацию, которая позволяет изменять работу про「раммь согласно правилам текущего локала, в котором она выполняется. Понятие локала дает компьютерной системе возможность обрабатывать соглашения, принятые в различных странах по всему миру для выражения таких данных, как дата, время, денежные единицы и способ записи больших чисел.

<math.h>

Содержит прототипы для функций математической библиотеки.

<setjmy.h>

Содержит прототипы для функций, которые позволяют обойти обычный вызов функции и последовательность возврата.

Заголовочный файл стандартной библиотеки

Содержимое заголовочного файла

<signal.h>

Содержит прототипы функций и макросы для обработки различных условий, которые могут возникать во время выполнения программы.

<stdarg.h>

Определяет макросы для обработки списка параметров функции, для которой неизвестно число параметров и их тип.

<stddef.h>

Содержит общие определения типов, используемых С для выполнения некоторых вычислений.

<staio.h>

Содержит прототипы для функций ввода/вывода стандартной библиотеки и информацию, используемую ими.

<srdlib.h>

Содержит прототипы функций для преобразования чисел в текст и текста в числа, прототипы функций размещения памяти, генерации случайных чисел и других сервисных функций.

<string.h>

Содержит прототипы для функций обработки строки.

〈匸ime.h>

Содержит прототипы функций и типы для функций управления временем и датой.

Рис. 5,6. Заголовочные файлы стандартной библиотеки

Программист может создать специализированный заголовочный файл. Определенные проград!мистом заголовочные файлы также должны заканчиваться .h. Определенный программистом файл может быть включен директивой препроцессора #include. Например, заголовочный файл square.h может быть включен в нашу программу с помощью директивы

#include "square.hn

размещенной б верхней части программы. В разделе 13.2 представлена дополнительная информация по включению в программу заголовочных файлов.

Вызов функций: вызов по значению и по ссылке

Во многих языках программирования существует два способа вызова функций —— вызов по значению и вызов по ссылке. Когда аргумент используется в вызове по значению, то вызываемой функции передается копия значения аргумента. Изменения, происходящие с копией, не отражаются на значении исходной переменной в вызывающей функции. Когда аргумент функции передается по ссылке, вызывающая функция фактически позволяет вызываемой функции изменять значение исходной переменной.

Передача аргумента по значению должна использоваться, когда вызываемой функции не нужно менять значение исходной переменной в вызывающей функции. Это предотвращает случайные побочные эффекты, которые мешают разработке правильных и надежных систем программного обеспечения. Передача аргумента по ссылке должна применяться только с такими вызываемыми функциями, которым необходимо менять первоначальную переменную и которым можно «доверять».

В С все вызовы передают аргументы по значению. Как мы увидим в главе 7, имеется возможность имитировать передачу аргумента ло ссылке, используя операции взятия адреса и косвенные операции. В главе 6 мы увидим,

что массивы автоматически передаются посредством имитации передачи аргумента по ссылке. Мы должны подождать до главы 7, чтобы полностью разобраться в этом довольно сложном вопросе. Пока мы ограничимся вызовами с передачей аргументов по значению.

Генерация случайных чисел

Теперь мы сделаем небольшой перерыв и немного развлечемся с интересным и популярным приложением программирования, а именно с моделированием и играми. В этом и следующем разделах мы разработаем хорошо структурированную игровую программу, которая включает в себя много функций. Программа демонстрирует большую часть изученных нами управляющих структур.

В азартной атмосфере казино есть что-то, что определяет поведение любого оказавшегося там человека: от игрока, делающего крупные ставки за дорогим столом для игры в кости, до игрока за игральным автоматом. Это ——элемент случайности, возможность того, что случай превратит просто полный карман в гору денег. Элемент случайности может быть введен и в компьютерные приложения, если использовать функцию rand из стандартной библиотеки С.

Рассмотрим следующий оператор:

i = rand ();

Функция rand генерирует целое значение в диапазоне от 0 до RAND_MAX (символическая константа, определенная в заголовочном файле <stdlib.h>). Стандарт ANSI объявляет, что значение RAND_MAX должно быть равно по меньшей мере 32767, т.е. максимальному значению 2-байтового целого (или 16-битового, что то же самое). Программы этого раздела были проверены на системе С с максимальным значением 32767 для RAND_MAX. Если rand действительно генерирует целые числа случайным образом, то каждое число между О и RAND_MAX имеет равные шансы (или вероятность) быть выбранным при каждом вызове функции rand.

Диапазон значений, непосредственно генерируемых rand, часто отличается от того, который необходим в данном приложении. Например, программе, которая имитирует подбрасывание монеты, требуется только два значения: О для «орла» и 1 для «решки». Программе, которая моделирует выбрасывание игральной кости с шестью сторонами, потребовались бы случайные целые числа в диапазоне от 1 до 6.

Чтобы продемонстрировать функцию rand, давайте разработаем программу, которая имитирует 20 бросков шестигранной игральной кости и печатает значение, выпавшее при каждом броске. Прототип функции для rand может быть найден в <stdlib.h>. Мы применим операцию взятия по модулю (%) в сочетании с rand:

rand() % 6

чтобы генерировать целые в диапазоне от 0 до 5. Это называется масштабированием. Число 6 называется коэффициентом масштабирования. После этого мы сдвигаем диапазон генерируемых чисел, добавляя 1 к нашему предыдущему результату. Рис. 5.7 подтверждает, что результаты находятся в диапазоне от 1 до 6.

Чтобы показать, что эти числа появляются приблизительно с равной вероятностью, давайте смоделируем 6000 бросков игральной кости, используя программу, приведенную на рис. 5.8. Каждое целое число от 1 до 6 должно «выпасть » приблизительно 1000 раз.

/* Генерация целых 1 + rand() % 6 в масштабе и со сдвигом */ I #include <stdio.h>

^include <stdlib.h>

:main()

；{ int i;

for (i = 1; i <= 20; i++) {

printf C^lOd", 1 十(rand() % 6));

if (i % 5 == 0) printf ('* \ n" ) ;■

}

return 0;

5

5

3

5

5

2

4

2

5

5

5

3

2

2

1

5

1

4

6

4

Рис. 5.7. Масштабированные и сдвинутые целые, генерируемые выражением 1 + rand() % 6

/* Бросание шестигранной игральной кости 6000 раз ^include <stdio.h> #inc工ude <stdlib.h>

main ()

int face, roll, frequencyl = 0, frequency2 = 0, frequency3 = 0, frequency4 = 0, frequency5 = 0, frequency6 = 0;

for (roll 1; roll <= 6000; roll++) { face = 1 + rand() % 6;

switch (face) {

case 1 :

++frequencyl;

break;

■ case 2:

++frequency2;

break;

++frequency3;

break;

++frequency4;

break;

:

++frequency5;

break;

case 6:

++frequency6; break;

printf("%s%13s\n"z printf ("l%13d\n"лprintf (”2%13d\n",printf("3%13d\n",printf("4%13d\n"лprintf("5%13d\n”，printf(”6%13d\n",return 0;printf("%s%13s\n"z printf ("l%13d\n"лprintf (”2%13d\n",printf("3%13d\n",printf("4%13d\n"лprintf("5%13d\n”，printf(”6%13d\n",return 0;Face", n Frequency frequencyl);frequency2);frequency3);frequency4);frequency5);frequency6);Face", n Frequency frequencyl);frequency2);frequency3);frequency4);frequency5);frequency6);

printf("%s%13s\n"z printf ("l%13d\n"л

printf (”2%13d\n",

printf("3%13d\n",

printf("4%13d\n"л

printf("5%13d\n”，

printf(”6%13d\n",

return 0;

printf("%s%13s\n"z printf ("l%13d\n"л

printf (”2%13d\n",

printf("3%13d\n",

printf("4%13d\n"л

printf("5%13d\n”，

printf(”6%13d\n",

return 0;

Face", n Frequency frequencyl);

frequency2);

frequency3);

frequency4);

frequency5);

frequency6);

Face", n Frequency frequencyl);

frequency2);

frequency3);

frequency4);

frequency5);

frequency6);

Face

Frequency

1

987

2

984

3

1029

4

974

5

1004

6

1022

Рис. 5.8. Бросание шестигранной игральной кости 6000 раз (часть 2 из 2)

Как показывает результат, выведенный программой, масштабирование и сдвиг в сочетании с функцией rand позволяет реалистично моделировать вращение шестигранной игральной кости. Обратите внимание, что в структуре switch нет варианта default. Также обратите внимание на использование спецификации преобразования %s для печати символьных строк «Face» и «Frequency» в качестве заголовков столбцов. После того как мы исследуем массивы в главе 6, мы покажем, как заменить всю структуру switch на оператор, умещающийся в одной строке.

Повторное выполнение программы рис. 5.7 дает результат

55355

24255

53221

51464

Обратите внимание, что была напечатана та же самая последовательность значений. Как же это может быть случайными числами? Как ни странно, эта повторяемость является важной характеристикой функции rand. При отладке программы эта повторяемость является существенным фактором для доказательства того, что исправления, внесенные в программу, работают правильно.

Функция rand генерирует на самом деле псевдослучайные числа. При вызове rand генерируется последовательность чисел, которые выглядят случайными. Однако эта последовательность повторяется при каждом новом выполнении программы. Когда программа будет тщательно отлажена, можно модифицировать ее для генерации различных последовательностей случайных чисел для каждого выполнения. Это называется рандомизацией и обеспечивается функцией стандартной библиотеки srand. Функция srand получает в качестве аргумента целое без знака (тип unsigned), называемое семенем, которое

позволяет получать от rand различные последовательности случайных чисел при каждом исполнении программы.

Применение функции srand показано на рис. 5.9. В программе мы используем тип данных unsigned, что является сокращением записи unsigned int. Тип int хранится по меньшей мере в двух байтах памяти и может принимать положительные и отрицательные значения. Переменная типа unsigned также хранится по меньшей мере в двух байтах памяти. Двухбайтовое целое типа unsigned int может принимать только положительные значения в диапазоне от 0 до 65535. Четырехбайтовое целое типа unsigned int может принимать положительные значения в диапазоне от 0 до 4294967295. Функция srand получает в качестве аргумента значение типа unsigned. Для чтения данных типа unsigned функцией scanf необходима спецификация преобразования % и. Прототип функции для srand находится в <stdlib.h>.

Давайте выполним программу несколько раз и посмотрим на результаты. Обратите внимание, что при каждом выполнении программы получаются различные последовательности случайных чисел, что обеспечивается вводом различных значений для семени.

/* Рандомизация программы бросания игральной кости */ ^include <st:dlib . h>

#include <stdio.h>

main()

{

int I;

unsigned seed;

printf (''Enter seed : scanf ( "%u", &seed);

srand(seed);

for (i 二10;

…){

-4- ( rand () %

printf ("%10cl"

if (i ■% 5 ==

printf ("\n

return 0;

,1

0)

")；

Enter seed:67

16

5

14

56

3

12

Enter seed: 432

42

5

43

25

1

44

Enter seed: 67

16

5

14

56

3

12

Рис. 5.9. Рандомизация программы бросания и「ральной кости (окончание)

Если мы хотим проводить рандомизацию без ввода семени, мы можем написать оператор вроде

srand(time(NULL));

Компьютер здесь считывает показания внутренних часов, чтобы автоматически получить не определенное заранее значение. Функция time возвращает текущее время дня в секундах. Это значение преобразуется в целое без знака и используется как семя для генератора случайных чисел. Функция time получает в качестве аргумента NULL (функция time может формировать строку, представляющую время дня; аргумент NULL запрещает этот вариант в данном вызове time). Прототип функции time находится в <tirne.h>.

Значения, непосредственно генерируемые rand, всегда находятся в диапазоне

О <= rand() <= RAND—MAX

Предварительно мы показали, как написать единственный оператор С, имитирующий вращение шестигранной игральной кости:

face = 1 + rand () % 6;

Этот оператор всегда присваивает целое значение (случайным образом) переменной face в диапазоне от 1 до 6. Обратите внимание, что ширина этого диапазона (т.е. число последовательных целых чисел в нем) равна 6 и начальным числом этого диапазона является 1. Что касается предшествующего утверждения, мы видим, что ширина диапазона определяется числом, используемым для масштабирования функции rand операцией деления по модулю (т.е. 6), а начальное число диапазона равно числу, которое прибавляется к rand % 6 (т.е. 1). Мы можем обобщить этот результат следующим образом:

n = а + rand() % Ъ;

Здесь а ——значение сдвига (которое равно первому числу диапазона последовательных целых чисел), и b ——коэффициент масштабирования (который равен ширине диапазона последовательных целых чисел), В упражнениях в конце раздела мы увидим, что можно выбирать случайные целые числа из наборов значений, не являющихся последовательными.

Распространенная ошибка программирования 5.12

Использование srand вместо rand для генерации случайных чисел.

Пример: стохастическая игра

Одной из наиболее популярных стохастических игр является «крепе», в который играют в казино и в темных закоулках по всему миру. Правила игры просты:

Игрок выбрасывает две кости. Каждая кость имеет ш,естъ граней. Эти грани содержат I, 2, 3, 4, 5 辽 6 точек. После того как кости остановятся, вы- 乂исля2nle凡 сумма точек на двух гранях, повернутых вверх. Если выпавшая сумма при первом броске оказалась равной 7 или 11, то победил игрок. Если

сумма при первом броске составила 2, 3 или 12, то игрок проигрывает f выигрывает казино/ Если сумма первого броска равна 4, 5, 6, 8, 9 или 10, то эта сумма становится очками игрока. Чтобы выиграть, вы должны продолжить бросать кости до тех пор, пока не наберете свои очки еще раз. Игрок проигрывает, если при очередном броске выпадает 7.

Программа, приведенная на рис. 5.10, моделирует данную игру. На рис. 5.11 показано несколько примеров выполнения программы.

/* Игра в крепе */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h>

int rollDice(void);

main ()

int gamestatus, sum, myPoint;

srand(time(NULL)); sum = rollDice();

/* первый выброс костей */

switch(sum) {

case 7: case 11:

/* выигрыш при первом броске

gameStatus = 1;

break;

case 2: case 3: case 12:

/* проигрыш пря первом броске

gameStatus = 2;

break;

default:

/* запомнить очки */

gameStatus = 0;

myPoint = sum;

printf("Point is %d\n", myPoint);

break;

while (gameStatus == 0) {/* продолжать бросать */

sum - rollDice ();

if (sum myPoint)/* выигрыш повторным выбросом очков gameStatus = 1;

else

if (sum == 7)/* проигрыш при выбросе 7 */

gameStatus = 2;

if (gamestatus == 1)

printf ("Player wins\n");

else

printf("Player loses\n");

return 0;

}

int rollDice(void)

int diel, die2, workSum;

diel = 1 + (rand () % 6);

die2 =工 + (rand() % 6);

workSum diel + die2;

printf("Player rolled %d + %d =常d\n”，diel，die2, workSum); return workSum;

Рис. 5.10. Программа, моделирующая игру в крепе (часть 2 из 2)

Player rolled

6

6

+

+

5 = 11

6 = 12

Player Player Player

wins rolled loses

Player

rolled

4

+

6 =

10

Point is 10

Player

rolled

2

+

4 =

6

Player

rolled

6

+

5 =

11

Player

rolled

3

+

3 =

6

Player

rolled

6

+

4 =

10

Player

wins

Player

rolled

1

+

3 =

4

Point is 4

Player

rolled

1

+

4 =

5

Player

rolled

5

+

4 =

9

Player

rolled

4

+

6 =

10

Player

rolled

6

+

3 =

9

Player

rolled

1

+

2 =

3

Player

rolled

5

+

2 =

7

Player

loses

Рис. 5.11. Пример выполнения программы игры в кости

Обратите внимание, что и в первом броске и во всех последующих игрок выбрасывает две кости. Мы определяем функцию rollDice таким образом, что она выполняет броски игровых костей, вычисляет и печатает сумму. Функция rollDice определена один раз, но вызывается в двух местах программы. Интересно, что rollDice не получает никаких аргументов, поскольку в списке параметров стоит void. Функция rollDice возвращает сумму, выпавшую на двух игровых костях, так что в заголовке функции в качестве возвращаемого типа указан тип int.

Начинается игра. Игрок может выиграть либо проиграть уже при первом броске, или может выиграть либо проиграть при любом последующем. Для отслеживания ситуации используется переменная gameStatus.

Когда программа выиграла либо на первом броске, либо на любом из последующих, переменная gameStatus устанавливается равной 1. Когда программа проиграла на первом броске либо на одном из последующих, gameStatus устанавливается равной 2. В других случаях gameStatus равна нулю и игра должна продолжаться.

Если после первого броска игра заканчивается, программа обходит структуру while, поскольку переменная gameStatus не равна нулю. Программа переходит к структуре if/else, которая выводит на печать строку «Player wins» (Игрок выиграл), если gameStatus равна 1, и «Player loses» (Игрок проиграл), если gameStatus равна 2.

Если после первого броска игра не заканчивается, то значение sum сохраняется в переменной myPoint. Выполнение программы продолжается с участием структуры while, поскольку gameStatus равна 0. Каждый раз при прохождении структуры while вызывается функция rollDice, которая генерирует новую сумму. Если значение sum совпадает со значением myPoint, gameStatus устанавливается на 1, чтобы показать, что игрок выиграл. После этого следует выход из структуры while, поскольку ее условие перестает выполняться, структура if/else выводит на печать строку «Player wins» и выполнение программы прекращается. Если значение sum равно 7, gameStatus устанавливается на 2, чтобы показать, что игрок проиграл. Далее следует выход из структуры while, оператор if/else печатает строку «Player loses» и выполнение программы прекращается.

Обратите внимание на интересную управляющую структуру программы. Мы использовали две функции —— main и rollDice, структуры switch, while, if/else и вложенную структуру if. В упражнениях мы исследуем различные интересные характеристики игры в крепе.

Классы памяти

В главах 2-4 для имен переменных мы использовали идентификаторы. Атрибуты переменных включают в себя имя, тип и значение. В этой главе мы также используем идентификаторы в качестве имен функций, определяемых пользователем. На самом деле каждый идентификатор в программе имеет и другие атрибуты, включая класс памяти, период хранения, область действия и тип компоновки.

Язык С поддерживает четыре класса памяти, обозначаемые спецификаторами класса памяти: auto, register, extern и static. Класс памяти идентификатора помогает определить его период хранения, область действия и тип компоновки. Период хранения идентификатора — это время, в течение которого данный идентификатор существует в памяти. Некоторые идентификаторы существуют короткое время, некоторые неоднократно создаются и разрушаются, другие существуют в течение всего времени выполнения программы. Область действия идентификатора характеризует возможность обращения к нему из различных частей программы. Некоторые идентификаторы доступны во всей программе, другие ——только в отдельных ее частях. Тип компоновки идентификатора определяется для программ, состоящих из нескольких исходных файлов, объединяемых на этапе компоновки (предмет, который мы исследуем в главе 14). Эта характеристика показывает, известен ли идентификатор только в текущем исходном файле или в любом исходном файле с соответствующими объявлениями. В этом разделе рассматриваются четыре класса памяти и период хранения. В разделе 5.12 обсуждается область действия идентификаторов. В главе 14 обсуждается тип компоновки идентификатора и программирование с несколькими исходными файлами.

Четыре спецификатора класса памяти могут быть разбиты на два типа по периоду хранения: автоматический период хранения и статический период хранения. Для объявления переменных с автоматическим периодом хранения служат ключевые слова auto и register. Переменные с автоматическим хранением создаются, когда управление получает программный блок, в котором они объявлены. Переменные этого типа существуют, пока блок активен, и уничтожаются, когда происходит выход из блока.

Автоматический период хранения могут иметь только переменные. Локальные переменные функции (объявленные в списке параметров или в теле функции) обычно имеют автоматический период хранения. Ключевое слово auto объявляет переменные с автоматическим хранением явным образом. Например, следующее объявление показывает, что переменные х и у типа float являются автоматическими локальными переменными и существуют только в теле функции, в которой находится данное объявление:

auto float х, у;

Локальные переменные имеют автоматический период хранения по умолчанию, так что ключевое слово auto используется редко. Во всем последующем тексте мы будем называть переменные с автоматическим периодом хранения просто автоматическими переменными.

Совет по повышению эффективности 5.1

Автоматическое хранение способствует экономии памяти, поскольку автоматические переменные существуют только тогда, когда они необходимы. Они создаются при запуске функции, в которой они объявлены, и уничтожаются, когда происходит выход из функции.

Общее методическое замечание 5.10

Автоматическое хранение является примером реализации принципа минимальных привилегий. Почему переменные должны храниться в памяти и быть доступными, когда в данный момент в них нет необходимости?

Данные в программе на машинном языке для выполнения вычислений и другой обработки обычно загружаются в регистры.

Совет по повышению эффективности 5.2

Перед объявлением автоматической переменной может быть помещен спецификатор класса памяти register, чтобы рекомендовать компилятору разместить ее в одном из быстродействующих аппаратных ре「истров компьютера. Если интенсивно используемые переменные типа счетчиков или сумм будут реализованы в аппаратных регистрах, то можно исключить непроизводительные затраты на неоднократную загрузку переменных из памяти в регистры и обратно.

