Язык программирования С 2

ЯЗЫК

ПРОГРАММИРОВАНИЯ

С++

Балашиха 2010

1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРОГРАММЫ

1.1. Изучаемая версия языка

Существует большое количество версий языка Си. Мы будем изучать язык Турбо Си 2.0 фирмы Borland. При желании можно пользоваться версиями Турбо С++ 3.0 или BorlandC++ 3.1. Для самостоятельной работы с этим языком программирования рекомендуется книга [3], в которой рассматривается версия языка Си фирмы Borland.

1.2. Программа «HelloWorld»

1.2.1. Пример 1.1

Основные элементы рассмотрим на примере простейшей программы, предложенной ее создателем Денисом Ритчи [1]. При вводе программы необходимо точно соблюдать ее синтаксис, а именно:

– вводить программу строчными буквами;

– некоторые строки программы заканчиваются символом точка с запятой.

Листинг 1.1

/* Программа `Привет мир!` */

#include <stdio.h> /* подключение файла библиотеки */

voidmain(void) /* главная функция */

{ /* начало блока */

printf(“Helloworld!n”); /* вывод на экран сообщения */

} /* конец блока */

Рассмотрим основные элементы программы.

1.2.2. Комментарии

Комментарий начинается с символов /* и заканчивается теми же символами, идущими в обратном порядке */. Они служат для ввода пояснений в программе. Например, строка

/* главная функция */

представляет собой комментарий. При запуске программы комментарии компилятором языка игнорируются.

Обычно принято начинать программу с комментария, в котором указано назначение программы. В комментарии можно использовать любые символы, в том числе и символы русского алфавита. Каждый комментарий может занимать строку программы целиком, часть ее или несколько строк. Например, допустим следующий вариант:

/* Это

просто

строка

комментария */

1.2.3. Заголовочные файлы

Вначале содержательной части программы на языке Си всегда используются так называемые «директивы препроцессора», начинающиеся с символа #. В данной программе используется строка

#include <stdio.h>

которая означает, что необходимо подключить заголовочный файл «stdio.h». Это позволяет использовать в программе библиотеку стандартного ввода-вывода, а именно, в данной программе используется функция стандартного вывода данных на экран printf().

При использовании в программе функций из других библиотек для подключения последних необходимо включить соответствующий файл. В программах наиболее часто будут встречаться следующие заголовочные файлы:

При необходимости использования функций из нескольких библиотек в начале программы указываются все требуемые заголовочные файлы. Например, при использовании математических функций, функций стандартного и консольного ввода-вывода в заголовке программы записываются следующие строки:

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

#include <math.h>

1.2.4. Главная функция

Листинг программы на Си содержит одну или несколько функций. Обязательным является использование главной функции – функции main(). Строка описания главной функции в приведенной программе содержит ключевое слово void. Это означает, что после окончания функции ничего не возвращается. В общем виде описание каждой функции, в том числе и функции main(), имеет следующий синтаксис (символы русского алфавита и знаки < и > используются только для пояснения):

<ТипВозвращаемогоЗначения> <ИмяФункции> (<СписокФормальныхПеременных>)

где <ТипВозвращаемогоЗначения> – результат исполнения функции, точнее тип возвращаемого значения переменной (допустимо использовать разрешенные типы, например, void, int, float и т.д.);

<ИмяФункции> – идентификатор (имя) функции;

<СписокФормальныхПеременных> – перечень типов и идентификаторов формальных переменных.

Чтобы стала понятной эта форма описания функции, приведем запись функции в естественной математической форме:

y = sin ( x )

ТипВозвращаемогоЗначения ИмяФункции СписокФормальныхПеременных

В рассматриваемом примере программы «HelloWorld!» строка описания заголовка функции

voidmain(void)

означает, что имя функции main, список формальных параметров отсутствует и после ее завершения ничего не возвращается.

1.2.5. Начало и конец функции или блока

Любая функция на языке содержит «тело» – список операторов, которые выполняются при ее вызове. Принадлежность операторов данной функции определяется символами открывающей фигурной скобки { и закрывающей скобки }. В общем случае эти символы начала и конца блока можно использовать не только для функций, но и для операторов управления, позволяющих изменить ход исполнения программы: операторов if, switch, for, while , do-while.

1.2.6. Вывод на экран сообщения

Для вывода данных на экран в языке Си имеется достаточно большое количество средств. Наиболее часто используется функция printf() из стандартной библиотеки ввода-вывода. В простейшем случае, как в приведенном примере, эта функция содержит только один параметр – строку, начинающуюся и завершающуюся символом двойной кавычки ″…″. Все, что заключено внутри строки, выводится на экран при исполнении программы. Содержимое строки может быть записано как на латинском, так и на русском языке.

Помимо обычного текста в строке можно указать специальные символы, позволяющие вывести значения переменных, выполнить перевод строки, горизонтальную табуляцию, подать звуковой сигнал и т.д. Специальный символ начинается с символа обратного слеша, например:

n – перевод строки;

t – горизонтальная табуляция (перенос курсора вправо на несколько позиций);

а – подача звукового сигнала.

Количество и последовательность специальных символов не ограничивается. Например, вызов функции

printf(“ЭтаntПростоnttСтрокаn”);

позволит вывести на экран сообщение в нескольких строках со смещением в каждой новой строке:

Эта

Просто

Строка

В рассматриваемом примере программы на экран выводится сообщение “Helloworld!” и курсор переводится на новую строку.