Компилятор может проигнорировать объявление register. Например, в распоряжении компилятора может не оказаться достаточного числа регистров. Следующее объявление предлагает, чтобы целая переменная counter была размещена в одном из регистров компьютера и инициализирована значением 1:

register int counter = 1;

Ключевое слово register может использоваться только с переменными, имеющими автоматический период хранения.

Совет по повышению эффективности 5.3

Объявления register часто бывают не нужны. Современные оптимизирующие компиляторы способны распознать часто используемые переменные и могут размещать их в регистрах самостоятельно, не требуя от программиста объявления register.

Ключевые слова extern и static используются для объявления идентификаторов переменных и функций со статическим периодом хранения. Идентификаторы статического периода хранения существуют с того момента, как программа начинает выполняться. Для переменных память распределяется и инициализируется один раз, когда программа запускается. Для функций имя также начинает существовать с момента начала выполнения программы. Однако даже при том, что переменные и имена функций существуют с момента начала выполнения программы, это не означает, что эти идентификаторы доступны во всей программе. Период хранения и область действия (область, где имя доступно) являются разными вещами, как мы и увидим в разделе 5.12.

Существует два типа идентификаторов со статическим периодом хранения: внешние идентификаторы (вроде глобальных переменных и имен функций) и локальные переменные, объявленные со спецификатором класса памяти static. Глобальные переменные и имена функций имеют по умолчанию класс памяти extern. Глобальные переменные создаются при помещении их объявлений вне любого определения функции, и они сохраняют свои значения в течение всего времени выполнения программы. Обращение к глобальным переменным и функциям возможно из любой функции, которая следует после их объявления или определения в файле. Это является одной из причин использования прототипов функций. Когда мы включаем stdio.h в программу, которая вызывает printf, прототип функции помещается в начало нашего файла, делая имя printf известным для остальной части файла.

Общее методическое замечание 5.11

Объявление переменной как глобальной, а не локальной, может приводить к случайным побочным эффектам, когда функция, которой не нужен доступ к этой переменной, случайно или преднамеренно ее изменяет. В целом нужно избегать использования глобальных переменных, за исключением некоторых ситуаций с уникальными требованиями к производительности (рассматривается в главе 14).

Хороший стиль программирования 5.10

Переменные, использующиеся только в определенной функции, должны быть объявлены локальными переменными этой функции, а не внешними переменными.

Локальные переменные, объявленные с ключевым словом static, остаются известными только той функции, в которой они определены, но в отличие от автоматических статические локальные переменные сохраняют свое значение и после выхода из функции. При следующем вызове статическая локальная переменная будет содержать то значение, которое она имела при последнем выходе из функции. Следующий оператор объявляет, что локальная переменная static будет статической, и инициализирует ее значением 1.

static int count = 1;

Все числовые переменные со статическим хранением инициализируются нулем, если они явно не инициализированы программистом. (Переменные-указатели ,обсуждаемые в главе 7, инициализируются значением NULL.)

Распространенная ошибка программирования 5.13

Использование нескольких спецификаторов класса памяти для идентификатора. К данному идентификатору может применяться только один спецификатор класса памяти.

Ключевые слова extern и static имеют специальное значение, когда применяются к внешним идентификаторам явным образом. В главе 14 мы увидим программы, явно использующие extern и static.

Правила области действия

Областью действия идентификатора является та часть программы, в которой возможно обращение к нему. Например, когда мы объявляем в некотором блоке локальную переменную, к ней можно обратиться только из этого блока или из блоков, вложенных в данный блок. Область действия идентификатора делится на четыре вида: область действия функции, область действия файла, область действия блока и область действия прототипа функции.

Метки (идентификаторы, сопровождающиеся двоеточием, вроде start:) являются единственными идентификаторами, принадлежащими области действия функции. Метки могут использоваться в произвольном месте функции, в которой они появляются, но на них нельзя сослаться вне тела функции. Метки используются в структурах switch (в качестве меток case) и в операторах goto (см. главу 14). Метки относятся к подробностям реализации, которые функции скрывают от друг друга. Эта скрытность, более формально называемая сокрытием информации, является одним из наиболее фундаментальных принципов хорошего стиля программирования.

Идентификатор, объявленный вне любой функции, имеет область действия файла. Такой идентификатор «известен» всем функциям начиная с того места, где он объявлен, и до конца файла. Глобальные переменные, определения функций и прототипы функций, помещенные вне функции,——все они имеют область действия файла.

Идентификаторы, объявленные внутри блока, имеют область действия блока. Область действия блока заканчивается завершающей правой фигурной скобкой (}) блока. Локальные переменные, объявленные в начале функции, имеют область действия блока, так же как и параметры функции, которые рассматриваются как ее локальные переменные. Любой блок может содержать объявления переменных. Когда блоки вложены, а идентификатор во внешнем блоке имеет то же самое имя, что и идентификатор во внутреннем блоке, идентификатор во внешнем блоке «скрывается», пока внутренний блок не завершит работу. Это означает, что пока выполняется внутренний блок, он видит значение собственного локального идентификатора, а не значение идентификатора с тем же именем, находящегося в объемлющем блоке. Локальные переменные, объявленные как static, имеют область действия блока несмотря на то, что существуют с момента начала выполнения программы. Таким образом, период хранения не влияет на область действия идентификатора.

Единственными идентификаторами с областью действия прототипа функции являются идентификаторы, которые используются в списке параметров прототипа функции. Как отмечалось выше, прототипы функций не требуют, чтобы в списке параметров стояли имена идентификаторов; требуется только их тип. Если в списке параметров прототипа используется имя, то компилятор его игнорирует. Идентификаторы, указанные в прототипе функции, могут неоднократно встречаться в других местах программы, и здесь не возникает никакой неоднозначности.

Распространенная ошибка программирования 5.14

Случайное объявление во внутреннем блоке имени идентификатора, которое уже используется во внешнем блоке, в то время как программист на самом деле хотел, чтобы идентификатор внешнего блока 5ыл доступен для внутреннего блока.

Хороший стиль программирования 5Л1

Не объявляйте имен переменных, которые скрывают имена во внешних областях действия. Можно просто избегать любого дублирования идентификаторов в программе.

Программа, приведенная на рис. 5.12, иллюстрирует правила применения глобальных, автоматических локальных и статических локальных переменных. Глобальная переменная х объявляется и инициализируется значением 1. Эта глобальная переменная скрыта в любом блоке (или функции), в котором объявлена переменная с именем х. В main объявляется и инициализируется значением 5 локальная переменная х. Эта переменная сразу выводится на печать, чтобы показать, что глобальная переменная х скрыта от main. После этого в main определяется новый блок с другой локальной переменной х, инициализированной значением 7. Эта переменная выводится на печать, чтобы показать, что переменная х нового блока скрывает переменную внешнего блока main. Переменная х со значением 7 автоматически разрушается, когда блок прекращает работу, и локальная переменная х внешнего блока main печатается еще раз, чтобы показать, что она уже не скрыта. В программе определены три функции таким образом, что каждая из них не получает никаких аргументов и ничего не возвращает. Функция а определяет автоматическую локальную переменную х и инициализирует ее значением 25. При вызове функции а эта переменная выводится на печать, увеличивается и печатается еще раз перед выходом из функции. Каждый раз при вызове этой функции автоматическая локальная переменная х заново инициализируется значением 25. Функция b объявляет статическую переменную х и инициализирует ее значением 50. Локальные переменные, объявленные как static, сохраняют свои значения даже вне обычной области действия локальной переменной. При вызове функции b печатается значение х, затем х увеличивается и печатается еще раз перед выходом из функции. При следующем обращении к этой функции статическая локальная переменная х будет содержать значение 51. Функция с не объявляет никаких переменных. Следовательно, когда она обращается к переменной х, используется глобальная переменная х. При следующем вызове функции с печатается значение глобальной переменной, она умножается на 10 и печатается еще раз перед выходом из функции. При последующем вызове функции с глобальная переменная все еще имеет модифицированное значение ——10. В заключение программа печатает значение локальной переменной х в main еще раз, чтобы показать, что ни один из вызовов функций не изменил значение х, поскольку функции ссылались на переменные в других областях действия.

Рекурсия

Программы, которые мы обсуждали, имели в основном структуру функций, которые вызывают другие функции, подчиняясь строгой иерархии. Для некоторых типов задач полезно иметь функции, которые вызывают сами себя. Рекурсивная функция — это функция, которая вызывает саму себя или непо- ппрттстврнно или нсспаттттс ттапаз KDvrvro Функцию. Рекурсия — сложный Пред-

мет, изучаемый лишь в некоторых курсах по компьютерным дисциплинам. В этом и в следующих разделах приведены простые примеры рекурсии. Эта книга уделяет большое внимание рекурсии, которая так или иначе применяется начиная с главы 5 и до главы 12. Рис. 5.17 в конце раздела 5.15 содержит сводку по всем примерам и упражнениям на рекурсию, приведенным в книге.

/* Пример по областям действия */

#include <stdio.h>

void a(void); /* прототип функции */

void b(void); /* прототип функции */

void c(void); /* прототип функции */

int x = 1;/* глобальная переменная */

main () {

int x = 5; /* локальная переменная для main */

printf ("local x in outer scope of main is %d\n", x);

{/* начало новой области действия */

int х - 7;

printf("local x in inner scope of main is %d\n", x);/* конец новой области действия */

printf("localprintf("localxxin outerin outerscope ofscope ofmain is %d\n", х);main is %d\n", х);а (); Ь(); с О ; а ();а (); Ь(); с О ; а ();а Ь с аа Ь с асодержит содержитсодержит содержитавтоматическую локальную х * статическую локальную х */автоматическую локальную х * статическую локальную х */использует глобальную заново инициализируетиспользует глобальную заново инициализируетxxавтоматическуюавтоматическуюb();b();/*/*локальную х */статическая локальная хлокальную х */статическая локальная хсохраняет предыдущеесохраняет предыдущеес ();с ();/*/*значение */ глобальная х также сохраняет свое значение *значение */ глобальная х также сохраняет свое значение *

printf("local

printf("local

x

x

in outer

in outer

scope of

scope of

main is %d\n", х);

main is %d\n", х);

а (); Ь(); с О ; а ();

а (); Ь(); с О ; а ();

а Ь с а

а Ь с а

содержит содержит

содержит содержит

автоматическую локальную х * статическую локальную х */

автоматическую локальную х * статическую локальную х */

использует глобальную заново инициализирует

использует глобальную заново инициализирует

x

x

автоматическую

автоматическую

b();

b();

/*

/*

локальную х */

статическая локальная х

локальную х */

статическая локальная х

сохраняет предыдущее

сохраняет предыдущее

с ();

с ();

/*

/*

значение */ глобальная х также сохраняет свое значение *

значение */ глобальная х также сохраняет свое значение *

printf(и1оса1 х in main is 当d\n”， x); return 0;

void a(void)

int x = 25; /* инициализируется при каждом вызове а

printf("\nlocal х in a is %d after entering a\n", x); ++x;

printf("local x in a is %d before exiting a\n", x);

void b(void)'

static */ вызове b b\n”， x);static */ вызове b b\n”， x);{

static */ вызове b b\n”， x);

static */ вызове b b\n”， x);

static int x = 50;/* инициализация как

/* только при первом

printf("\nlocal static х is %d on entering

Рис 5.12. Программа, иллюстрирующая области действия (часть 1 из 2)

+ + х;

printf("local static x is %d on exiting b\n", x);

void c (void)

printf("\nglobal x is %d on entering c\n", x);

x 10;

printf("global x is %d on exiting c\n", x);

local

X

in

outer

scope of

main is

5

local

X

in

inner

scope of

main is

7

local

X

in

outer

scope of

main is

5

local

X

in

a is

25 after entering

a

local

X

in

a is

26 before

exiting

a

local static x is 50 on entering b local static x is 51 on exiting b

global x is 1 on entering c global x is 10 on exiting c

local

x in a

is 25

after entering a

local

x in a

is 26

before exiting a

local

static

x is

51 on entering b

local

static

x is

52 on exiting b

global

x is

10 on

entering c

global x is 100 on exiting c local x in main is 5

Рис. 5.12. Программа, иллюстрирующая области действия (часть 2 из 2)

Сначала мы рассмотрим рекурсию обобщенно, а затем исследуем несколько программ, содержащих рекурсивные функции. Рекурсивные подходы к решению задач имеют ряд общих элементов. Для решения задачи вызывается рекурсивная функция. Фактически функция знает решение только простейшего случая (случаев), или так называемого основного случая. Если функция вызывается для решения основного случая* то она просто возвращает результат. Если функция вызывается для решения более сложной проблемы, функция делит задачу на две обобщенных части: часть, для которой функция имеет способ решения, и часть, для которой функция решения не имеет. Чтобы сделать рекурсию возможной, последняя часть должна быть похожа на первоначальную задачу, но она должна быть более простым, или редуцированным ее вариантом. Поскольку эта новая задача похожа на первоначальную, функция запускает (вызывает) свою новую копию, чтобы продолжить решение меньшей задачи. Этот процесс называется рекурсивным вызовом или шагом рекурсии, Шаг рекурсии также включает ключевое слово return, поскольку ее результат будет объединен с предыдущей частью задачи, для которой функция знала решение, чтобы сформировать окончательный результат, который будет передан первоначальной вызывающей функции, возможно main.

В то время как выполняется шаг рекурсии, первоначальное обращение к функции остается открытым, т.е. его выполнение не завершается. Шаг рекурсии может приводить к намного большему числу таких рекурсивных вызовов, которые продолжаются до тех пор, пока функция продолжает делить каждую последующую задачу, для решения которой она вызывалась, на две обобщенные части. Чтобы рекурсия в конце концов завершилась, функция каждый раз должна вызываться для решения все более простого варианта первоначальной задачи, и эта последовательность все меньших и меньших задач должна в конце концов, свестись к основному случаю. В этой точке функция распознает основной случай, возвращает результат предыдущей копии функции, и далее следует последовательность возвратов по обратному пути до тех пор, пока первоначальный вызов функции не вернет конечный результат в main. Все это звучит совершенно экзотически по сравнению со стандартными способами решения задач, которые мы применяли до сих пор. Действительно, для написания рекурсивных программ требуется большая практика, прежде чем рекурсия покажется чем-то естественным. Для иллюстрации работы этой концепции мы создадим рекурсивную программу, выполняющую распространенный вид математических вычислений.

Факториал целого неотрицательного числа п записывается как "! (произносится «/г факториал») и является произведением

п] = п ■ (п - 1) ■ (п - 2) KL

так что 1! равен 1, а 0! равен 1 по определению. Например, 5! является произведением 5 * 4 * 3 * 2 * 1, которое равно 120.

Факториал целого number, большего или равного 0, может быть вычислен итеративно (не рекурсивно) с помощью цикла for:

factorial = 1;

for (counter - number; counter〉= 1; counter—) factorial *= counter;

Рекурсивное определение функции для вычисления факториала основано на следующем соотношении:

п\~п-(п - 1)!

Например, очевидно, 5! равен 5 女 41, как показано ниже:

5! = 5・4・3・2・1

5! = 5・(4・3・2・1)

5! = 5 (4!)

Вычисление 5! могло бы выполняться по схеме, приведенной на рис. 5.13. Рис. 5.13а показывает, как происходит последовательность рекурсивных вызовов до тех пор, пока не будет вычислено значение 1!, равное 1, которым заканчивается рекурсия. На рис. 5.13b показаны значения, возвращаемые вызывающей функции из каждого рекурсивного вызова. Возврат значений происходит до тех пор, пока не будет вычислено и возвращено конечное значение.

Программа, приведенная на рис. 5.14, использует рекурсию для вычисления и вывода на печать факториалов целых чисел от 0 до 10 (выбор типа данных long поясняется чуть ниже). Рекурсивная функция factorial сначала проверяет, выполняется ли условие завершения: переменная number меньше или равна 1. Если number действительно меньше или равна 1, factorial возвращает 1; в дальнейшей рекурсии необходимости нет и программа завершается. Если number больше 1, оператор

return number * factorial(number - 1)；

а) Процесс рекурсивных вызовов б) Значения, возвращаемые после каждого рекурсивного вызова

Рис. 5.13. Рекурсивное вычисление 5!

представляет задачу как вычисление произведения number на рекурсивный вызов factorial, возвращающий факториал от number - 1. Обратите внимание, что факториал от (number - 1) — немного более простая задача, чем исходная задача factorial(number).

В объявлении функции factorial указано, что она получает параметр типа long и возврагцае* результат типа long. Эта запись является сокращением от long int. Стандарт ANSI определяет, что переменная типа long int хранится по меньшей мере в 4-х байтах и, следовательно, может иметь значения до +2147483647. Как можно видеть из рис. 5.14, значения факториала быстро возрастают. Мы выбрали тип данных long для того, чтобы программа могла вычислять значения факториалов больших 7! на компьютерах с малой разрядностью целых чисел (например, 2-байтовых). Для печати значений типа long используется спецификация преобразования % Id. К сожалению, функция factorial приобретает большие значения настолько быстро, что даже тип long int не позволяет напечатать большое число факториалов без превышения размера переменной типа long int.

Как мы еще увидим в упражнениях, пользователям, которым необходимо вычислять факториалы больших чисел, придется использовать типы float и double. Это указывает на слабость С (и большинства других языков программирования), а именно на то, что язык не так легко расширить, чтобы удовлетворить уникальные требования различных приложений. Как мы увидим позже, C++ является расширяемым языком, который, если мы того желаем, позволяет создавать произвольно большие целые числа.

Распространенная ошибка программирования 5.15

Отсутствие возврата значения из рекурсивной функции, когда он необходим.

■

/* Рекурсивная функция factorial */ #include <stdio.h>

' long factorial(long);

main ()

M {

int i;

for (i = 1; i <= 10; i + +)

printf("%2d != %ld\n" , i, factorial (i));

return 0;

■ }

/* Рекурсивное определение функции factorial */ ,ong factorial(long number) {

if (number <= 1)

return 1;

else

return (number * factorial(number - 1));

1! = 1

2» = 2

3! = 6

4! = 24

5» = 120

6! = 720

7! = 5040

8! н 40320

9! = 362880 10! = 3628800

Рис. 5.14. Вычисление факториалов рекурсивной функцией

Распространенная ошибка программирования 5.16

Пропуск основного случая или некорректная запись шага рекурсии приводит к тому, что рекурсия не сходится к основному случаю. Это вызывает бесконечную рекурсию и приводит, в конечном счете, к переполнению памяти. Аналогией этому является проблема бесконечного цикла в итеративном (нерекурсивном) решении. Бесконечная рекурсия может быть также вызвана неправильным вводом значения.

Пример применения рекурсии: числа Фибоначчи

Числа Фибоначчи

0,1,1,2,3,5,8,13,21,

начинаются с 0 и 1 и имеют то свойство, что каждое последующее число Фибоначчи равно сумме двух предыдущих.

Числа Фибоначчи встречаются в природе и, в частности, описывают форму спирали. Отношение последовательных чисел Фибоначчи сходится к значению константы 1.618.... Это число также неоднократно встречается в природе

и называется золотым сечением или золотым средним. Люди стремятся найти в золотом сечении эстетический аспект. Архитекторы часто разрабатывают окна, комнаты и здания, у которых отношение длины и ширины соответствует золотому сечению. Почтовые открытки также делаются с отношением сторон, близким к значению золотого сечения.

Числа Фибоначчи могут быть выражены при помощи рекурсии следующим образом:

fibonacci(0) =0 fibonacci(1) =1 fibonacci (n) = fibonacci(n - 1) т fibonacci(n - 2)

Программа, приведенная на рис. 5.15, вычисляет z-oe число Фибоначчи, вызывая рекурсивную функцию fibonacci. Обратите внимание, что числа Фибоначчи имеют тенденцию быстрого роста. Поэтому для параметра и возвращаемого значения функции fibonacci мы выбрали тип данных long. На рис. 5.15 каждая пара строк вывода показывает результат независимого запуска программы.

Вызов fibonacci из main не является рекурсивным вызовом, но все последующие вызовы fibonacci выполняются рекурсивно. Каждый раз когда вызывается fibonacci, следует немедленная проверка на основной случай, т.е. на равенство п О или 1. Если это условие выполнено, то следует возврат п. Интересно, что если п больше 1, шаг рекурсии генерирует два рекурсивных вызова, каждый из которых решает немного более простую задачу, чем первоначальный вызов fibonacci. На рис. 5.16 показано, как функция fibonacci вычислила бы значение fibonacci(3) (мы сократили имя fibonacci до f, чтобы сделать рисунок более ясным).

Этот рисунок поднимает некоторые интересные вопросы, касающиеся порядка, в котором компиляторы С вычисляют значения операндов в операциях, Он не имеет отношения к тому порядку, в котором операции применяются к их операндам, т.е. от порядка, диктуемого правилами приоритета операций. Из рис. 5.16 видно, что при вычислении значения f(3) будет сделано два рекурсивных вызова: f(2) и f(l). Но в каком порядке будут сделаны эти вызовы? Большинство программистов просто полагает, что значения операндов будут вычисляться слева направо. Странно, но стандарт ANSI не определяет порядок, в котором должны вычисляться значения операндов большинства операций (включая +). Следовательно, программист не может делать никаких предположений относительно порядка, в котором будут выполняться эти вызовы. Действительно, сначала мог бы следовать вызов f(2), а затем f(l), или вызовы могли бы выполняться в обратном порядке ——f(l), а затем f(2). В этой программе и в большинстве других программ окажется, что конечный результат для обоих случаев был бы тем же самым. Но в некоторых программах вычисление значения операнда может иметь побочные эффекты, которые могли бы воздействовать на конечный результат выражения. Из большого числа операций С стандарт ANSI определяет порядок вычисления операндов только в четырех операциях: &&, | |, операции-запятой (,) и операции ?:. Первые три из них — это двухместные операции, два операнда которых гарантированно будут вычисляться слева направо. Последняя операция —— это единственная трехместная операция. Ее крайний левый операнд всегда вычисляется в первую очередь; если крайний левый операнд дает результат, отличающийся от нуля, то вычисляется значение среднего операнда, а последний операнд игнорируется; если крайний левый операнд дает нуль, то вычисляется значение третьего операнда, а средний игнорируется.

/R Рекурсивная функция fibonacci */ ^include <stdio.h>

long fibonacci(long);

main ()

long result, number;

printf("Enter an integer : ”)；

scanf ( "%ld,T, ^number);

result = fibonacci(number);

printf (''Fibonacci (%ld) = %ld\n", number, result); return 0;

}

/* Рекурсивное определение функции fibonacci */ long fibonacci (long n)

if (n == О I 丨 n == 1) return n;

else

return fibonacci(n - 1) + fibonacci (n - 2);

Enter an integer: 0

Fibonacci(0) = 0

Enter an integer: 1

Fibonacci(1) = 1

Enter an integer: 2

Fibonacci(2) = 1

Enter an integer: 3

Fibonacci(3) = 2

:Enter an integer: 4

Fibonacci(4) = 3

Enter an integer: 5

： Fibonacci(5) = 5

Enter an integer: 6

Fibonacci(6) = 8

Enter an integer: 10

Fibonacci(10) = 55

Enter an integer: 20 Fibonacci(20) = 6765

Enter an integer; 30 :Fibonacci(30) = 832040

；Enter an integer: 35 j Fibonacci(35) = 9227465

Рис. 5.15. Рекурсивная генерация чисел Фибоначчи.

Рис. 5,16. Последовательность рекурсивных вызовов функции fibonacci

Распространенная ошибка программирования 5.17

Создание программы, которая зависит от порядка вычисления значений операндов операций, не являющихся &&J |, ?: и операцией-запятой (,), может привести к ошибкам, поскольку компиляторы могут вычислять значения операндов не в том порядке, который ожидал программист.

Советы по переносимости программ 5.2

Программы, которые зависят от порядка вычисления значений операндов операций, не являющихся &&, 11, ?: и операцией-запятой (,), могут функционировать по-разному на системах с различными компиляторами.

Следует сказать несколько предостерегающих слов относительно рекурсивных программ, подобных той, что мы написали здесь для генерации чисел Фибоначчи. Каждый уровень рекурсии в функции fibonacci удваивает число вызовов, т.е. число рекурсивных вызовов, которые будут выполнены для вычисления числа Фибоначчи с номером п, растет как 2n. Этот процесс быстро выходит из-под контроля. Вычисление только 20-го числа Фибоначчи потребовало бы порядка 220, или около миллиона вызовов; вычисление 30-го числа Фибоначчи требует порядка 230, или около миллиарда вызовов, и так далее. Ученые, работающие с компьютерами, называют эти задачи задачами с экспоненциальной сложностью. Эти задачи сложны даже для наиболее производительных компьютеров, имеющихся на настоящий момент! Проблемы сложности задачи вообще, и экспоненциальной сложности в частности, подробно обсуждаются в курсе по компьютерным дисциплинам, который называется «Алгоритмы».

Совет по повышению эффективности 5.4

Избегайте рекурсивных программ, подобных вычислению чисел Фибоначчи, которые приводят к экспоненциальному <(взрыву» рекурсивных вызовов.

5Л5- Рекурсия в сравнении с итерацией

В предыдущих разделах мы исследовали две функции, которые легко могут быть реализованы посредством как рекурсии, так и итерации. В этом разделе мы сравним эти два подхода и обсудим, почему программист может предпочесть один подход другому в конкретном приложении.

И итерация и рекурсия основаны на управляющих структурах: итерация использует структуру повторения; рекурсия использует структуру выбора. И итерация и рекурсия подразумевают повторение: итерация использует структуру повторения явным образом; рекурсия ——посредством повторных вызовов функции. Итерация и рекурсия включают проверку на завершение: итерация завершается, когда перестает выполняться условие продолжения цикла; рекурсия завершается, когда распознается основной случай. Как итерация, с ее проверкой повторения по состоянию счетчика, так и рекурсия приближаются к завершению постепенно: итерация продолжает изменять счетчик, пока счетчик не примет значение, которое перестает удовлетворять условию продолжения цикла; рекурсия продолжает производить более простые варианты первоначальной задачи, пока не будет достигнут основной случай. И итерация и рекурсия может происходить бесконечно: итерация попадает в бесконечный цикл, если условие продолжения цикла никогда не становится ложным; рекурсия продолжается бесконечно, если шаг рекурсии не редуцирует задачу таким образом, что задача сходится к основному случаю.

Рекурсия имеет много отрицательных сторон. Она многократно инициирует механизм вызова функций и, соответственно, увеличивает связанные с ним накладные расходы. Это может дорого стоить как в плане процессорного времени, так и в плане расхода памяти. Каждое рекурсивное обращение создает другую копию функции (фактически только копию ее переменных), и это может расходовать значительные ресурсы памяти. Итерация обычно происходит в пределах функции, так что здесь нет накладных расходов на повторные вызовы функций и дополнительное выделение памяти. Так по какой причине для решения задачи можно выбрать рекурсию?

Общее методическое замечание 5.12

Любая проблема, которая может быть решена рекурсивно, может также быть решена итеративно (не рекурсивно). Рекурсивный подход обычно предпочитается итеративному в тех случаях, когда рекурсия более естественно отражает математическую сторону задачи и приводит к программе, которая проще для понимания и отладки. Другой причиной для выбора рекурсивного решения является то, что итеративное решение может не быть очевидным.

Совет по повышению эффективности 5.5

Избегайте использовать рекурсию в ситуациях, требующих производительности программы. Рекурсивные обращения требуют времени и расходуют дополнительную память.

Распространенная ошибка программирования 5.18

Случайный вызов нерекурсивной функцией самой себя или непосредственно, или косвенно через другую функцию.

Большинство учебников по программированию представляет рекурсию намного позже, чем сделано здесь. Мы считаем, что рекурсия — это ценный и сложный предмет, который лучше вводить раньше и рассматривать примеры рекурсии по всему остальному тексту. На рис. 5.17 перечислен 31 пример рекурсии, представленный в различных главах книги.

Позвольте нам закончить эту главу некоторыми замечаниями, которые мы неоднократно делаем во всей книге. Систематизация разработки программного обеспечения важна. Высокая производительность программ также важна. К сожалению, эти цели часто противоречат друг другу. Систематическое конструирование программного обеспечения является ключом к более эффективному управлению процессом создания еще больших и более сложных систем. Высокая производительность является ключом к реализации систем будущего, которые когда-нибудь предъявят еще большие требования к аппаратным средствам. Какое же отношение все это имеет к функциям?

：Глава

Примеры и упражнения по рекурсии

:Глава 5

Функция factorial

Функция fibonacci

Наибольший общий делитель

Сумма двух целых

Произведение двух целых .

Возведение целого в целую степень.

Ханойская башня

Рекурсия main

Печать ввода с клавиатуры в обратном порядке

Визуализация рекурсии

；Глава 6

Сумма элементов массива

Печать массива

Печать массива в обратном порядке

Печать строки в обратном порядке

Проверка, является ли строка палиндромом Минимальное значение в массиве Сортировка выбором

Быстрая сортировка

Линейный поиск

Двоичный поиск

Глава 7

Восемь ферзей Обход лабиринта

Глава 8

Печать строки, еееденной с клавиатуры, в обратном порядке

Глава 12

Вставка в связанный список

Удаление из связанного списка

Поиск в связанном списке

Печать связанного списка в обратном порядке

Вставка в двоичное дерево

Обход двоичного дерева с предварительной выборкой

Обход деоичного дерева с порядковой выборкой

Обход двоичного дерева с отложенной выборкой

Рис. 5.17. Список примеров и упражнений по рекурсии, приведенных в тексте

Общее методическое замечание 5.13

Разбиение программы на функции аккуратным, иерархическим образом способствует систематизации конструирования программного обеспечения. Но за это приходится платить.

Совет по повышению эффективности 5.6

Программа, интенсивно использующая функции, по сравнению с монолитной (т.е. состоящей из одной части) программой без функций имеет потенциально большое число вызовов, а это увеличивает процессорное время программы. Но монолитные программы трудны для написания, тестирования, отладки, сопровождения и развития.

Таким образом, создание вашей программы из многих функций является разумным решением, но всегда нужно учитывать шаткое равновесие между производительностью и стремлением к систематическому конструированию программного обеспечения.

Резюме

Наилучшим способом разработки и сопровождения больших программ является создание программы из небольших программных модулей, каждый из которых проще в обращении, чем исходная программа. В С модули реализуются как функции.

Обращение к функции осуществляется посредством вызова. В вызове функции указывается ее имя и передается информация (в виде аргументов), необходимая функции для выполнения своей задачи.

Целью сокрытия информации является стремление к тому, чтобы функции имели доступ только к той информации, которая им необходима для выполнения своих задач. Смысл этого состоит в применении принципа минимизации привилегий —— одного из наиболее важных принципов систематической разработки программного обеспечения.

Функции обычно вызываются в программе посредством записи имени функции с последующими левой круглой скобкой, аргументом функции (или списком аргументов, отделяемых запятыми) и правой круглой скобкой.

Данные типа double являются числами с плавающей точкой, аналогичными float. Переменные типа double могут хранить значения намного большей величины и точности, чем float.

Любой аргумент функции может быть константой, переменной или выражением.

Локальная переменная известна только той функции, где она определена. Другим функциям не разрешается знать имена локальных переменных данной функции, равно как и любой функции не разрешено знать подробности реализации других функций.

Общий формат определения функции имеет следующий вид: тип__возвращаемого^значения %мя_функи%% fсписок_параметров) {一 --

объявления операторы.

}

Тип_возвращаемого_значения объявляет тип значения, возвращаемого вызывающей функции. Если функция не возвращает значения, то титг_возвращаемого_значения объявляется как void. Имя_функции ■—

это любой допустимый идентификатор. Список ^параметров ——это список объявлений параметров (разделенных запятыми), получаемых функцией при ее вызове. Если функция не получает значений, список параметров объявляется как void. Тело функции ——набор объявлений и операторов, которые составляют собственно функцию.

Аргументы, переданные функции, должны соответствовать по числу, типу и порядку следования параметрам, указанным в определении функции.

Когда программа встречает имя функции, то управление из точки вызова передается вызываемой функции, выполняются операторы вызываемой функции и управление возвращается структуре, вызвавшей функцию.

Вызываемая функция может вернуть управление вызывающему оператору одним из трех способов. Если функция не возвращает значения, управление возвращается, когда достигается правая фигурная скобка, завершающая тело функции, или посредством оператора return;,

Если функция возвращает значение, оператор return expression;

возвращает значение выражения expression.

Прототип функции объявляет тип, возвращаемый функцией, а также число, типы и порядок следования параметров, которые она должна получить.

Прототипы дают возможность компилятору проверить, что функция вызвана правильно.

Компилятор игнорирует имена переменных, указанных в прототипе функции.

Каждая стандартная библиотека имеет соответствующий заголовочный файл, содержащий прототипы для всех функций этой библиотеки, а также содержит определения различных символических констант, необходимых этим функциям.

Программисты могут создавать и включать в программу свои собственные заголовочные файлы.

Когда аргумент передается по значению, значение переменной копируется и копия передается вызываемой функции. Изменения копии в вызываемой функции не отражаются на значении первоначальной переменной.

Все вызовы в С передают аргументы по значению.

Функция rand генерирует целое значение в диапазоне от 0 до RAND—MAX. Стандарт ANSI устанавливает, что значение RAND_MAX должно быть равно по крайней мере 32767.

Прототипы функций rand и srand содержатся в <stdlib.h>.

Значения, генерируемые rand, могут масштабироваться и сдвигаться для достижения необходимого диапазона значений.

Для рандомизации программы используйте функцию srand из стандартной библиотеки С.

Оператор с функцией srand обычно вставляется в программу только после того, как программа полностью отлажена. При отладке лучше всего опустить srand. Это гарантирует повторяемость результатов, которая существенна для доказательства того, что исправления, внесенные в программу с генератором случайных чисел работают правильно.

Чтобы рандомизировать программу, не вводя каждый раз новые значения семени, можно использовать srand (time (NULL)). Функция time возвращает число секунд, прошедшее с начала дня. Прототип функции time находится в заголовочном файле <time.h>.

Общей формулой для масштабирования и сдвига случайных чисел является

п = з + rand() % b;

где а — значение смещения (которое равно первому числу задаваемого диапазона последовательных целых чисел), и b ——коэффициент масштабирования (который равен ширине задаваемого диапазона последовательных целых чисел).

Каждый идентификатор в программе имеет атрибуты класса памяти: период хранения, область действия и тип компоновки.

С поддерживает четыре класса памяти, обозначаемые спецификаторами класса памяти: auto^ register, extern и static.

Период хранения идентификатора — это время, в течение которого данный идентификатор существует в памяти.

Область действия идентификатора характеризует возможность обращения к нему из различных частей программы.

Тип компоновки идентификатора определяется для программ, состоящих из нескольких исходных файлов. Эта характеристика показывает, известен ли идентификатор только в текущем исходном файле или в любом исходном файле с соответствующими объявлениями.

Переменные с автоматическим периодом хранения создаются при запуске блока, в котором они объявлены, существуют, пока блок активен, и разрушаются, когда блок завершает работу. Локальные переменные функции обычно имеют автоматический период хранения.

Спецификатор класса памяти register может быть помещен перед объявлением автоматической локальной переменной, чтобы рекомендовать компилятору разместить переменную в одном из быстродействующих аппаратных регистров процессора. Компилятор может игнорировать объявление register. Ключевое слово register может использоваться только с переменными, имеющими автоматический период хранения. ,

Ключевые слова extern и static используются при объявлении идентификаторов переменных и функций со статическим периодом хранения.

Переменные со статическим периодом хранения размещаются и инициализируются один раз, когда программа начинает выполняться.

Существует два типа идентификаторов со статическим периодом хранения: внешние идентификаторы (такие как глобальные переменные и имена функций) и локальные переменные, объявляемые со спецификатором класса памяти static.

Глобальные переменные создаются при объявлении переменных вне любого определения функции, и они сохраняют свои значения в течение всего времени выполнения программы.

Локальные переменные, объявленные как static, сохраняют свои значения и после того, как функция, в которой они объявляются, завершает работу.

Все числовые переменные со статическим периодом хранения инициализируются обнулением, если они не инициализированы программистом явным образом.

Четырьмя областями действия для идентификаторов являются: область действия функции, область действия файла, область действия блока и область действия прототипа функции.

Метки — это единственные идентификаторы с областью действия функции. На метки можно ссылаться в любом месте функции, в которой они появляются, но вне тела функции на них ссылаться нельзя.

Идентификатор, объявленный вне любой функции, имеет область действия файла. Такой идентификатор «известен» во всех функциях начиная с места, в котором идентификатор был объявлен, и до конца файла.

Идентификаторы, объявленные внутри блока, имеют область действия блока. Область действия блока заканчивается правой фигурной скобкой (}), завершающей блок.

Локальные переменные, объявленные в начале функции, имеют область действия блока, так же как и параметры функции, которые рассматриваются в качестве ее локальных переменных.

Любой блок может содержать объявления переменных. Когда блоки вложены, а идентификатор во внешнем блоке имеет то же самое имя, что и идентификатор во внутреннем блоке, идентификатор во внешнем блоке оказывается «скрытым», пока внутренний блок не завершит работу.

Единственными идентификаторами с областью действия прототипа функции являются идентификаторы, которые встречаются в списке параметров прототипа. Идентификаторы, указанные в прототипе функции, могут неоднократно использоваться в других местах программы, при этом не возникает никакой неоднозначности.

Рекурсивная функция ——это функция, которая вызывает саму себя или непосредственно, или косвенно.

Если функция вызывается для решения основного случая, то она просто возвращает результат. Если функция вызывается для решения более сложной задачи, функция делит задачу на две обобщенных части: часть, для которой функция имеет способ решения, и часть, для которой функция решения не имеет. Поскольку эта новая задача похожа на исходную, функция запускает (вызывает) свою новую копию, чтобы продолжить решение редуцированной задачи.

Чтобы рекурсия завершилась, функция каждый раз должна вызываться для решения немного более простого варианта исходной задачи, и эта последовательность все меньших и меньших задач должна, в конечном счете, свестись к основному случаю. Когда функция распознает основной случай, она возвращает результат предыдущей копии функции и далее следует последовательность возвратов по обратному пути до тех пор, пока первоначальный вызов функции не вернет конечный результат.

Стандарт ANSI не определяет порядок, в котором должны вычисляться значения операндов большинства операций (включая +). Из большого числа операций С стандарт ANSI определяет порядок вычисления операндов только в четырех операциях: &&, | |, операции-запятой (,) и операции ?:. Первые три из них ——это двуместные операции, два операнда которых гарантированно будут вычисляться слева направо. Последняя операция —— единственная трехместная операция. Ее крайний левый операнд всегда вычисляется в первую очередь; если крайний левый операнд дает результат, отличающийся от нуля, то вычисляется значение среднего операнда, а последний операнд игнорируется; если крайний левый операнд дает нуль, то вычисляется значение третьего операнда, а средний операнд игнорируется.

И итерация и рекурсия основаны на управляющих структурах: итерация использует структуру повторения; рекурсия использует структуру выбора.

И итерация и рекурсия подразумевают повторение: итерация использует структуру повторения явным образом; рекурсия — посредством повторных вызовов функции.

Итерация и рекурсия включают проверку на завершение: итерация завершается, когда перестает выполняться условие продолжения цикла; рекурсия завершается, когда распознается основной случай.

И итерация и рекурсия может происходить бесконечно: итерация попадает в бесконечный цикл, если условие продолжения цикла никогда не становится ложным; рекурсия продолжается бесконечно, если шаг рекурсии не редуцирует задачу таким образом, что она сходится к основному случаю.

Рекурсия многократно инициирует механизм вызова функций и, соответственно, увеличивает связанные с ним накладные расходы. Это может дорого стоить как в плане процессорного времени, так и в плане расхода памяти.

Терминологияclock rand RAND-MAX return srand time unsigned void абстракцияТерминологияclock rand RAND-MAX return srand time unsigned void абстракцияавтоматическая переменная автоматический класс памятиавтоматическое приведениеаргументовактивация функцииаргумент в вызове функцииблоквызов по значениювызов по ссылкеавтоматическая переменная автоматический класс памятиавтоматическое приведениеаргументовактивация функцииаргумент в вызове функцииблоквызов по значениювызов по ссылке

Терминология

clock rand RAND-MAX return srand time unsigned void абстракция

Терминология

clock rand RAND-MAX return srand time unsigned void абстракция

автоматическая переменная автоматический класс памяти

автоматическое приведение

аргументов

активация функции

аргумент в вызове функции

блок

вызов по значению

вызов по ссылке

автоматическая переменная автоматический класс памяти

автоматическое приведение

аргументов

активация функции

аргумент в вызове функции

блок

вызов по значению

вызов по ссылке

вызов функциивызываемая функция вызывающая функциявыражение со смешанными типами генерация случайных чисел глобальная переменная заголовочные файлы стандартной библиотекизаголовочный файлиерархия возведения итерацияклассы памятивызов функциивызываемая функция вызывающая функциявыражение со смешанными типами генерация случайных чисел глобальная переменная заголовочные файлы стандартной библиотекизаголовочный файлиерархия возведения итерацияклассы памятиповторное использование программного кодапринцип минимума привилегий прототип функции псевдослучайные числа «разделяй и властвуй» рандомизациярекурсивная функция рекурсивный вызов рекурсияповторное использование программного кодапринцип минимума привилегий прототип функции псевдослучайные числа «разделяй и властвуй» рандомизациярекурсивная функция рекурсивный вызов рекурсиясдвигсдвигсокрытие информациисокрытие информацииконструирование программного обеспеченияконструирование программного обеспечениякопия значениякопия значениялокальная переменная масштабирование моделированиемодульная программа область действияобласть действия блокаобласть действия прототипа область действия файла область действия функции объявление функции определение функции оптимизирующий компилятор основной случай рекурсии параметр в определении функции переменная класса staticпериод хранения побочные эффектылокальная переменная масштабирование моделированиемодульная программа область действияобласть действия блокаобласть действия прототипа область действия файла область действия функции объявление функции определение функции оптимизирующий компилятор основной случай рекурсии параметр в определении функции переменная класса staticпериод хранения побочные эффектыспецификатор спецификатор спецификатор externспецификатор registerспецификатор спецификаторспецификатор спецификатор спецификатор externспецификатор registerспецификатор спецификаторкласса памяти класса памяти auto класса памятикласса памятикласса памяти static преобразования %sкласса памяти класса памяти auto класса памятикласса памятикласса памяти static преобразования %sстандартная библиотека Сстандартная библиотека Сстатический период хранениястатический период хранениятип возвращаемого значения тип компоновкифункции математической библиотекифункцияфункция факториалафункция, определяемая программистомэлемент случайноститип возвращаемого значения тип компоновкифункции математической библиотекифункцияфункция факториалафункция, определяемая программистомэлемент случайности

вызов функции

вызываемая функция вызывающая функция

выражение со смешанными типами генерация случайных чисел глобальная переменная заголовочные файлы стандартной библиотеки

заголовочный файл

иерархия возведения итерация

классы памяти

вызов функции

вызываемая функция вызывающая функция

выражение со смешанными типами генерация случайных чисел глобальная переменная заголовочные файлы стандартной библиотеки

заголовочный файл

иерархия возведения итерация

классы памяти

повторное использование программного кода

принцип минимума привилегий прототип функции псевдослучайные числа «разделяй и властвуй» рандомизация

рекурсивная функция рекурсивный вызов рекурсия

повторное использование программного кода

принцип минимума привилегий прототип функции псевдослучайные числа «разделяй и властвуй» рандомизация

рекурсивная функция рекурсивный вызов рекурсия

сдвиг

сдвиг

сокрытие информации

сокрытие информации

конструирование программного обеспечения

конструирование программного обеспечения

копия значения

копия значения

локальная переменная масштабирование моделирование

модульная программа область действия

область действия блока

область действия прототипа область действия файла область действия функции объявление функции определение функции оптимизирующий компилятор основной случай рекурсии параметр в определении функции переменная класса static

период хранения побочные эффекты

локальная переменная масштабирование моделирование

модульная программа область действия

область действия блока

область действия прототипа область действия файла область действия функции объявление функции определение функции оптимизирующий компилятор основной случай рекурсии параметр в определении функции переменная класса static

период хранения побочные эффекты

спецификатор спецификатор спецификатор extern

спецификатор register

спецификатор спецификатор

спецификатор спецификатор спецификатор extern

спецификатор register

спецификатор спецификатор

класса памяти класса памяти auto класса памяти

класса памяти

класса памяти static преобразования %s

класса памяти класса памяти auto класса памяти

класса памяти

класса памяти static преобразования %s

стандартная библиотека С

стандартная библиотека С

статический период хранения

статический период хранения

тип возвращаемого значения тип компоновки

функции математической библиотеки

функция

функция факториала

функция, определяемая программистом

элемент случайности

тип возвращаемого значения тип компоновки

функции математической библиотеки

функция

функция факториала

функция, определяемая программистом

элемент случайности

Распространенные ошибки программирования

При отсутствии в программе заголовочного файла математики обращение программы к функциям математической библиотеки может приводить к странным результатам.

Если тип_возвращаемого_значения в определении функции опущен, то это вызовет синтаксическую ошибку в том случае, если прототип функции определяет, что возвращаемый тип не является целым (int).

Если функция должна возвращать некоторое значение, а в функции опущен оператор возврата, то это может привести к непредвиденным ошибкам. Стандарт ANSI гласит, что в этом случае результат не определен.

Возврат значения из функции, для которой возвращаемый тип был объявлен как void, вызывает синтаксическую ошибку.

Запись float х, у вместо float х, float у при объявлении параметров функции, относящихся к одному типу. Такое объявление параметров, как float х, у фактически присвоило бы параметру у тип int, поскольку int принимается по умолчанию.

Символ точки с запятой после правой круглой скобки, закрывающей список параметров в определении функции, является синтаксической ошибкой.

Повторное определение параметра функции как локальной переменной внутри функции ——синтаксическая ошибка.

Определение функции внутри другой функции — синтаксическая ошибка.

Пропуск точки с запятой в конце прототипа функции вызывает синтаксическую ошибку.

Преобразование более высокого типа данных в иерархии возведения к более низкому типу может изменить значение данных.

Пропуск прототипа функции вызывает синтаксическую ошибку, если функция возвращает тип, отличный от int, а определение функции появляется в программе после вызова функции. В других случаях пропуск прототипа функции может вызвать ошибку во время выполнения программы или привести к непредвиденному результату.

Использование srand вместо rand для генерации случайных чисел.

Использование нескольких спецификаторов класса памяти для идентификатора. К данному идентификатору может применяться только один спецификатор класса памяти.

Случайное объявление во внутреннем блоке имени идентификатора, которое уже используется во внешнем блоке, в то время как программист на самом деле хотел, чтобы идентификатор внешнего блока был доступен для внутреннего блока.

Отсутствие возврата значения из рекурсивной функции, когда он необходим.

Пропуск основного случая или некорректная запись шага рекурсии приводит к тому, что рекурсия не сходится на основном случае. Это вызывает бесконечную рекурсию и приводит, в конечном счете, к переполнению памяти. Аналогией этому является проблема бесконечного цикла в итеративном (не рекурсивном) решении. Бесконечная рекурсия может быть также вызвана неправильным вводом значения.

Создание программы, которая зависит от порядка вычисления значений операндов операций, не являющихся &&,, ?: и опера

цией-запятой (,), может привести к ошибкам, поскольку компиляторы могут вычислять значения операндов не в том порядке, который ожидал программист.

Случайный вызов нерекурсивной функцией самой себя или непосредственно, или косвенно через другую функцию.

Хороший стиль программирования

Освойтесь с широким набором функций стандартной библиотеки ANSI С.

При использовании функций математической библиотеки включите в программу заголовочный файл математики с помощью директивы препроцессора #include vmath.h>.

Вставляйте пустую строку между определениями функций, чтобы отделить функции и улучшить тем самым читаемость программы.

Хотя опущенный возвращаемый тип по умолчанию рассматривается как int, всегда задавайте возвращаемый тип явным образом. Однако для функции main возвращаемый тип обычно опускается.

Включайте тип каждого параметра в список параметров функции даже в том случае, если данный параметр относится к типу int, принятому по умолчанию.

Хотя это и не является ошибкой, не используйте одни и те же имена для аргументов, переданных функции, и соответствующих параметров в определении функции. Это поможет избежать неоднозначности.

Выбор осмысленных имен функций и параметров делает программы более удобочитаемыми и помогает избежать чрезмерного использования комментариев.

Включите в программу прототипы функций для всех функций, чтобы воспользоваться преимуществами проверки типов С. Используйте директивы препроцессора #include, чтобы получить прототипы функций стандартной библиотеки из заголовочных файлов соответствующих библиотек. Также используйте #include, чтобы включить заголовочные файлы, содержащие ваши собственные прототипы функций или прототипы, используемые членами вашей рабочей группы.

Имена параметров иногда включаются в прототип функции с целью документирования. Компилятор игнорирует эти имена.

Переменные, использующиеся только в определенной функции, должны быть объявлены локальными переменными этой функции, а не внешними переменными.

Не объявляйте имен переменных, которые скрывают имена во внешних областях действия. Можно просто избегать любого дублирования имен идентификаторов в программе.

Советы по переносимости программ

Использование функций стандартной библиотеки ANSI С делает программы более переносимыми.

Программы, которые зависят от порядка вычисления значений операндов операций, не являющихся &&,, ?: и операцией-запятой

(,), могут функционировать по-разному на системах с различными компиляторами.

Советы по повышению эффективности

Автоматическое хранение способствует экономии памяти, поскольку автоматические переменные существуют только тогда, когда они необходимы. Они создаются при запуске функции, в которой они объявлены, и уничтожаются, когда происходит выход из функции.

Перед объявлением автоматической переменной может быть помещен спецификатор класса памяти register, чтобы рекомендовать компилятору разместить ее в одном из быстродействующих аппаратных регистров компьютера. Если интенсивно используемые переменные типа счетчиков или сумм будут реализованы в аппаратных регистрах, то можно исключить непроизводительные затраты на неоднократную загрузку переменных из памяти в регистры и обратно.

Объявления register часто бывают не нужны. Современные оптимизирующие компиляторы способны распознать часто используемые переменные и могут размещать их в регистрах самостоятельно, не требуя от программиста объявления register.

Избегайте рекурсивных программ, подобных вычислению чисел Фибоначчи, которые приводят к экспоненциальному «взрыву» рекурсивных вызовов.

Избегайте использовать рекурсию в ситуациях, требующих производительности программы. Рекурсивные обращения требуют времени и расходуют дополнительную память.

Программа, интенсивно использующая функции, по сравнению с монолитной (т.е. состоящей из одной части) программой без функций имеет потенциально большое число вызовов, а это увеличивает процессорное время программы. Но монолитные программы трудны для написания, тестирования, отладки, сопровождения и развития.

Общие методические замечания

Не изобретайте колесо. Если есть возможность, используйте функции стандартной библиотеки ANSI С вместо того, чтобы создавать новые функции. Это уменьшает время разработки программы.

В программах, содержащих большое число функций, main должна быть реализована как группа обращений к функциям, выполняющим основную часть работы.

Каждая функция должна ограничиваться выполнением одной, точно определенной задачи, а имя функции должно отражать смысл данной задачи. Это облегчает абстракцию и поддерживает способствует многократному использованию программного кода.

54 Если вы не можете выбрать краткое имя, которое выражает назначение функции, возможно, что ваша функция пытается выполнить слишком много задач. Лучше разбить такую функцию на несколько меньших функций.

Длина функции не должна превышать одной страницы. Еще лучше, чтобы функция не превышала по длине половины страницы. Небольшие функции способствуют повторному использованию программного кода.

Программы должны составляться в виде совокупности небольших функций. Это упрощает создание программ, их отладку, поддержку и модификацию.

Функция, требующая большого количества параметров, может выполнять слишком много задач. Рассмотрите возможность деления функции на меньшие функции, которые выполняют выделенные задачи. Заголовок функции должен, по возможности, умещаться на одной строке.

Прототип функции, заголовок функции и вызов функции должны иметь взаимное соответствие по числу, типу и порядку следования аргументов и параметров, а также по типу возвращаемого значения.

Прототип функции, размещенный вне любого определения функции, применяется ко всем вызовам, появляющимся в файле после прототипа функции. Прототип функции, помещенный в функцию, применяется только к тем вызовам, которые делаются из этой функции.

Автоматическая хранение является примером реализации принципа минимальных привилегий. Почему переменные должны храниться в памяти и быть доступными, когда в данный момент в них нет необходимости?

Объявление переменной как глобальной, а не локальной, может приводить к случайным побочным эффектам, когда функция, которой не нужен доступ к этой переменной, случайно или преднамеренно ее изменяет. В целом нужно избегать использования глобальных переменных, за исключением некоторых ситуаций с уникальными требованиями к производительности (рассматривается в главе 14).

Любая проблема, которая может быть решена рекурсивно, может также быть решена итеративно (не рекурсивно). Рекурсивный подход обычно предпочитается итеративному в тех случаях, когда рекурсия более естественно отражает математическую сторону задачи и приводит к программе, которая проще для понимания и отладки. Другой причиной для выбора рекурсивного решения является то, что итеративное решение может не быть очевидным.

Разбиение программы на функции аккуратным, иерархическим образом способствует систематизации конструирования программного обеспечения. Но за все приходится платить.

Упражнения для самоконтроля

Ответьте на следующие вопросы:

Модуль программы на С называется .

Обращение к функция осуществляется посредством.

Переменная, которая известна только внутри функции, в которой она определена, называется .

Оператор в вызываемой функции используется для передачи значения выражения вызывающей функции.

Ключевое слово используется в заголовке функции, чтобы показать, что функция не возвращает значения или не содержит никаких параметров.

f)идентификатора является частью программы, в которой идентификатор может быть использован.

Тремя способами возврата управления от вызываемой функции к вызывающей являются ,и .

h)позволяет компилятору проверять число, типы и порядок следования аргументов, переданных функции.

Функция используется для генерации случайных чи

сел.

Функция устанавливает семя генератора случайных чисел для рандомизации программы.

Спецификаторами класса памяти являются,

, и .

Предполагается, что переменные, объявленные в блоке или в списке параметров функции, имеют класс памяти, если не указано иначе.

Спецификатор класса памяти рекомендует компиля

тору разместить переменную в одном из регистров компьютера.

Переменная, объявленная вне любого блока или функции, является переменной.

Чтобы локальная переменная в функции сохраняла свое значение между вызовами функции, она должна быть объявлена со спецификатором класса памяти .

Четырьмя возможными областями действия идентификатора являются , , и .

Функция, которая вызывает саму себя или непосредственно или косвенно является функцией.

Рекурсивная функция обычно имеет два компонента: один компонент задает условие завершения рекурсии, проверяя текущую задачу на случай, а второй компонент упрощает задачу для

выполнения очередного рекурсивного вызова.

Для программы, приведенной ниже, установите область действия каждого из перечисленных элементов (область действия функции, область действия файла, область действия блока или область действия прототипа функции).

Переменная х в main.

Переменная у в cube.

Функция cube.

Функция main.

Прототип функции для cube.

Идентификатор у в прототипе функции cube.

#include <stdio.h> int cube(int у);

main () {

int x;

for (x = 1; x <= 10; x++) printf("%d\n", cube (x));

int cube (int у)

{

return у = у * y;

}

Напишите программу, которая проверяет, действительно ли примеры вызова функций математической библиотеки, показанные на рис. 5.2, дают приведенные на рисунке результаты.

Приведите заголовок функции для следующих функций.

Функция hypotenuse (гипотенуза), которая получает два аргумента sidel и side2, имеющих тип с плавающей точкой удвоенной точности, и которая возвращает результат в виде значения с плавающей точкой удвоенной точности.

Функция smallest (наименьшее), которая получает три целых х, у, z и возвращает целое значение.

Функция instructions (инструкции), которая не получает аргументов и ничего не возвращает (Примечание: такие функции часто используются для вывода на экран инструкций для пользователя.)

Функция intToFloat, которая получает целый аргумент number и возвращает результат типа с плавающей точкой.

Приведите прототипы следующих функций:

Функции, рассмотренной в упражнении 5.4а.

Функции, рассмотренной в упражнении 5.4b.

Функции, рассмотренной в упражнении 5.4с.

Функции, рассмотренной в упражнении 5.4d.

Напишите следующие объявления:

Целого count, которое должно обрабатываться в регистре. Инициализируйте count значением О.

Переменной с плавающей точкой lastVal, которая сохраняет свое значение между вызовами функции, в которой она определена.

Внешнего целого number, чья область действия должна ограничиваться оставшейся частью файла, в котором определена переменная.

Найдите ошибку в каждом фрагменте программы и объясните, как ее исправить (см. также упражнение 5.50):

int g (void) {

printf("Inside function g\n”)；

int h(void) {

printf("Inside function h\n");

}

int sum(int x, int у) { int result;

result = x + y;

int sum(int n) {

if (n 0)

return 0;

else

n + sum(n - 1);

void f(float a); { float a;

printf("%f", a);

void product(void) {

int a, b, c, result;

printf("Enter three integers:")

scanf ("%d%d%d", &a, &b, &c);

result = a * b * c;

printf("Result is 吿d", result); return result;

}

Ответы на упражнения для самоконтроля

а) функцией. Ь) вызова функции, с) локальной переменной, d) return. е) void, f) Область действия, g) return; или return expression; или достижение правой фигурной скобки, завершающей функцию, h) Прототип функции, i) rand, j) srand. k) auto, register, extern, static. 1) автоматический m) register, n) внешней, глобальной, о) static, p) область действия функции, область действия файла, область действия блока, область действия прототипа, q) рекурсивной, г) основной.

а) область действия блока. Ь) область действия блока, с) область действия файла, d) область действия файла, е) область действия файла, f) область действия прототипа.

/* Проверка функций математической библиотеки */

#include <stdio.h> #include <math.h> main() {

printf("sqrt(%.If) = %.lf\n", 900.0, sqrt(900.0));

printf("sqrt(%.If) = %.If\n", 9.0, sqrt(9.0));

}}printf("ехр(%.If) = %f\n'\ printf ("exp (%.If)二 %f\n", printf ("log (%f) = %.1f\n", printf ("log (%f) = %.lf\n"zprintf("ехр(%.If) = %f\n'\ printf ("exp (%.If)二 %f\n", printf ("log (%f) = %.1f\n", printf ("log (%f) = %.lf\n"zprintf("loglO(%.If) = %.If\n", printf("loglO (%.If) = %.If\n", printf("loglO (%.If)二 % . If\n",printf("loglO(%.If) = %.If\n", printf("loglO (%.If) = %.If\n", printf("loglO (%.If)二 % . If\n",.0, exp (1.0));.0, exp (2.0));2.7182 82, log (2.7182 82));7.389056, log (7.389056));.0, exp (1.0));.0, exp (2.0));2.7182 82, log (2.7182 82));7.389056, log (7.389056));1.0, loglO(1.0));.0, loglO (10.0));100.0, loglO (100.0));1.0, loglO(1.0));.0, loglO (10.0));100.0, loglO (100.0));printf("fabs(%.If) = %.If\n", printf (*'fabs (% . If) = % . If\n", printf ("fabs (%.If) = %.If\n", printf (nceil (%.If) = %.1f\n", printf ("ceil (%.If) = %.1f\n", printf("floor(%.lf) 工 %.If\n" printf ("floor (%.If) = % . If\n"printf("fabs(%.If) = %.If\n", printf (*'fabs (% . If) = % . If\n", printf ("fabs (%.If) = %.If\n", printf (nceil (%.If) = %.1f\n", printf ("ceil (%.If) = %.1f\n", printf("floor(%.lf) 工 %.If\n" printf ("floor (%.If) = % . If\n"printf("pow (%.If, %.1f) = %.If\n", 2.0, 7.0, pow (2.0z 7.0));printf("pow(%.If, %.1f) = %.1f\n", 9.0, 0.5, pow(9.0, 0.5));printf("fmod(%.3 f/%.3f) = %.3f\n"zprintf("pow (%.If, %.1f) = %.If\n", 2.0, 7.0, pow (2.0z 7.0));printf("pow(%.If, %.1f) = %.1f\n", 9.0, 0.5, pow(9.0, 0.5));printf("fmod(%.3 f/%.3f) = %.3f\n"z.5, fabs (13.5));0.0, fabs (0.0)); -13.5, fabs (-13.5));ceil (9.2));-9.8， ceil(-9.8));9.2, floor(9.2));-9.8, floor (-9.8));.5, fabs (13.5));0.0, fabs (0.0)); -13.5, fabs (-13.5));ceil (9.2));-9.8， ceil(-9.8));9.2, floor(9.2));-9.8, floor (-9.8));13.675, 2.333, fmod(13.675， 2.333));13.675, 2.333, fmod(13.675， 2.333));printf ( "sin (%.If) printf ("cos (%.If) printf ("tan (%.If)printf ( "sin (%.If) printf ("cos (%.If) printf ("tan (%.If)%.lf\n", %.lf\n", %.lf\n",%.lf\n", %.lf\n", %.lf\n",0.0, sin (0.0));0.0, cos (0.0));0.0, tan (0.0));0.0, sin (0.0));0.0, cos (0.0));0.0, tan (0.0));

}

}

printf("ехр(%.If) = %f\n'\ printf ("exp (%.If)二 %f\n", printf ("log (%f) = %.1f\n", printf ("log (%f) = %.lf\n"z

printf("ехр(%.If) = %f\n'\ printf ("exp (%.If)二 %f\n", printf ("log (%f) = %.1f\n", printf ("log (%f) = %.lf\n"z

printf("loglO(%.If) = %.If\n", printf("loglO (%.If) = %.If\n", printf("loglO (%.If)二 % . If\n",

printf("loglO(%.If) = %.If\n", printf("loglO (%.If) = %.If\n", printf("loglO (%.If)二 % . If\n",

.0, exp (1.0));

.0, exp (2.0));

2.7182 82, log (2.7182 82));

7.389056, log (7.389056));

.0, exp (1.0));

.0, exp (2.0));

2.7182 82, log (2.7182 82));

7.389056, log (7.389056));

1.0, loglO(1.0));

.0, loglO (10.0));

100.0, loglO (100.0));

1.0, loglO(1.0));

.0, loglO (10.0));

100.0, loglO (100.0));

printf("fabs(%.If) = %.If\n", printf (*'fabs (% . If) = % . If\n", printf ("fabs (%.If) = %.If\n", printf (nceil (%.If) = %.1f\n", printf ("ceil (%.If) = %.1f\n", printf("floor(%.lf) 工 %.If\n" printf ("floor (%.If) = % . If\n"

printf("fabs(%.If) = %.If\n", printf (*'fabs (% . If) = % . If\n", printf ("fabs (%.If) = %.If\n", printf (nceil (%.If) = %.1f\n", printf ("ceil (%.If) = %.1f\n", printf("floor(%.lf) 工 %.If\n" printf ("floor (%.If) = % . If\n"

printf("pow (%.If, %.1f) = %.If\n", 2.0, 7.0, pow (2.0z 7.0));

printf("pow(%.If, %.1f) = %.1f\n", 9.0, 0.5, pow(9.0, 0.5));

printf("fmod(%.3 f/%.3f) = %.3f\n"z

printf("pow (%.If, %.1f) = %.If\n", 2.0, 7.0, pow (2.0z 7.0));

printf("pow(%.If, %.1f) = %.1f\n", 9.0, 0.5, pow(9.0, 0.5));

printf("fmod(%.3 f/%.3f) = %.3f\n"z

.5, fabs (13.5));

0.0, fabs (0.0)); -13.5, fabs (-13.5));

ceil (9.2));

-9.8， ceil(-9.8));

9.2, floor(9.2));

-9.8, floor (-9.8));

.5, fabs (13.5));

0.0, fabs (0.0)); -13.5, fabs (-13.5));

ceil (9.2));

-9.8， ceil(-9.8));

9.2, floor(9.2));

-9.8, floor (-9.8));

13.675, 2.333, fmod(13.675， 2.333));

13.675, 2.333, fmod(13.675， 2.333));

printf ( "sin (%.If) printf ("cos (%.If) printf ("tan (%.If)

printf ( "sin (%.If) printf ("cos (%.If) printf ("tan (%.If)

%.lf\n", %.lf\n", %.lf\n",

%.lf\n", %.lf\n", %.lf\n",

0.0, sin (0.0));

0.0, cos (0.0));

0.0, tan (0.0));

0.0, sin (0.0));

0.0, cos (0.0));

0.0, tan (0.0));

sqrt(900.0) = 30.0 sqrt(9.0) = 3.0 exp(1.0) = 2.718282 exp(2.0) = 7.389056 log(2.718282)二 1.0 log(7.389056)二 2.0 loglO(1.0) = 0.0 loglO(10.0) = 1.0 loglO(100.0) = 2.0 fabs(13.5) = 13.5 fabs(0.0) = 0.0 fabs(-13.5) = 13.5 ceil(9.2) = 10.0 ceil(-9.8) = -9.0 floor(9.2) = 9.0 floor(-9.8) = -10.0 pow(2.0, 7.0) = 128.0 pow(9.0, 0.5) = 3.0 fmod(13.675/2.333) = 2.010 sin(0.0) = 0.0 cos(0.0) = 1.0,

tan (0.0) = 0.0

a) double hypotenuse(double sidel, double side2) b) int smallest (int x, int у, int z) c) void instructions(void) d) float intToFloat (int number)

a) double hypotenuse(double, double);

int smallest (int, int, int);

void instructions(void);

float intToFloat(int);

a) register int count = 0;

static float lastVal;

static int number;

Примечание: эти объявления должны находиться вне любого определения функции.

а) Ошибка: функция h определена в функции g.

Исправление: поместите определение h вне определения g.

Ошибка: эта функция, как предполагается, возвращает целое число, но этого нет.

Исправление: удалите переменную result и вставьте в функцию следующий оператор:

return х + у;

Ошибка: не возвращается результат n + sum(n-l); sum возвращает неверный результат.

Исправление: перепишите оператор в условии else как

return n + sum (п - 1);

Ошибка: точка с запятой после правой круглой скобки, которая включает список параметров, и переопределение параметра а в определении функции.

Исправление: удалите точку с запятой после правой круглой скобки списка параметров и удалите объявление float а;.

Ошибка: функция возвращает значение, когда этого не предполагается.

Исправление: удалите оператор return.

Упражнения

Приведите значение х после выполнения каждого оператора

х 二 fabs (7.5)

х = floor (7.5)

C)x 二 fabs (0.0)

x = ceil (0.0)

x = fabs (-6.4)

x = ceil (-6.4)

x = ceil(-fabs(-8+floor(-5.5)))

Гараж требует оплатить минимальный взнос в $2.00 для парковки машины на время, не большее трех часов. За каждый час времени (или за неполный час) сверх 3-х часов гараж требует доплаты $0.50 в час. Максимальная плата за любые 24 часа составляет $10.00. Предположим, что здесь нет автомобилей, запаркованных сразу на время, большее 24-х часов. Напишите программу, которая будет вы-

числять и печатать плату за парковку для 3-х водителей, которые вчера запарковали свои автомобили в этом гараже. Вы должны будете ввести время начала парковки для каждого заказчика. Ваша программа должна печатать результаты в аккуратном табличном формате и должна вычислять и печатать общую сумму вчерашних платежей. Программа должна использовать функцию calculateChar- ges для определения платы от каждого клиента. Программа должна выводить данные в следующем формате:

Саг

Hours

Charge

1

1.5

2.00

2

4.0

2.50

3

24.0

10.00

TOTAL

29.5

14.50

Одним из применений функции floor является округление значения до ближайшего целого. Оператор

у = floor (х + .5);

округлит число х до ближайшего целого и присвоит результат у. Напишите программу, которая считывает несколько чисел и использует данный оператор для округления каждого из этих чисел до ближайшего целого. Для каждого обработанного числа напечатайте первоначальное значение и округленное число.

Функция floor может использоваться для округления числа до заданного десятичного знака. Оператор

у = floor (х * 10 + .5) / 10;

округляет х до десятых. Оператор

у = floor (х * 100 + .5) / 100;

округляет х до сотых. Напишите программу, которая определяет следующие четыре функции для округления числа х:

roundToInteger(number) /* округлить до целого */

roundToTenths(number)/* округлить до десятых */

roundToHundreths(number)/* округлить до сотых */

roundToThousandths(number)/* округлить до тысячных */

Для каждого считанного значения ваша программа должна печатать первоначальное значение, число, округленное до ближайшего целого, число, округленное до десятых, число, округленное до сотых и число, округленное до тысячных.

Ответьте на следующие вопросы.

Что означает «выбирать числа случайным образом»?

Почему для моделирования стохастических игр шанс необходима функция rand?

По какой причине вы рандомизировали бы программу с помощью функции srand? При каких обстоятельствах рандомизация нежелательна?

Почему часто возникает необходимость масштабировать и/или сдвигать значения, генерируемые функцией rand?

Чем полезен метод компьютерных имитаций ситуаций реального мира?

Напишите операторы, которые присваивают целые случайные числа переменной п в следующих диапазонах:

1 < п < 2

1 <П < 100

С)О <п < 9

d) 1000 <п <1112

-1 < n < 1

-3 < п < 11'

Для каждого из следующих наборов целых чисел напишите одиночный оператор, который будет печатать число из набора случайным образом, а) 2, 4, 6, 8, 10.

Ь)3, 5, 7, 9, 11 .

с) 6, 10, 14, 18, 22.

Определите функцию hypotenuse, которая вычисляет длину гипотенузы прямоугольного треугольника по двум другим сторонам. Используйте эту функцию в программе для определения длины гипотенузы треугольников, приведенных ниже. Функция должна получать два аргумента типа double и возвращать значение гипотенузы также типа double.

Треугольник

Сторона 1

Сторона 2

3.0

4.0

2

5.0

12.0

3

8.0

15.0

Напишите функцию integerPower(base, exponent), которая возвращает значение baseexponent

Например, integerPower (3, 4) = 3 * 3 * 3 * 3. Предположим, что exponent является положительным ненулевым целым, a base целым. Для управления вычислением функция integerPower должна применять цикл for. Не используйте никаких функций математической библиотеки.

Напишите функцию multiple для двух целых, которая определяет, кратно ли второе число первому. Функция должна получать два целых аргумента и возвращать 1 (true), если второе число кратно первому, и О (false) в противном случае. Используйте эту функцию в программе, которая вводит серию пар целых чисел.

Напишите программу, которая вводит последовательность целых чисел и передает их по одному функции even, которая использует

операцию деления по модулю, чтобы определить, является ли целое четным. Функция должна получать один аргумент и возвращать 1, если целое четно и 0 в противном случае.

Напишите функцию, которая выводит у левой границы экрана сплошной квадрат из символов *, сторона которого определяется целым параметром side. Например, если side равно 4, функция выведет следующее изображение: ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★

Измените функцию, созданную в упражнении 5.19 таким образом, чтобы она формировала квадрат из любых символов, содержащихся в символьном параметре fillCharacter. Например, если side равно 5, а символ равен «#», то функция выведет на экран следующее изображение:

#####

#####

#####

#####

#####

Используйте методику, аналогичную развитой в упражнениях 5.19 и 5.20 для создания программы, которая рисует разнообразные фигуры.

Напишите фрагменты программ, которые выполняют следующие действия:

Вычисляет целую часть от деления целого числа а на целое число Ь.

Вычисляет целый остаток от деления целого числа а на целое число Ь.

Используйте части программы, разработанные в пунктах а) и Ь), для создания функции, которая вводит целое число между 1 и 32767 и печатает его как ряд цифр, каждая пара которых отделяется двумя пробелами. Например, целое число 4562 должно быть напечатано как

4 5 6 2

Напишите функцию, которая получает время в качестве трех целых аргументов (часы, минуты и секунды) и возвращает число секунд с момента, когда часы «пробили 12». Используйте эту функцию для вычисления промежутка времени в секундах между двумя моментами, которые лежат внутри одного и того же 12-ти часового круга.

Реализуйте следующие целые функции:

Функция Celsius возвращает эквивалент по шкале Цельсия температуры, заданной по шкале Фаренгейта.

Функция fahrenheit возвращает эквивалент по шкале Фаренгейта температуры, заданной по шкале Цельсия.

Используйте эти функции для создания программы, которая печатает таблицы, показывающие температурные эквиваленты шкалы Фаренгейта для всех значений температуры по шкале Цельсия в диапазоне от 0 до 100 градусов, и эквиваленты шкалы Цельсия для всех температур шкалы Фаренгейта в диапазоне от 32 до 212 градусов. Напечатайте аккуратную таблицу в формате, который минимизирует число выводимых строк при сохранении ясности таблицы.

Напишите функцию, которая возвращает наименьшее из трех чисел с плавающей точкой.

Целое число называют совершенным числом, если сумма его делителей, включая 1 (но не само число), равна этому числу. Например, 6 является совершенным числом, поскольку 6 = 1 + 2 + 3. Напишите функцию perfect, которая определяет, является ли ее параметр совершенным числом. Используйте эту функцию в программе, которая находит и печатает все совершенные числа в диапазоне от 1 до 1000. Напечатайте все делители для каждого совершенного числа, чтобы убедиться, что число действительно является совершенным. Бросьте вызов своему компьютеру, попробовав проверить числа, намного большие 1000.

Целое число называют простым, если оно делится только на 1 и на само себя. Например, 2, 3, 5 и 7 являются простыми, а 4, 6, 8 и 9 —— нет.

Напишите функцию, которая определяет» является ли число простым.

Используйте эту функцию в программе, которая находит и печатает все простые числа в диапазоне от 1 до 10000. Сколько чисел из этих 10000 вы действительно должны проверить, чтобы быть уверенным в том, что вы нашли все простые числа?

Первоначально вы могли подумать, что верхним пределом для делителей, с которыми нужно проверить простое число, является п/2, но в действительности вам нужно дойти только до значения квадратного корня из п. Почему? Перепишите программу и запустите ее двумя способами. Оцените увеличение производительности.

Напишите функцию, которая получает целое значение и возвращает число с обращенным порядком цифр. Например, для числа 7631 функция должна вернуть значение 1367.

Наибольший общий делитель (НОД) двух целых чисел является самым большим целым числом, на которое делится каждое из двух чисел. Напишите функцию gcd, которая возвращает наибольший общий делитель двух целых чисел.

Напишите функцию gualityPoints, которая вводит средний бал студента и возвращает 4, если средний бал студента составляет 90-100, 3, если 80-89, 2, если 70-79, 1, если 60-69, и 0, если средний бал ниже чем 60.

Напишите программу, которая моделирует подбрасывание монеты. Для каждого подбрасывания монеты программа должна печатать слова Heads или Tails (орел или решка). Пусть программа подбросит

монету 100 раз и сосчитает число выпадений для каждой стороны монеты. Напечатайте результаты. Программа должна вызывать отдельную функцию flip, которая не получает никаких аргументов и возвращает 0 для решки и 1 для орла. Примечание: если программа моделирует подбрасывание монеты реалистично, то каждая сторона монеты должна выпасть примерно равное число раз (т.е. примерно 50 орлов и 50 решек при 100 подбрасываниях).

Компьютеры играют все возрастающую роль в образовании. Напишите программу, которая поможет ученику начальной школы выучить таблицу умножения. Используйте функцию rand для генерации двух положительных одноразрядных целых чисел. Программа должна выводить вопрос вроде:

How much is 6 times 7? (Сколько будет шестью семь?)

Школьник должен напечатать ответ. Ваша программа проверяет ответ. Если он правильный, напечатайте фразу «Очень хорошо!». После этого задавайте следующий вопрос по умножению. Если ответ неправильный, напечатайте «Неверно. Пожалуйста попробуйте снова.» и разрешите школьнику отвечать на вопрос до тех пор, пока он не даст правильный ответ.

Использование компьютеров в образовании относится к области исследований, называющейся машинным обучением. Одной из проблем, разрабатываемой в области машинного обучения, является проблема усталости ученика. Усталость может быть уменьшена путем внесения разнообразия в диалог с компьютером, что помогает удержать внимание ученика. Измените программу упражнения 5.32 так, что она будет печатать различные комментарии для каждого правильного ответа и каждого неправильного ответа. Например, следующие:

Реакция на правильный ответ

Very good! (Очень хорошо!)

Excellent! (Превосходно!)

Nice work! (Отличная работа!)

Keep up the good work! (Продолжайте в том же духе!)

Реакция на неправильный ответ

No. Please try again. (Нет. Пожалуйста пробуйте снова.) Wrong. Try once more. (Неправильно. Попытайтесь еще раз.) Don't give up! (Не сдавайтесь!)

No. Keep trying. (Нет. Продолжайте пробовать.)

Используйте генератор случайных чисел в диапазоне от 1 до 4 для выбора одного из комментариев к каждому ответу. Используйте для вывода фраз структуру switch совместно с оператором printf.

Более сложные системы машинного обучения контролируют эффективность работы ученика в течение определенного периода времени. Решение начать новый раздел часто основано на успехах ученика по предыдущим разделам. Измените программу упражнения 5.33 так, чтобы считать число правильных и неправильных ответов, вводимых учеником. После того как ученик введет 10 ответов, ваша программа должна вычислить процент правильных ответов. Если про-

цент ниже чем 75, ваша программа должна напечатать фразу типа «Пожалуйста, попросите вашего учителя о дополнительной помощи» и завершить работу.

Напишите программу С, которая играет в игру «угадай число» следующим образом: ваша программа «задумывает» число, которое нужно угадать, выбирая целое число в диапазоне от 1 до 1000 случайным образом. После этого программа печатает:

У меня есть число между 1 и 1000.

Вы можете отгадать мое число?

Пожалуйста, напечатайте ваше первое предположение.

После этого игрок вводит первое число. Программа отвечает одной из следующих фраз:

.Превосходно! Вы угадали число!

Не желаете попробовать еще раз?

.Слишком маленькое. Попробуйте еще раз.

.Слишком большое. Попробуйте еще раз.

Если предположение игрока неправильно, ваша программа должна выполнять цикл, пока игрок не введет правильное число. Ваша программа должна продолжать печатать сообщения игроку «Слишком большое» или «Слишком маленькое», чтобы помочь ему попасть в правильный ответ. Примечание: методика поиска, использованная в этой задаче, называется двоичным поиском. В следующей задаче мы поговорим об этом более подробно.

Измените программу упражнения 5.35 таким образом, чтобы считать число предположений, которое делает игрок. Если это число — 10 или меньше, то напечатайте фразу «Либо вы знаете секрет, либо вам повезло!». Если игрок угадывает число с 10-ти попыток, то напечатайте фразу «Вы знаете секрет!». Если игрок делает более 10-ти предположений, то напечатайте фразу «У вас есть возможность угадывать быстрее!». Почему этот процесс должен длиться не больше 10-ти предположений? С каждым «хорошим предположением» игрок может устранить половину чисел. Покажите, почему любое число от 1 до 1000 можно угадать за 10 или за меньшее число попыток.

Напишите рекурсивную функцию power (base, exponent), которая возвращает значение baseexponent

Например, power(3, 4) = 3*3*3* 3. Предположим, что exponent является целым, большим или равным 1. Подсказка: шаг рекурсии мог бы использовать соотношение baseexponent = base 女 base6^0^'1

а завершающим условием будет случай, когда значение exponent станет равным 1, поскольку base1 = base

Последовательность чисел Фибоначчи

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21,…

начинается с числа 0 и 1 и имеет то свойство, что каждое последующее число является суммой двух предыдущих, а) Напишите нерекурсивную функцию fibonacci(n), которая вычисляет n-ое число Фибоначчи. Ь) Определите наибольшее число Фибоначчи, которое можно найти на вашей системе. Для этого измените программу части а) таким образом, чтобы для вычисления и возврата чисел Фибоначчи использовать тип double вместо int. Разрешите программе зациклиться, пока система не выдаст ошибку из-за чрезмерно большого значения.

(Ханойская башня) Каждый подающий надежды ученый должен по* знакомиться с некоторыми классическими задачами, а Ханойская башня (см. рис. 5.18) — это одна из наиболее известных классических задач. Легенда гласит, что в храме на Дальнем Востоке священники пытаются переместить башню из дисков с одной стойки на другую. Начальная башня имела 64 диска, собранных на одной стойке и упорядоченных от нижней части до верхней по уменьшению размера. Священники пытаются переместить башню с этой стойки на вторую при следующих ограничениях: за один раз перемещается только один диск и ни при каких условиях диск большего размера не может находиться выше диска меньшего размера. Третья стойка может использоваться для временного хранения дисков. Согласно легенде миру придет конец, когда священники выполнят свою задачу. Так что у нас не так уж много оснований, чтобы попытаться им помочь.

Давайте примем, что священники пытаются перемещать диски со стойки 1 на стойку 3. Мы хотим разработать алгоритм, который будет печатать точную последовательность перемещения дисков.

Если мы попробуем подойти к этой задаче со стандартными методами, мы быстро и безнадежно завязнем в перемещениях дисков. Вместо этого, если мы приступим к проблеме, помня о рекурсии, то задача незамедлительно станет послушной. Перемещение п дисков может рассматриваться с точки зрения перемещения только п. - 1 диска (а следовательно, это имеет отношение к рекурсии) следующим образом:

Переместить п - 1 диск со стойки 1 на стойку 2, используя стойку 3 как временное хранилище.

Переместить последний диск (наибольший) со стойки 1 на стойку 3.

Переместить п - 1 диск со стойки 2 на стойку 3, используя стойку 1 как временное хранилище.

Этот процесс заканчивается, когда последняя задача потребует перемещения и = 1 диска, т.е. достигается основной случай. Это выполняется обычным перемещением диска без необходимости использовать временное хранилище.

Напишите программу для решения задачи Ханойской башни. Используйте рекурсивную функцию с четырьмя параметрами:

Число дисков, которое нужно переместить

Стойка, на которой первоначально находятся эти диски

Стойка, на которую должна переместиться башня дисков

Стойка, которую нужно использовать как временное хранилище Ваша программа должна выводить точные команды, которые она будет выполнять при перемещении дисков с начальной стойки на конечную стойку. Например, чтобы переместить башню из трех дисков со стойки 1 на стойку 3, ваша программа должна напечатать следующий ряд шагов:

т 3 (Это означает перемещение диска со стойки 1 на стойку 3)

т 2

т 2

т 3

т 1

т 3

т 3

Любая программа, которая может быть реализована рекурсивно, может быть реализована итеративно, хотя иногда со значительно большими трудностями и со значительно меньшей ясностью. Попробуйте создать итеративную версию программы для Ханойской башни. Если вы сделали это успешно, сравните вашу итеративную версию с рекурсивной версией, которую вы разрабатывали в упражнении 5.39. Исследуйте вопросы эффективности, ясности, и ваши возможности продемонстрировать правильность программ.

(Визуализация рекурсии) Интересно понаблюдать рекурсию «в действии» .Измените функцию факториала рис. 5.14 так, чтобы она печатала значения своей локальной переменной и параметр рекурсивного вызова. Для каждого рекурсивного вызова выведите значения отдельной строкой и добавьте отступы. Сделайте все возможное, чтобы результат вывода выглядел ясно, интересно и осмысленно. Ваша цель состоит в том, чтобы разработать такой выходной формат данных, который помогает лучше понять рекурсию. Вы можете добавить такие же методы отображения информации к большинству других примеров рекурсии, приведенных в книге.

Наибольший общий делитель целых чисел х и у является наибольшим целым числом, на которое делятся и х и у. Напишите рекурсивную функцию gcd, которая возвращает наибольший общий делитель х и у. Рекурсивное определение функции gcd выглядит следующим образом: если у равен 0, то gcd(x, у) есть х, иначе gcd(x, у) есть gcd(y, х % у), где % ——операция деления по модулю.

Может ли main быть вызвана рекурсивно? Напишите программу, содержащую функцию main. Включите статическую локальную переменную count, инициализируемую значением 1. Выполняйте постдекремент и печатайте значение count каждый раз, когда вызывается main. Запустите программу. Что происходит?

В упражнениях с 5.32 по 5.34 была разработана программа машинного обучения, которая учит школьников начальных классов умножению. Это упражнение предлагает ввести в программу расширения.

Измените программу, чтобы разрешить пользователю вводить уровень сложности задач. Уровень сложности 1 означает, что в задаче используются только одноразрядные числа, уровень сложности 2 означает использование чисел с двумя десятичными разрядами и т.д.

Измените программу таким образом, чтобы позволить пользователю выбирать тип арифметических задач, который он хочет исследовать. Опция 1 означает, что будут использованы только задачи на сложение, 2 — только задачи на вычитание, 3 — только задачи на умножение, 4 — только задачи на деление и 5 — смешанное использование всех арифметических действий.

Напишите функцию distance, которая вычисляет расстояние между двумя точками с координатами (xl, yl) и (х2, у2). Все числа и возвращаемые значения должны иметь тип float.

Что делает следующая программа?

main () { int с;

if ((с = getchar()) !- EOF) { main ();

printf(n %c", c);'

}

return 0;

}

Что делает следующая программа?

int mystery(int, int);

main() { int x, y;

printf("Enter two integers: ");

scanf("%d%d", &x, &y);

printf("The result is %d\n"z mystery(x, y))； return 0;

/* Параметр b должен быть положительным

целым, чтобы предотвратить бесконечную рекурсию */ int mystery (int a, int b)

if (b 1)

return a;

else

return a + mystery(a, b - 1);

}

После того, как вы определили, что делает программа упражнения 5.47, измените программу так, чтобы она правильно работала после удаления ограничения на второй аргумент, который теперь может быть не только положительным.

Напишите программу, которая проверяет как можно больше функций математической библиотеки (рис. 5.2). Поупражняйтесь с каждой из этих функций, распечатав таблицы возвращаемых значений для различных значений параметров.

Найдите ошибку в каждом из следующих фрагментов программ и объясните, как ее исправить:

float cube(float); /* прототип функции */

cube(float number) /* определение функции */ { return number * number * numbers

register auto int x = 7;

int randomNumber = srand();

float у = 123.45678; int x;

x

printf("%f\n", (float) x);

double square(double number)

double number;

return number * number;

}

int sum(int n)

{

if (n == 0)

return 0;

else

return n + sum(n);

Измените программу игры в крепе на рис. 5.10, чтобы игрок мог делать ставки. Реализуйте как функцию ту часть программы, которая моделирует один розыгрыш. Инициализируйте переменную bankBalance значением 1000 долларов. Попросите игрока ввести ставку. Используйте цикл while для проверки того, что ставка меньше или равна значению bankBalance и, если это не так, запрашивайте пользователя до тех пор, пока он не введет корректную ставку. После ввода корректной ставки программа должна провести один розыгрыш. Если игрок выиграл, увеличьте значение bankBalance на величину ставки и напечатайте это новое значение. Если игрок проиграл, уменьшите значение bankBalance на величину ставки, напечатайте его, проверьте, не равно ли значение bankBalance нулю. Если деньги кончились, напечатайте соответствующее сообщение, например, «Извините. Вы проигрались!». По ходу игры выводите на печать сообщения, создающие впечатление обычной «болтовни» . Например, «О, идете ва-банк, да?», «Ну-ну, рискните!», «Не пора ли вам обменять фишки на наличные?»>.

г л a

в

а

Массивы

Цели

Познакомиться со структурой данных, называемой массивом.

Изучить применение массивов для хранения, сортировки данных и поиска в списках и таблицах значений.

Научиться объявлять массив, инициализировать его и ссылаться на отдельные элементы массива.

Научиться передавать массив в функцию.

Изучить основные методики сортировки.

Научиться объявлять массивы с несколькими индексами и работать с ними.

Содержание

Введение

Массивы

Объявление массивов

. Примеры использования массивов

Передача массивов в функции

Сортировка массивов

Пример: определение среднего, медианы и наиболее вероятного значения с использованием массивов

Поиск в массивах

Многомерные массивы

Резюме • Распространенные ошибки программирования • Хороший стиль программирования • Советы по повышению эффективности • Общие методические замечания • Упражнения для самоконтроля • Ответы к упражнениям для самоконтроля • Упражнения • Упражнения на рекурсию

Введение

Эта глава служит введением в важную тему о структурах данных. Массивы представляют собой структуры данных, состоящие из логически связанных элементов данных одного и того же типа. В главе 10 мы обсудим понятие struct (структуры) языка С — структуру данных, состоящую из логически связанных элементов данных, возможно, различных типов. Массивы и структуры являются «статическими» объектами в том смысле, что их размер остается одним и тем же в процессе выполнения программы (конечно, они могут принадлежать к автоматическому классу памяти и, таким образом, создаваться и уничтожаться всякий раз при входе и выходе из блоков, в которых они определяются). В главе 12 мы представим динамические структуры данных, такие как списки, очереди, стеки и деревья, которые могут увеличивать и уменьшать свой размер в процессе выполнения программы.

Массивы

Массив является группой ячеек памяти, логически связанных в том отношении, что все они имеют одно и то же имя и один и тот же тип. Для обращения к конкретной области, или элементу массива, мы указываем имя массива и номер позиции этого элемента в массиве.

На рис. 6.1 показан целочисленный массив с. Этот массив содержит двенадцать элементов. На каждый из этих элементов можно ссылаться, задавая имя массива и номер позиции конкретного элемента в квадратных скобках ([]). Первый элемент в любом массиве имеет нулевой порядковый номер. Таким образом, первый элемент массива с обозначается как с[0], второй элемент как с[1], седьмой элемент как с[6] и, в общем случае, i-й элемент массива с обозначается как c[i-l]. Для имен массивов справедливы те же соглашения, что и для имен других переменных.

Имя массива (заметьте, что все

массива с

Рис. 6.1. Массив из 12 элементов

Номер позиции элемента, содержащийся внутри квадратных скобок, более формально называют индексом. Индекс должен быть целым числом или целочисленным выражением. Если в программе в качестве индекса используй ется выражение, то для определения индекса происходит оценка этого выражения. Например, если а = 5 и b = 6, то оператор

с[а + Ь] += 2;

прибавляет 2 к элементу массива с[11]. Обратите внимание, что снабженное индексом имя массива является lvalue — оно может стоять в левой части операции присваивания.

Давайте рассмотрим массив с, представленный на рис. 6.1, более подробно. Имя этого массива с. Его двенадцать элементов обозначаются как с[0], с[1], с[2], ..., с[11]. Значение с[0] равно -45, значение с[1] равно 6, значение с[2] равно 0, значение с[7] равно 62 и значение с[11] равно 78. Для того, чтобы вывести сумму значений, содержащихся в первых трех элементах массива с, мы можем написать

printf("%d"Л с[0]十 с[1] + с[2 j)；

Для того, чтобы разделить значение седьмого элемента массива с на 2 и присвоить результат переменной х, можно написать

X = с[6] / 2;

Распространенная ошибка программирования 6.1

Важно понимать различие между «седьмьгм элементом массива» и «элементом массива номер семь». Поскольку индексы массива начинаются с 0, «седьмой элемент массива» имеет индекс 6, в то время как «элемент массива номер семь» имеет индекс 7 и фактически является восьмым элементом массива. Это источник так называемых ошибок смещения индекса.

Скобки, в которые заключается индекс массива, на самом деле рассматриваются в качестве операции языка С. Они имеют тот же самый приоритет, что и круглые скобки. В таблице на рис. 6.2 показаны приоритет и ассоциативность операций, уже представленных в книге. Операции показаны сверху вниз в порядке уменьшения их приоритета.

Операции

Ассоциативность

Тип

0 门

слева направо

наивысший

丄十--!(тип)

справа налево

унарные

*/%

слева направо

мультипликативные

слева направо

аддитивные

<<=>>=

слева направо

отношения

I =

слева направо

равенства

& &

слева направо

логическое И

i i

слева направо

логическое ИЛИ

?：

справа налево

условные

=+=-=*=/н乞=

справа налево

присваивания

слева направо

запятая

Объявление массивов

Массивы занимают определенное место в памяти. Программистом устанавливается тип каждого элемента и число элементов, требуемых для каждого массива, чтобы компьютер мог зарезервировать соответствующий объем памяти. Для указания компьютеру, чтобы он зарезервировал 12 элементов для целочисленного массива с, нужно написать

in匸 с [ ];

При помощи одного объявления можно зарезервировать память для нескольких массивов. Чтобы зарезервировать 100 элементов для целочисленного массива b и 27 элементов для целочисленного массива х, нужно написать:

int b[100]f х [27];

Массивы могут объявляться также и для хранения других типов данных. Например, для символьной строки может использоваться массив типа char. Символьные строки и их сходство с массивами рассматриваются в главе 8. Связь между указателями и массивами обсуждается в главе 7.

Примеры работы с массивами

Программа, представленная на рис. 6.3, использует структуру повторения for для инициализации нулями элементов целочисленного массива п из десяти элементов и выводит его в табличной форме.

/* инициализация массива */

#incluide <stdio.h>

main ()

{

int n [ 10], i;

for (i = 0; i <= 9; i++)

= 0;/* инициализация массива *

printf (*' %s%13s\n"z "Element" , "Value ");

for (i = 0; i <= 9; i++)/* вывод элементов массива

printf("%7d%13d\n", i, n [i]);

return 0; }

Element

Value

0

0

1

0

2

0

3

0

4

0

5

0

6

0

7

0

8

0

9

0

Рис. 6.3. Инициализация элементов массива нулями

Обратите внимание, что мы решили не помещать пустую строку между первым оператором printf и структурой for на рис. 6.3, поскольку эти операторы тесно связаны. В данном случае оператор printf отображает заголовки для двух столбцов, выводимых в структуре for. Программисты часто опускают пустую строку между структурой for и тесно связанным с ней оператором printf.

Элементы массива также могут инициализироваться при объявлении массива путем помещения вслед за его объявлением знака равенства и списка (заключенного в фигурные скобки) инициализирующих значений, разделенных запятыми. Программа, представленная на рис. 6.4, инициализирует целочисленный массив десятью значениями и выводит его в табличной форме.

/ * Инициализация массива при объявлении

#elude 匸dio.h〉

main ()

工，n[10] = { 32, 27, 64, 18, 95, 14, 90, 70, 60, 37};

prinrf("%s%13s\n", "Element", "Value");

for (i 0; i <= 9; 1t+)

printf("%7d%13d\n"z i, n [i j);

return 0;

Element

Value

0

32

1

27

2

64

3

18

4

95

5

14

6

90

7

70

8

60

9

37

Рис. 6.4. Инициализация элементов массива при объявлении

Если инициализирующих значений меньше, чем элементов массива, остающиеся элементы автоматически инициализируются нулями. Например, элементы массива п на рис. 6.3 можно было бы инициализировать нулями посредством объявления

int п[10 j 二{0};'

которое явно инициализирует нулем первый элемент и автоматически инициализирует нулями оставшиеся девять элементов, поскольку инициализирующих значений меньше, чем элементов в массиве. Важно помнить, что массивы не инициализируются нулями автоматически. Программист должен инициализировать по крайней мере первый элемент, чтобы оставшиеся элементы были автоматически заполнены нулями. Этот метод инициализации элементов массива нулями реализуется во время компиляции. Метод, используемый на рис. 6.3, может применяться многократно в процессе выполнения программы.

Распространенная ошибка программирования 6.2

Отсутствие инициализации массива, элементы которого должны быть инициализированы.

Следующее объявление массива

int п[5] = { 32, 27, 64, 18, 95, 14};

вызвало бы синтаксическую ошибку, поскольку имеется 6 инициализирующих значений и только 5 элементов массива.

Распространенная ошибка программирования 6.3

Указание в списке инициализации большего числа значений, чем количество элементов в массиве, является синтаксической ошибкой.

Если размер массива не включается в его объявление со списком инициализирующих значений, то число элементов в массиве будет равно числу элементов в списке инициализации. Например, объявлением

int n[] = {1, 2, 3, 4, 5};

был бы создан массив из пяти элементов.

Программа на рис. 6.5 инициализирует элементы десятиэлементного массива s значениями 2, 4, 6, ..., 20 и выводит массив в табличной форме. Эти значения генерируются путем умножения счетчика цикла на 2 и прибавления 2.

В этой программе вводится директива препроцессора #define. Строка

#define SIZE 10

определяет символическую константу SIZE, значение которой равно 10. Символическая константа является идентификатором, вместо которого препроцессор С до компиляции программы подставляет заменяющий текст. Во время препроцессорной обработки программы на рис. 6.5 все вхождения символической константы SIZE заменяются на текст «10». Использование символических констант для задания размеров массива делает программу масштабируемой. На рис. 6.5 с помощью первого цикла for можно было бы заполнить массив из 1000 элементов, просто изменив значение SIZE в директиве #define с 10 на 1000. Если бы символическая константа SIZE не использовалась, то, чтобы масштабировать программу для обработки 1000 элементов массива, нам пришлось бы изменить программу в трех различных местах. По мере увеличения размера кода эта методика становится еще более полезной, способствуя написанию более ясных программ.

Распространенная ошибка программирования 6.4

Завершение директив препроцессора #define или #include точкой с запятой. Не забывайте, что директивы препроцессора не являются операторами языка С.

Если предыдущая директива препроцессора #define будет оканчиваться точкой с запятой, то все вхождения символической константы SIZE в программе будут заменены препроцессором на текст «10;». Это может привести к синтаксическим ошибкам времени компиляции или логическим ошибкам во время выполнения. Не забывайте, что препроцессор не является компилятором С, это всего лишь текстовый манипулятор.

/* Инициализирует элементы массива s четными целыми числами от 2 до 20 */

#include <stdio.h>

#define SIZE 10

main () {

inn s[SI ZE j , j;

for (j0; j SIZE - 1; j++) /x устанавливает значения */

s [ j 12 + 2 * 3 ;

printf("%s%13s\n"f “Element”, "Va1ue");

for (j = 0； j <= SIZE - 1; j++) /* выводит значения */ printf("%7d%13d\n"< j,台);

return 0;

}

Element

Value

0

2

1

4

2

6

3

8

4

10

5

12

6

14

7

16

8

18

9

20

Рис. 6.5. Генерация значений для размещения в элементах массива

Распространенная ошибка программирования 6.5

Присвоение значения символической константе в исполняемом операторе является синтаксической ошибкой. Символическая константа — не переменная. Компилятор не резервирует для нее места в памяти, как в случае переменных, содержащих значения во время выполнения программы.

Общее методическое замечание 6.1

Определение размера всех массивов с помощью символических констант повышает

общность программ (делает их масштабируемыми).

Хороший стиль программирования 6.1

Используйте для имен символических констант только символы верхнего регистра. Это выделяет эти константы в тексте программы и напоминает программисту, что символические константы не являются переменными.

Программа на рис. 6.6 суммирует значения, содержащиеся в целочисленном массиве а из двенадцати элементов. Оператор в теле цикла for вычисляет итоговую сумму.

/ * Вычисляет сумму элементов массива * / #include <stdio.h>

#define SIZE 12

main ()

int a[SIZE]工{1, 3, 5, 4, 7, 2, 99, 16, 45, 67, 89， 45}, i, total = 0;

for (i = 0; 1 <= SIZE - 1; i++) total += a[i];

printf ("Total of array element values is %d\n", total); return 0;

Total of array element values is 383

Рис. 6.6. Вычисление суммы элементов массива

В нашем следующем примере массивы используются для подведения итогов опроса. Рассмотрим постановку задачи.

Сорок студентов попросили оценить качество питания в студенческой столовой по шкале от I до 10 (1 означает ужасное качество, а 10 означает превосходное). Поместите сорок ответов в целочисленный массив и определите итоговый результат опроса.

Это типичное применение массива (см. рис. 6.7). Мы хотим просуммировать количество ответов каждого типа (т.е. от 1 до 10). Массив responses является 40-элементным массивом ответов студентов. Мы используем массив из одиннадцати элементов frequency для подсчета числа появлений каждого ответа. Мы игнорируем первый элемент frequency[O], поскольку более логично, чтобы ответ 1 увеличивал frequency[l], а не frequency[O]. Это позволяет нам использовать каждый тип ответа непосредственно в качестве индекса в массиве frequency.

Хороший стиль программирования 6.2

Стремитесь к ясности программы. Иногда имеет смысл отказаться от наиболее эффективного использования памяти или процессорного времени в пользу написания ■ более понятного кода.

Совет по повышению эффективности 6.1

Иногда соображения эффективности намного перевешивают соображения понятности.

В первом цикле for из массива responses по одному выбираются ответы и в массиве frequency увеличивается один из десяти счетчиков (от frequency[l] до frequency[10]). Ключевым оператором цикла является

+ + frequency[responses [answer]];

Этот оператор увеличивает соответствующий счетчик frequency в зависимости от значения responses[answer]. Например, когда переменная-счетчик answer равна О, responsesfanswer] равно 1, так что ++frequency[responses[an- swer]]; на самом деле интерпретируется как

++frequency

что увеличивает элемент массива номер один.

/ * Программа опроса студентов * /

#include <stdio.h>

#define RESPONSE_SIZE 40

^define FREQUENCY_SIZE 11

main ()

inr answer, rating;

int responsesiRESPONSE_SI2E] = {1, 2 f 6, 4, 8, 5, 9, 7, 8, 10 z 1, 6, 3, 8, 6, 10, 3, 8 / 2,6, 5, 7, 6, 8, 6, 7,

6, 6, 5, 6, 7, 5, 6, 4, 8, 6, 8, 10};

int frequency!FREQUENCY_SIZE] = {0};

for (answer = 0; answer <= RESPONSE_SIZE - 1; answer++) + + frequency[responses[answer j];

printf("%s%17s\n", "Rating", "Frequency");

for (rating = 1; rating <= FREQUENCY_SI ZE - 1; rating++) printf("%6d%17d\n", rating, frequency[rating]);

return 0;

Rating

Frequency

1

2

2

2

3

2

4

2

5

5

6

11

7

5

8

7

9

1

10

3

Рис. 6.7. Простая программа анализа опроса студентов

Когда переменная answer равна 1, responses[answer] равно 2, так что ++frequency[responses[answer]]; интерпретируется как

++frequency[2];

что увеличивает элемент массива номер два. Когда переменная answer равна 2, responses[answer] равно 6, так что ++frequency[responses[answer]]; интерпретируется как

++frequency[6];

что увеличивает элемент массива номер шесть, и так далее. Обратите внимание, что вне зависимости от числа ответов, обработанных во время обследования, для суммирования результатов требуется массив, содержащий только одиннадцать элементов (мы игнорируем элемент с номером нуль). Если бы данные содержали недопустимые значения, как, например 13, программа попыталась бы прибавить 1 к frequency[13]. Это было бы выходом за пределы массива.

В языке С отсутствует проверка на выход за пределы массива, предотвращающая ссылку на несуществующий элемент. Таким образом, выполняющаяся программа может выйти за пределы массива без предупреждения. Программист должен гарантировать, что все ссылки на массив не выходят за его пределы.

Распространенная ошибка программирования 6.6

Ссылка на элемент за пределами массива.

Хороший стиль программирования 6.3

При выполнении цикла над элементами массива его индекс никогда не должен быть меньше 0 и должен быть строго меньше общего количества элементов, т.е. не больше, чем (размер массива - 1). Убедитесь, что условие завершения цикла не допускает обращения к элементам вне этого диапазона.

Хороший стиль программирования 6.4

Указывайте в структуре for наибольшее значение индекса массива, способствуя тем самым устранению ошибок преждевременного выхода из цикла.

Хороший стиль программирования 6.5

Программы должны проверять правильность всех входных значений, чтобы не допустить воздействия ошибочной информации на вычисления программы.

Совет по повышению эффективности 6.2

Последствия (обычно серьезные) ссылок на элементы за пределами массива являются системно-зависимыми.

В нашем следующем примере (рис. 6.8) происходит считывание чисел из массива и графическое отображение информации в виде столбцовой диаграммы, или гистограммы; выводится каждое число и, кроме того, рядом с ним выводится полоса, состоящая из такого же количества звездочек. Полосы выводятся вложенным циклом for. Обратите внимание на использование printf("\n") для завершения полосы гистограммы.

В главе 5 мы обещали, что покажем более изящный метод написания программы для бросания кости, приведенной на рис. 5.10. Задача состояла в бросании 6000 раз шестигранной кости для проверки того, на самом ли деле генератор случайных чисел вырабатывает случайные числа. Вариант этой программы с массивом показан на рис. 6.9.

До сих пор мы обсуждали только целочисленные массивы. Однако в массивах могут содержаться данные любого типа. Теперь мы обсудим хранение строк в символьных массивах. Пока единственной возможностью обработки строк, которой мы располагаем, является вывод строки с помощью функции printf. В языке С строка типа "hello" на самом деле является массивом отдельных символов.

9 Зак. 801

/ * Программа печати гистограммы * / #include <stdio.h> ^define SIZE 10

main()

int n[SIZE] = {19, 3, 15, 7, llz 9, 13z 5Z 17, 1}; int'

printf("%s%13s%17s\n", "Element"z "Value", "Histogram");

for (i = 0; i <= SIZE - 1; i++) { printf C'%7d%13d", i, n [ i]);

for (j = 1; j < n [i]; j++)/* выводит отдельный столбец */

printf ("%с"Л 1 *')；

printf(”\n”);

return 0;

Element

Value

Histogram

0

19

1

3

★ ★ ★

2

15

★★★★★★★★★★★★★★★

3

7

4

11

5

9

★★★★★★★★★

6

13

**★★★*★★★★★★*

7

5

★ ★ ★ ★ *

8

17

9

1

★

Рис. 6.8. Программа вывода гистограмм

Символьные массивы имеют несколько уникальных особенностей. Символьный массив может быть инициализирован строковым литералом. Например, объявление

char stringl[] = "first";

инициализирует элементы массива stringl отдельными символами строкового литерала "first". Размер массива stringl в предыдущем объявлении определяется компилятором исходя из длины строки.

Важно обратить внимание на то, что строка "first" содержит пять символов и специальный символ окончания строки, называемый нулевым символом. Таким образом, массив stringl фактически содержит шесть элементов. Представлением нулевого символа в виде символьной константы является '\0'. Все строки в языке С заканчиваются этим символом. Символьный массив, представляющий строку, всегда следует объявлять достаточно большим для хранения в нем всех символов строки и завершающего нулевого символа*

Символьные массивы могут также инициализироваться отдельными символьными константами в инициализирующем списке. Предыдущее объявление эквивалентно

char stringl = {'f', 'i', 'г', 's', 't', '\0'};

/ ” Моделирует бросание шестигранной кости 6000 раз #include <stdio.h> ^include <stdlib.h> #include <time.h> #define SIZE 7

main ()

int face, rollЛ frequency[SIZE] = {0};

srand(time(NULL));

for (roll 1; roll <= 6000; roll++) { face = rand() % 6 + 1;

++frequency[face];/* заменяет 20-строчный switch

}/* на рис. 5.8 */

printf("%s%17s\n"Л "Face"z "Freduency");

for (face 1; face <= SIZE - 1; face + +)

printf("%4d%17d\n"z face, frequency[face]);

return 0;

Face

Frequency

1

1037

2

987

3

1013

4

1028

5

952

6

983

Рис. 6.9. Программа бросания кости, использующая массивы вместо оператора switch

Поскольку строка в действительности является символьным массивом, мы можем непосредственно обращаться к отдельным символам строки, пользуясь индексной нотацией. Например, stringl[0] представляет собой символ f, a stringl[3] — 's'.

Мы также можем вводить строку в символьный массив непосредственно с клавиатуры, пользуясь для этого функцией scanf и спецификацией преобразования %s. Например, объявление

char string2 [20];

создает символьный массив, в котором могут храниться строка из 19 символов и завершающий нулевой символ. Оператор

scanf ("%s", string2);

считывает строку с клавиатуры в string2. Обратите внимание, что имя массива передается в функцию scanf без предшествующего &, необходимого с другими переменными. Символ & обычно используется для того, чтобы снабдить scanf информацией о местоположении переменной в памяти, с тем чтобы там можно было сохранить в ней значение. В разделе 6.5 мы обсудим передачу массивов функциям. Мы увидим, что имя массива является адресом его начала; поэтому символ & не является необходимым.

о*

Ответственность за то, чтобы в массиве, куда считываются символы, могла быть сохранена любая вводимая пользователем строка, лежит на программисте. Приведенный выше вызов функции scanf считывает символы с клавиатуры до тех пор, пока не будет встречен первый пробельный символ —— размер массива ее не интересует. Таким образом, функция scanf может записывать информацию за пределы массива.

Распространенная ошибка программирования 6.7

Передача функции scant символьного массива, недостаточно большого для хранения вводимой с клавиатуры строки, может привести к потере данных в программе и другим ошибкам времени выполнения.

Символьный массив, представляющий строку, может быть выведен с помощью функции printf и спецификатора преобразования %s. Массив string2 выводится при помощи оператора

printf("%s\n"Л string2);

Обратите внимание, что printf, как и scanf, не заботится о размерах символьного массива. Символы строки выводятся до тех пор, пока не будет встречен завершающий нулевой символ.

Рис. 6.10 демонстрирует инициализацию символьного массива строковым литералом, чтение строки в символьный массив, вывод символьного массива в виде строки и доступ к отдельным символам строки.

* Интерпретация символьных массивов в виде строк * / #include <stdio.h>

main () {

:char stringl [20]z string2[]工"string literal";

int i;

printf("Enter a string: ”)； scanf ( "%s", stringl);

printf("stringl is: %s\nstring2: is %s\n"

"stringl with spaces between characters is : \n"z stringlf string2);

for (i = 0; stringl[i] != ' \0'; i + +) printf ( u%c ”，stringl[i]);

printf("\n"); return 0;

J鑑}

Enter a string: Hello there

stringl is: Hello

string2 is: String literal

stringl with spaces between characters is:

Hello

Рис. 6.10. Интерпретация символьных массивов в качестве строк

На рис. 6.10 структура for используется для прохода в цикле по массиву stringl и вывода отдельных символов, разделенных пробелами, при помощи

спецификации преобразования %с. Условие в структуре for, stringl[i] != '\0', остается истинным, пока в строке не будет встречен завершающий нулевой символ.

В главе 5 обсуждался спецификатор класса памяти static. Статическая локальная переменная в определении функции существует на всем протяжении выполнения программы, но видима только в теле функции. Мы можем применять static к объявлению локального массива, при этом во время работы программы массив не будет создаваться и инициализироваться всякий раз при вызове функции и уничтожаться при выходе из нее. Это уменьшает время выполнения программ, особенно программ с частым вызовом функций, содержащих большие массивы.

Совет по повышению эффективности 6.3

В функциях, содержащих локальные массивь! и часто входящих и выходящих из области действия, делайте массивы статическими, чтобы они не создавались заново при каждом вызове функции.

Массивы, объявленные статическими, автоматически инициализируются один раз во время компиляции. Если статический массив явно не инициализирован программистом, компилятор инициализирует его нулями.

На рис. 6.11 показаны функция staticArraylnit с локальным массивом, объявленным static, и функция automaticArraylnit с автоматическим локальным массивом. Функция staticArraylnit вызывается дважды. Статический локальный массив, содержащийся в функции, инициализируется компилятором нулями. Функция выводит массив, прибавляет 5 к каждому его элементу и снова выводит массив. При втором вызове функции статический массив содержит значения, сохранившиеся со времени ее первого вызова. Функция automaticArraylnit также вызывается дважды. Элементы автоматического локального массива, содержащегося в функции, инициализируются значениями 1, 2 и 3. Функция выводит массив, прибавляет 5 к каждому его элементу и снова выводит этот массив. При втором вызове функции элементы массива снова инициализируются как 1, 2 и 3, поскольку массив имеет автоматический период хранения.

/ * Статические массивы инициализируются нулями * / #include <stdio.h>

void staticArraylnit(void); void automaticArraylnit(void);

main ()

printf("First call to each function:\n"); staticArraylnit ();

automaticArraylnit();

printf(\n\nSecond call to each function:\n"); staticArraylnit();

automaticArraylnit(); return 0;

———}

/* функция, иллюстрирующая статический локальный массив void staticArraylnit(void)

static int a ⑶；

int i;

printf("\nValues on entering staticArraylnit:\n");

for (i = 0; i <= 2; i++)

printf (r,arrayl [%d] = %d ”， i, a [i]);

printf["\nValues on exiting staticArraylnit:\n");

for (i = 0; i <= 2;工++)

printf("arrayl[%d] = %d ", i, a[i] +二 5);

/* функцияz иллюстрирующая автоматический локальный массив void automaticArraylnit(void)

{

int a[3]二{1, 2, 3};

int i;

printf("\n\nValues on entering automaticArraylnit:\n");

for (i = 0; i <= 2; i++)

printf("arrayl[%d] 二 %d ", i, a[i]);

printf("\nValues on exiting automaticArraylnit:\n");

for (i = 0; i <= 2; i + + )

printf("arraylf%dj %d ”, i, a[i] += 5);

First call to each function:

Values on arrayl[0] Values on arrayl[0] Values on arrayl[0] Values on arrayl[0]

entering staticArraylnit:

= 0 arrayl[1] = 0 arrayl[2] exiting staticArraylnit:

= 5 arrayl [1] == 5 arrayl [2] entering automaticArraylnit:

=1 arrayl[1] = 2 arrayl[2] exiting automaticArraylnit:

= 6 arrayl[1] = 7 arrayl[2]

=0

=5

=3

=8

Second call to each function

Values on arrayl[0] Values on arrayl[0]

entering staticArraylnit:

= 5 arrayl[1] = 5 arrayl[2] exiting staticArraylnit:

二 10 arrayl[1] = 10 arrayl[2]

Values on arrayl[0] Values on arrayl[0]

entering automaticArraylnit: =1 arrayl [1] = 2 arrayl[2] exiting automaticArraylnit: =6 arrayl[1] = 7 arrayl[2]

5

10

3

8

Распространенная ошибка программирования 6.8

Предположение, что элементы локального массива, объявленного как static, инициализируются нулями всякий раз при вызове функции, где этот массив объявлен.

Передача массивов в функции

Для передачи массива в качестве параметра функции укажите его имя без всяких скобок. Например, если массив hourlyTemperatures был объявлен как int hourlyTemeratures [24];

оператор вызова функции

modifyArray(hourlyTemeratures, 24);

передает массив hourlyTemperatures и его размер в функцию modify Array. При передаче массива в функцию часто передается и размер массива, чтобы функция смогла обработать определенное количество его элементов.

С автоматически передает массив в функцию путем имитации передачи параметра по ссылке ——при этом вызываемые функции могут изменять значения элементов в исходных массивах вызывающих функций. Ведь имя массива фактически является адресом его первого элемента! Поскольку передается начальный адрес массива, вызываемая функция точно знает, где хранится этот массив. Таким образом, когда вызываемая функция изменяет в своем теле элементы массива, она изменяет подлинные элементы массива в их исходных ячейках памяти.

Рис. 6.12 демонстрирует, что имя массива действительно является адресом его первого элемента, выводя значения array и &аггау[О] со спецификацией преобразования %р — специальной спецификацией для вывода адресов. Спецификация преобразования %р обычно выводит адреса виде шестнадцатеричных чисел. Шестнадцатеричные (основание 16) числа состоят из цифр от О до 9 и букв от А до F. Они часто используются для сокращенной записи больших целочисленных значений. В приложении Д дано подробное описание взаимоотношений между двоичными (основание 2), восьмеричными (основание 8), десятичными (основание 10; стандартные целые числа) и шестнадцатеричными целыми числами. Выходные данные показывают, что как array, так и &аггау[0] имеют одно и то же значение, а именно FFF0. Вывод этой программы является системно-зависимым, но адреса всегда будут совпадать.

Совет по повышению эффективности 6.4

Передача массивов посредством имитации передачи по ссылке имеет смысл по соображениям эффективности. Если бы массивь! передавались по значению, передавалась бы копия каждого элемента. Для больших часто передаваемых массивов это было бы расточительно по времени и приводило бы к расходу значительного объема памяти для хранения их копий.

Общее методическое замечание 6.2

Возможна передача массива по значению с помощью простого приема, который описывается в главе 10.

/ * Имя массива это то же самое, что &array[01 #include <stdio.h>

main ()

{

char array[5];

printf ( " array = %p\n &array[0]= %p\n",

array, &array[0]);

return 0;

array = FFFO

&array[0] = FFFO

Рис. 6.12. Имя массива — это то же самое, что и адрес его первого элемента

Хотя в целом массивы передаются посредством имитации передачи параметра по ссылке, отдельные элементы массива передаются по значению, точно так же, как простые переменные. Такие простые одиночные порции данных называются скалярами или скалярными величинами. При передаче в функцию элемента массива используйте в качестве параметра его имя и индекс. В главе 7 мы покажем способы имитации передачи параметра по ссылке для скаляров (т.е. отдельных переменных и элементов массива).

Для того, чтобы функция при обращении к ней могла принять массив, в списке параметров этой функции должно быть указано, что ожидается передача массива. Например, заголовок для функции modifyArray мог бы быть записан как

void modifyArray(int b[], int size)

Список параметров показывает, что функция modifyArray ожидает приема массива целых чисел в параметре b и числа элементов массива в параметре size. Размер массива в скобках в заголовке не требуется. При его указании компилятор его игнорирует. Поскольку массивы автоматически передаются путем имитации передачи параметра по ссылке, то, когда вызываемая функция использует имя массива Ь, она на самом деле ссылается на фактически существующий массив в вызывающей функции (массив hourlyTemperatures в предыдущем вызове). В главе 7 мы введем другие обозначения для указания того, что функция принимает массив. Мы увидим, что эти обозначения основаны на близкой связи между массивами и указателями в языке С.

Обратите внимание на необычный внешний вид прототипа функции modifyArray

void modifyArray (int int);

Этот прототип можно было бы записать в виде

void modifyArray(int anyArrayName[]z int anyVariableName);

однако, как мы узнали в главе 5, компилятор языка С игнорирует имена переменных в прототипах.

Хороший стиль программирования 6.6

Некоторые программисты включают имена переменных в прототипы функций для того, чтобы сделать программы более понятными. Компилятор игнорирует эти имена.

Не забывайте, что прототип сообщает компилятору о количестве параметров и типе каждого из них (в том порядке, в котором эти параметры будут передаваться).

В программе на рис. 6.13 показано различие между передачей целого массива и элемента массива. Сначала программа выводит пять элементов целочисленного массива а. Затем массив а и его размер передаются в функцию modify Array, в которой каждый элемент массива а умножается на 2. После этого в программе main происходит повторный вывод массива а. Как показывают выводимые данные, функция modify Array действительно изменила элементы массива а. Теперь программа выводит значение а[3] и передает его в функцию modifyElement. Функция modifyElement умножает свой параметр на 2 и выводит новое значение. Обратите внимание, что когда элемент а[3] повторно выводится в функции main, его значение остается прежним, поскольку отдельные элементы массива передаются по значению.

В ваших программах могут возникать ситуации, когда функция не должна изменять элементы массива. Поскольку массивы всегда передаются путем имитации передачи параметра по ссылке, модификация значений в массиве с трудом поддается контролю. Для предотвращения изменения в функции значений элементов массива в языке С предусмотрен специальный модификатор типа const. Когда параметру-массиву предшествует const, элементы массива становятся константами в теле функции и любая ее попытка изменить элемент массива приводит к ошибке времени компиляции. Это дает возможность программисту исправить программу таким образом, чтобы она не пыталась изменять элементы массива. Хотя модификатор const строго определен в стандарте ANSI, в различных системах С способы его поддержки различны.

/ * Передача в функцию массива и отдельного элемента массива * / iclude <stdio.h>

#define SIZE 5

void modifyArray(int [], int);/* выглядит необычно */

void modifyElement(int);

main () {

int a[SIZE] = {0, 1, 2, 3, 4}; int i;

printf("Effects of passing entire array call " "by reference: \n\nThe values of the " "original array are:\n");

for (i = 0; i <= SIZE - 1; i++) printf("%3d", a[i]);

printf ("\n");

modifyArray (a, SIZE); /* массив а передается по ссылке */ printf("The values of the modified array are: \n");

： for (i = 0; i <= SIZE - 1; i++) printf("%3d", a[i})；

Рис. 6.13. Передача в функцию массива и его отдельного элемента (часть 1 из 2)

printf("\n\n\nEffects of passing array element call " "by vaJ.ue : \n\nThe value of a [ 3 ] is %d\n", a[3]);

modifyElement (a [ 3 J );

printf("The value of a[3] is %d\n", a [3j);

return 0;

void modifyArray (int b[], inr size)

int j ;

for (j = 0; j size - 1;]十+) bljl *= 2;

void modifyElement(int e)

printf("Value in modifyElement is %d\n"r ㊀ *= 2);

Effects of passing entire array call by reference:

The

values

of

the

original array are

0

1

2

3

4

The

values

of

the

modified array are

0

2

4

6

8

Effects of passing array element call by value:

The value of a[3] is 6

Value in modifyElement is 12

The value of a[3] is 6

Рис. 6.13. Передача в функцию массива и его отдельного элемента (часть 2 из 2)

Рис. 6.14 демонстрирует описатель const. Функция tryToModifyArray определена с параметром const intb[], который указывает, что массив b йвля- ется константным и не может быть изменен. Результатом работы программы являются сообщения об ошибках (компилятор Borland C++). Каждая из трех попыток функции изменить элементы массива приводит к ошибке компилятора «Невозможно изменить константный объект». Модификатор const снова будет обсуждаться в главе 7.

Общее методическое замечание 6.3

К параметру-массиву в определении функции может применяться модификатор const, чтобы не допустить изменения в теле функции исходного массива. Это является еще одним примером принципа наименьших привилегий. Функциям не следует давать возможности изменять массивы, если только это не является совершенно необходимым.

/ * Демонстрация модификатора типа const * #include <stdio.h>

void tryToModifyArray(conat int []);

main ()

int a[]二{10, 20, 30};

tryToModifyArray(a);

printf("%d %d %d\n", a[0], a [ 1], a [2]);

return 0;

void tryToModifyArray(conat int b[]) {

b [ 0]/=2;/*ошибка*/

b [ 1]/=2;/*ошибка*/

bI 2]/-2;/*ошибка*/

Compiling FIG6_14.C:

Error Error Error

F工G6_14.C 16

F工G6二14.C 17

FIG6-14.С 18

: Cannot modify a const object : Cannot modify a const object

:Cannot

modify a const object

Warning FIG6_14

С

19: Parameter 'b‘

is never used

Рис. 6.14. Демонстрация модификатора типа const

Сортировка массивов

Сортировка данных (т.е. расположение данных в некотором специальном порядке, например, по возрастанию или убыванию) является одним из наиболее важных применений компьютера. Банк сортирует все чеки по номерам счетов, чтобы в конце каждого месяца можно было подготовить личные банковские декларации. Телефонные компании сортируют списки своих счетов по фамилиям и, внутри фамилий, по именам, чтобы облегчить поиск телефонных номеров. Практически каждой организации приходится сортировать какие-нибудь данные (и во многих случаях ——большие массивы данных). Сортировка данных представляет собой захватывающую проблему, требующую самых интенсивных усилий исследователей в области информатики. В этой главе мы обсудим, возможно, самую простую из известных схем сортировки. В упражнениях и в главе 12 мы исследуем более сложные схемы, которые являются намного более эффективными.

Совет по повышению эффективности 6.5

Часто наиболее простые алгоритмы работают плохо. Их достоинством является простота написания, тестирования и отладки. Однако для достижения максимальной эффективности часто требуются более сложные алгоритмы.

Программа на рис. 6.15 сортирует значения элементов десятиэлементного массива а в порядке их возрастания. Используемая нами методика называется

пузырьковой сортировкой или сортировкой погружением, поскольку меньшие значения, подобно воздушным пузырькам в воде, постепенно «всплывают» в верхнюю часть массива, в то время как большие значения опускаются вниз. Метод требует нескольких проходов по массиву. На каждом проходе сравниваются последовательные пары элементов. Если элементы расположены в возрастающем порядке (или если их значения совпадают), мы ничего не меняем. Если элементы пары расположены в убывающем порядке, их значения в массиве меняются местами.

/* Программа сортирует значения массива в порядке возрастания #include <stdio.h>

^define SIZE 10

main()

{

int a[SIZE] - {2, 6, 4, 8, 10, 12, 89， 68, 45, 37};

int i, pass, hold;

printf("Data items in original order\n");

for (i = 0; i <= SIZE - 1; i++) printf("%4d", a [ i]);

for (pass = 1; pass <= SIZE - 1; pass++)проходы */

for (i = 0; i <= SIZE - 2;工++)/* один проход */

одно сравнение */ одна перестановкаодно сравнение */ одна перестановкаif (a[i] > a[i + 1]) hold = a[i];

одно сравнение */ одна перестановка

одно сравнение */ одна перестановка

a [i] = a [i + 1 ];

a[i + 1] = hold;

printf (" \nData items in ascending order\n");

i + +)i + +)for (i = 0; i <= SIZE - 1 printf("%4d" a[i]);

i + +)

i + +)

printf("\n");

return 0;

Data2 Data2Data2 Data2items6items4items6items4in 4 in6in 4 in6original order8101289ascending order810 1237original order8101289ascending order810 1237686845454545373768688989

Data

2 Data

2

Data

2 Data

2

items6items4

items6items4

in 4 in

6

in 4 in

6

original order

8101289

ascending order

810 1237

original order

8101289

ascending order

810 1237

68

68

45

45

45

45

37

37

68

68

89

89

Рис. 6.15. Сортировка массива пузырьковым методом

Сначала программа сравнивает а[0] и а[1], потом а[1] и а[2], потом а[2] и а[3] и так далее, пока сравнение а[8] и а[9] не завершит проход. Обратите внимание, что хотя существует 10 элементов, выполняется только девять сравнений. Из-за способа проведения последовательных сравнений большое значение за один проход может переместиться в массиве на много позиций вниз, а небольшое значение может переместиться только на одну позицию вверх. За

первый проход самое большое значение гарантированно опускается в нижний элемент массива а[9]. За второй проход второе по величине значение гарантированно опускается в а[8]. За девятый проход девятое по величине значение оказывается в а[1]. В результате этого самое маленькое значение остается в а[0], так что для сортировки массива необходимо только девять проходов, даже если он состоит из десяти элементов.

Сортировка выполняется посредством вложенного цикла for. В случае необходимости перестановки она выполняется путем трех присваиваний

hold = а[i];

a [i] = a [i + 1 ];

а [i + 1] = hold;

где в дополнительной переменной hold временно хранится одно из двух обмениваемых значений. Перестановка не может быть выполнена только двумя присваиваниями

a[ij = a [i + 1]; + 1] =;

Если, например, a[i] равно 7 и a[i + 1] равно 5, то после первого присваивания оба значения будут равны 5 и значение 7 будет потеряно. Отсюда необходимость в дополнительной переменной hold.

Главным достоинством пузырьковой сортировки является то, что ее легко запрограммировать. Однако пузырьковая сортировка выполняется медленно. Это становится очевидным при сортировке больших массивов. В упражнениях мы разработаем более совершенные версии пузырьковой сортировки. В настоящее время уже разработаны гораздо более эффективные методы сортировки, чем пузырьковая. Позже мы исследуем некоторые из них. В углубленных курсах обучения программированию методы сортировки и поиска рассматриваются более полно.

Пример: вычисление среднего значения,медианы и наиболее вероятного значения сиспользованием массивов

Теперь рассмотрим более значительный пример. Компьютеры часто применяются для сбора и анализа результатов различных исследований и опросов общественного мнения. Программа на рис. 6.16 использует массив response, инициализированный 99-ю (см. символическую константу SIZE) ответами опроса. Каждый из ответов представлен числом от 1 до 9. Программа вычисляет среднее, медиану и наиболее вероятное из 99 значений.

Средним значением называется среднеарифметическое этих 99 значений. Функция mean вычисляет среднее значение путем суммирования 99 элементов и деления результата на 99.

Медианой называется «серединное значение». Функция median определяет медиану путем вызова функции bubbleSort для сортировки массива ответов в порядке возрастания и выбора среднего элемента answer[SIZE / 2] отсортированного массива. Имейте в виду, что в случае четного числа элементов медиана должна вычисляться как среднее значение двух «серединных» элементов. Функция median в настоящее время не обеспечивает такой возможности. Для вывода массива response вызывается функция printArray.

/* Эта программа производит анализ данных опроса.

Она вычисляет среднее значение, медиану и наиболее вероятное значение

Trinclude <sndio . h>

#define SIZE 99

void mean(int fl);

void median(in匸 [])；

void mode(in匸int [j )；

void bubbleSort(int []);

void printArray(int 口)；

main()

int frequency[10 j — (0}response [SIZE '二

5,

пю an(response);

median(response);

mode(frequency,response);

3, 9,

9, 5,

L 8, 9,

9, 8, 乙 8,",

9, 8,

2,

9, 6,

4, 2,

6, 1,

7, 8, 9, 9, 8, 7, 8, 3, 9, 8, 7,

8, 9, 7,

8,乙 9, 8,

8, 9,

3, 9, 4, 8,乙 8, 9, 5, 3, 8, 7,

5, 7, 8,

8, 9,

乙8,

9,

2,

6； 4；

7, 8,

5 / 6,

return 0;

void mean(int answer [])

int j, total = 0 ;

printf ("%s\n%s\n%s\n'\ "********'', " Mean", "*****

for (j = 0; j <^SIZE-1; j+ + ) total += answer [ j];

printf("The mean is the average value of the data\n "items. The mean is equal to the total of\n" "all the data items devided by the number \n "of data items (%d). The mean value for \n" "this run is : %d / %d = %.4f\n\n", SIZE, total, SIZE, (float) total / SIZE);

void median(int answer[])

printf ("\ri%s\n%s\n%s\n%sn.printf ("\ri%s\n%s\n%s\n%sn.

printf ("\ri%s\n%s\n%s\n%sn.

printf ("\ri%s\n%s\n%s\n%sn.

********4” Meann ”***■*■****"

The unsorted array of responses is");

printArray(answer);

bubblesort(answer);

printf(H\n\nThe sorted array is");

printArray(answer);

printf("\n\nThe median is element %d of \n" "the sorted %d element array.\n" "For this run the median is %d\n\n", SIZE / 2, SIZE, answer[SIZE / 2j)；

void mode(inn freq[1, int answer[1)

int rating, h, largest^O, modeValue^O;

printf("\n%s\n%s\n%s\n'\ и Mode"”**★★★***”)•

for (rating^l; rating <= 9; rating++) freq[rating] = 0;

for (j-0; j <= SIZE-1; j十+ ) ++freq[answer[j]];

printf("%s%lls%19s\n\n%54s\n%54s\n\n", "Response","Frequency","Histogram", "1122", "50505");

for (rating=l; rating <= 9; rating++) {

printf("%8d%lld”， rating, freq[rating^);

if (freq(rating) > largest) {largest = freq[rating];

modeValue = rating;

for (h h <= freq[rating]; h++) printf ("*'*);

printf("\n");

}

printf("The mode is the most frequent value.\n" "For this run the mode is %d which occured" " %d times.\n", modeValue, largest);

}

void bubbleSort (int a[])

{

int pass, j, hold;

for (pass=l; pass <= SIZE-1; pass++)

for (j =0; j <= SIZE-2; j+ + )

if (a[j] > a[j+l]) {

hold = а[j ];

а ⑴=a(j + l];

a [ j +1] = hold;

void prinrArray (int a[])

in匸 j ;

for (j=0; j <= SIZE-1; j + + ) { id (j % 20 == 0)

printf ("\n");

printf("%2d"z a [ j]);

Рис. 6.16. Программа анализа данных опроса (часть 3 из 3)

Наиболее вероятным значением называется значение, которое наиболее часто встречается среди 99 ответов. Функция mode определяет наиболее вероятное значение путем подсчета числа ответов каждого типа и выбора из них значения с наибольшей суммой. Эта версия функции mode не обрабатывает случай нескольких равных сумм (см. упражнение 6.14). Функция строит также гистограмму для помощи в определении наиболее вероятного значения графически. На рис. 6.17 содержится пробный прогон этой программы. Этот пример включает в себя большинство стандартных методик, обычно требующихся в задачах, связанных с массивами, в том числе передачу массива в функцию.

★★★★★★★★

Mean

★★★★★★★★

The mean is the average value of the data items. The Mean is equal to the total of all the data items divided byy the number of data items (99). The mean value for this run is: 681 / 99 = 6.8788

★★★★★★★★

Median

★★★★★★★★

The unsorted

6 7 8 9 8 7

6 7 8 9 3 9

6 7 8 7 8 7

5 6 7 2 5 3

7 4 4 2 5 3

array 8 9 8

8 7 8 9 8 9

9 4 6 8 7 5

of responses is

9 7 8

7 7 8

2 7 8

4 7 8

6 4 5

95987

98989

98989

96878

6 16 5 7

8 7

7 8

7 5

9 7

8 7

8

9

3

8

The sorted 1 2 2 2 3 5 6 6 6 6 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9

array

3 3 3

6 6 6

7 7 7

8 8 8

9 9 9

4 4

6 6

7 7

8 8

9 9

4 4

7 7

7 7

8 8

9 9

4 5

7 7

7 8

8 8

9 9

5

7

8

8

9

5 5 5 5

7 7 7 7

8 8 8 8

8 8 8 8

9 9 9 9

5

7

8

8

123456789123456789The modeFor thisThe modeFor thisis the most frequent value.run the mode is 8 which occurred 27 times.is the most frequent value.run the mode is 8 which occurred 27 times.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

The mode

For this

The mode

For this

is the most frequent value.

run the mode is 8 which occurred 27 times.

is the most frequent value.

run the mode is 8 which occurred 27 times.

The median is element 49 of the sorted 99 element array.

For this run the median is 7

★★★★★★★★

Mode

Response Frequency

1

3

4

5

8

9

23

27

19

Histogram 1122

50505

★ ★

★ * *

★ ★ ★ ★

★★★★★★★★

★★★★★★★★★ ★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★ ★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★ ★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

Рис, 6.17. Пример выполнения программы анализа данных опроса (часть 2 из 2)

Поиск в массивах

Программисту часто приходится работать с большими объемами данных, хранимых в массивах. Может оказаться необходимым определить, содержит ли массив элемент, соответствующий некоторому ключевому значению. Процесс нахождения определенного элемента массива называется поиском. В этом разделе мы обсудим два метода поиска ——простой метод линейного поиска (или последовательного перебора) и более эффективный метод двоичного поиска. В упражнениях 6.34 и 6.35 в конце этой главы вам будет предложено реализовать версии линейного и двоичного поиска с помощью рекурсии.

При линейном поиске (рис. 6.18) происходит сравнение каждого элемента массива с ключом поиска. Поскольку массив не упорядочен особым образом, вероятность нахождения требуемого значения в первом и в последнем элементах массива одинакова. Таким образом, в среднем программа должна будет сравнить ключ поиска с половиной элементов массива.

Метод линейного поиска хорошо работает для небольших или несортированных массивов. Однако для больших массивов он неэффективен. В случае сортированного массива может быть использован высокоскоростной метод двоичного поиска.

При двоичном алгоритме поиска после каждого сравнения исключается половина элементов массива, в котором проводится поиск. Алгоритм находит средний элемент массива и сравнивает его с ключом поиска. Если они равны, ключ поиска считается найденным и возвращается индекс этого элемента. Если они не равны, задача упрощается до поиска в одной половине массива.

Если ключ поиска меньше среднего элемента массива, поиск производится в первой половине массива, в противном случае поиск производится во второй половине. Если ключ поиска в указанном подмассиве (части первоначаль-

ного массива) не найден, алгоритм повторяется для четверти массива. Поиск продолжается до тех пор, пока ключ не окажется равен среднему элементу подмассива или пока подмассив не будет состоять из одного элемента, не равного ключу (это означает, что ключ поиска не найден).

/* Последовательный перебор массива

#include <stdio.h>

^define SIZE 100

int linearSearch(int [], int, int);

main()

int a [SIZE], x, searchKey, element;

for (x = 0; x 《二 SIZE - 1; x++) /* порождает какие-то данные a [х] - 2 * x;

printf("Enter integer search key:\n");

scanf("%d", &searchKey);

element = int linearSearch(аЛ searchKey, SIZE);

if (element != -1)

printf("Found value in element %d\n", element);

else

printf("Value not found\n");

return 0;

int linearSearch (int array[], int key, int size) int n;

for (n = 0; n <= size - 1; n++) if (array[nj == key)

return n;

return ~1

Enter integer search key: 36

Found value in element 18

Enter integer search key: 3*7

Value not found

Рис. 6.18. Последовательный перебор массива

В наихудшем случае двоичный поиск в массиве из 1024 элементов потребует только 10 сравнений. Последовательное деление 1024 на 2 дает значения 512, 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 и 1. Число 1024 (210) до получения значения, равного 1, делится на 2 только десять раз. Деление на 2 соответствует одному сравнению в алгоритме двоичного поиска. Чтобы найти ключ в массиве из 1048576 (220) элементов, потребуется максимум 20 сравнений. В массиве из

миляиарда элементов потребуется максимум 30 сравнений. Это является огромным увеличением эффективности в сравнении с последовательным перебором, который требует в среднем сравнения ключа поиска с половиной элементов массива. Для массива из миллиарда элементов разница между 500 миллионами сравнений (в среднем) и максимум 30 сравнениями очевидна! Максимальное число сравнений для любого массива можно определить путем нахождения первой степени 2, превосходящей число элементов в массиве.

На рис. 6.19 представлена итеративная версия функции binarySearch. Функция принимает четыре параметра ——целочисленный массив Ь, целочисленную переменную searchKey, индекс массива low и индекс массива high. Если ключ поиска не соответствует среднему элементу подмассива, один из индексов low или high изменяется таким образом, чтобы поиск можно было проводить в меньшем подмассиве. Если ключ меньше среднего элемента, индексу high присваивается значение middle - 1 и поиск продолжается для элементов от low до middle - 1. Если ключ больше среднего элемента, индексу low присваивается значение middle + 1 и поиск продолжается для элементов от middle + 1 до high. В программе используется массив из 15 элементов. Первая степень 2, превосходящая число элементов в этом массиве, равна 16 (24), поэтому для нахождения ключа потребуется максимум 4 сравнения. В программе используются функции printHeader для вывода индексов массива и printRow для вывода каждого подмассива, возникающего в процессе двоичного поиска. Средний элемент в каждом подмассиве отмечен звездочкой (*), указывающей на элемент, с которым сравнивается ключ поиска.

/* Двоичный поиск в массиве */

#include <stdio.h>fine SIZE 15

int binarysearch (int [], int, int, int); ..d printHeader(void);

d printRow (int [], int, int, int);'

n ()

{

int a[SIZE], i, key, result;

for (i = 0; i <= SIZE - 1; i+十) a [i] = 2 * i;

printf("Enter a number between 0 and 28:"); scanf("%d", &key);

printHeader();

result = binarySearch(a, key, 0, SIZE - 1);

if (result != -1)

printf("\n%d found in array element %d\n", key, result); else

printf("\n%d not found\n" , key);

return 0;

辎}

int binarysearch (int b [ ], int searchKey, int low, int high) int middle;

while (low high) {

middle = (low + high) / 2;

printRow(b, low, middle, high);

if (searchKeyb[middle])

return middle;

else if (searchKey < b[middle])

high = middle - 1;

else

low 二 middle + 1;

return -1;/* ключ поиска не найден

/" Печатает заголовок для выводимых данных */ void printHeader(void)

int i;

printf("\nSubscripts:\n");

for (i - 0; i <- SIZE ~ 1; i++) printf("%3d ", i);

printf("\n")；

for (i = 1; i <= 4 * SIZE; i十+) printf ("-");

printf ( ”\n ”)； }

/* Выводит строку данных7 показывающих часть массива, обрабатываемую в настоящее время. */

void prin uRovj (int b [ ] , int low, int mid, int high)

int i;

for (i = 0; i <= SIZE - 1; i++)

if (i < low I 〕 i > high) printf("");

else if (i == mid)

printf(”％3d*3 b[iD；/* отмечает среднее значение

else

printf("%3d ”, b[i]);

printf(”\n");

Enter a number between 0 and 28: 25 Subscripts:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0

2

4

6

8

10

12

14*

16

18

20

22

24

26

28

16

18

20

22*

24

26

28

2426* 28

24*

25 not found

Enter a number between 0 and 28: 8 Subscripts:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0

2

4

6

8

10

12

14*

16

18

20

22

24

26

28

0

2

4

6*

8

10

12

8

10*

12

8*

8 found in array element 4

Enter a number between 0 and 28: 6 Subscripts:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0

2

4

6

8

10

12

14*

16

18

20

22

24

26

28

0

2

4

6*

8

10

12

6 found in array element 3

Рис. 6.19. Двоичный поиск в сортированном массиве (часть 3 из 3)

Многомерные массивы

Массивы в С могут иметь несколько индексов. Многомерные массивы часто применяются для представления таблиц, состоящих из значений, упорядоченных по строкам и столбцам. Для идентификации конкретного элемента таблицы мы должны указать два индекса: первый, идентифицирующий (по соглашению) строку элемента, и второй, идентифицирующий столбец. Таблицы, или массивы, требующие двух индексов для идентификации данного элемента, называются двумерными массивами. Обратите внимание, что многомерные массивы могут иметь более двух индексов. Стандартом ANSI установлено, что система ANSI С должна поддерживать по крайней мере 12 индексов массива.

Рис. 6.20 иллюстрирует двумерный массив а. Массив содержит три строки и четыре столбца, поэтому говорят, что это массив 3 на 4. В общем случае, массив с m строками и п столбцами называется массивом ш на п.

На рис. 6.20 каждый элемент массива а идентифицируется как a[i][j]; здесь а имя массива, i и j его индексы, которые однозначно определяют каждый элемент в массиве а. Обратите внимание, что у всех элементов первой строки массива первый индекс равен О; у всех элементов четвертого столбца массива второй индекс равен 3.

Столбец 0

Столбец 1

Столбец 2

Столбец 3

Строка 0

а[0][0]

а[0][1]

а[0] [2]

а[0]⑶

Строка 1

а[1] [0]

а[1][1]

а[1][2]

а[1]⑶

Строка 2

а[2] [0]

а[2] [1]

а[2] [2]

а[2] [3]

—

Индекс столбца Индекс строки Имя массива

Рис. 6.20. Двумерный массив с тремя строками и четырьмя столбцами

Распространенная ошибка программирования 6.9

Неправильная ссылка на элемент двумерного массива а[х][у] в виде а[х,у].

Многомерный массив, подобно одномерному, может быть инициализирован при его объявлении. Например, двумерный массив Ь[2][2] может быть объявлен и инициализирован посредством

int b[2][2] = {{1, 2}, {3, 4}};

Значения группируются в фигурных скобках по строкам. Таким образом, 1 и 2 инициализируют Ь[0][0] и Ь[0][1], 3 и 4 инициализируют Ь[1][0] и Ь[1][1]. Если для данной строки недостаточно инициализирующих значений, оставшиеся ее элементы инициализируются нулями. Таким образом, объявление

int b[2] [2] = { {1}, {3,4}};

инициализировало бы Ь[0][0] единицей, Ь[0][1] нулем, Ь[1][0] тройкой и Ь[1][1] четверкой.

Рис. 6.21 демонстрирует инициализацию двумерных массивов при их объявлении. В программе объявляются три массива с двумя строками и тремя столбцами (каждый состоит из шести элементов). Объявление массива arrayl предусматривает шесть инициализирующих значений в двух подсписках. Первый подсписок инициализирует первую строку массива значениями 1, 2 и 3; второй подсписок инициализирует вторую строку массива значениями 4, 5 и 6. Если из списка инициализирующих значений массива arrayl убрать фигурные скобки, в которые заключен каждый подсписок, компилятор автоматически проинициализирует элементы первой строки, а затем элементы второй строки. Объявление массива аггау2 предусматривает пять инициализирующих значений. Инициализирующие значения присваиваются сначала первой строке, затем второй строке. Все элементы, для которых нет явного инициализирующего значения, автоматически инициализируются нулями, поэтому аггау2[1][2] инициализирован 0. Объявление массива аггауЗ предусматривает три инициализирующих значения в двух подсписках. Подсписок для первой строки явно инициализирует первые два элемента первой строки единицей и двойкой. Третий элемент автоматически инициализируется нулем. Под-

список для второй строки явно инициализирует первый элемент четверкой. Последние два элемента автоматически инициализируются нулями.

/* Инициализация многомерного массива */ #include <stdio.h>

void printArray(int [][31)；

main ()

int arrayl[2 j ⑶ = array2〔2] [3] = { 1 аггауЗ[2][3j = { {

:{丄

,2, 3,

1, 2},

2,

4, {4}

3}, 5 } }；

{4, 5, 6}

printf("Values in printArray{arrayl)

arrayl

by

row

are:\n");

printf("Values in

printArray(array2)

array2

by

row

are:\n");

printf("Values in printArray(аггауЗ)

аггауЗ

by

row

are:\n");

return 0;

void printArray(int a[][3])

for (i = 0; i <= 1; i++) {

2； j++) a[i] [j]);2； j++) a[i] [j]);for (j = 0; j <= printf("%d ",

2； j++) a[i] [j]);

2； j++) a[i] [j]);

printf(”\n”);

Values 12 3

in

arrayl

by

row

are

4 5 6 Values 12 3

in

array2

by

row

are

4 5 0 Values 12 0 4 0 0

in

аггауЗ

by

row

are