Следует отметить еще одну важную деталь – практически все операторы внутри функции заканчиваются символами точка с запятой, операторы вне функций обычно записываются без этих символов.

1.2.7. Запуск программы на компиляцию, компоновку и исполнение

После записи в редакторе языка программы для ее запуска необходимо выполнить следующую последовательность действий:

1) нажать клавишу F2 и ввести имя файла – при этом выполняется сохранение файла на диске (расширение «*.c» указывать необязательно);

2) нажать клавиши ALT-F9 – запустить программу на компиляцию, при этом проверяется синтаксис написания программы. После компиляции на экране появляется окно компилятора (рис. 1.1), содержащее информацию об ошибках и предупреждениях.

Рис. 1.1. Компиляция программы

Если программа написана без ошибок, то можно выполнять дальнейшие действия (в строках Errors и Warning окна компилятора должны стоять цифры 0);

3) нажать клавиши Ctrl-F9 – запустить компоновщик программы и при нулевом количестве ошибок программа запускается на исполнение (компоновщик подключает библиотечные файлы);

4) нажать клавиши Alt-F5 – окно просмотра исполнения программы.

После выполнения всех этих операций с рассматриваемой программой «HelloWorld!» на экране появится результат – выполнится вывод сообщения:

Helloworld!

1.3. Программа ввода данных и вывода суммы

1.3.1. Пример 1.2

Усложним программу: необходимо ввести с клавиатуры два целых чисел и результат вывести на экран.

Листинг 1.2

/* Расчет суммы двух чисел */

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

main()

{

inta,b,c; /* объявление трех целых переменных */

clrscr(); /* очистка экрана */

printf(“Введите два целых числа:n”);

scanf(“%d%d”,&a,&b); /* ввод с клавиатуры двух переменных */

c=a+b; /* выполнение арифметической операции */

printf(“Сумма чисел равна: %dn”,c);

/* вывод результата */

getch(); /* ожидание нажатия любой клавиши */

}

Рассмотрим только новые элементы программы.

1.3.2. Подключение библиотеки консольного ввода – вывода выполняется строкой

#include <conio.h>

Эта библиотека необходима для использования двух новых функций: очистки экрана вначале программы

clrscr();

и ожидания нажатия любой клавиши после ее завершения

getch();

Кроме всего библиотека <conio.h> используется для ввода–вывода данных в указанное место на экране, с заданными атрибутами (цветом фона и символов).

1.3.3. Объявление трех переменных целого типа выполняется строкой

inta,b,c;

После этого в программе можно использовать переменные с именами a, b и c. Все переменные, которые будут использоваться в программе, написанной на языке Си, должны быть обязательно объявлены. Объявление переменных выполняется сразу после открывающей фигурной скобки и определяет имя переменной и её тип. К основным типам переменных относятся переменные типа символ (обозначаются ключевым словом ‘char’), целое число (ключевое слово ‘int’), типа вещественное число (ключевое слово ‘float’). В данном примере используются три целые переменные, поэтому применяется ключевое слово ‘int’, а сами переменные перечисляются через запятую. В конце строки обязательно используется точка с запятой, означающая конец объявления переменных.

1.3.4. Форматированный ввод значений переменных с клавиатуры

Выполняется функцией форматированного ввода scanf(). Первый параметр функции является строкой “%d%d”, содержащей, так называемые, спецификации формата ввода переменных. Спецификация начинается с символа %, за которым следует код формата, например, формат для целого числа представляет собой последовательность символов %d. В данном примере строка определяет ввод двух целых переменных. Остальные параметры функции scanf() определяют адреса вводимых переменных, т.е. каким переменным будут присвоены введенные значения. При указании адреса переменной на языке Си перед ее именем устанавливается знак & конъюнкции.

1.3.4. Вычисление значения переменной

Вычисление в выражении

c=a+b;

выполняется в два этапа: вначале находится сумма значений переменных а и b, затем результат присваивается переменной с. Операция суммирования двух переменных, также как и остальные операторы в теле функции main(), заканчивается точкой с запятой.

1.3.5. Форматированный вывод на экран

В строке “Сумма чисел равна: %dn”, используемой в функции форматированного вывода printf() помимо простого сообщения содержится спецификация формата вывода на экран значения целой переменной. Однако, в отличие от функции scanf(), в функции printf() после строки идет перечень имен переменных, а не их адресов.

1.3.6. Исполнение программы

После ввода программы, ее компиляции, компоновки и запуска на исполнение на чистом экране появится сообщение “Введите два целых числа:”. После этого необходимо будет ввести два целых числа. Пример выполнения программы приведен ниже:

Введите два целых числа:

10

13

Сумма чисел равна: 23

1.4. Интегрированная среда разработки программ

1.4.1. Окно редактора

При работе с программой Турбо Си все средства разработки программы, а именно, редактирование, компиляция, компоновка, отладка программы, находятся под рукой. Эти средства называются интегрированной средой разработки (оболочкой программы). На рис. 1.2 представлена интегрированная среда с набранной программой «Привет мир!».

Строка меню позволяет выполнить команды интегрированной среды, такие как сохранение и загрузка файла, компиляция, создание файла проекта и т.д. В рабочей области выполняются операции редактирования программы, выводятся сообщения о компиляции, компоновке и отладчике. В верхней части рабочей области в режиме редактирования приводится строка состояния, содержащая координаты текущего положения курсора в файле (Line, Col – номера строки и столбца), режим вставки/замещения символов (Insert – режим вставки). В конце этой строки приводится имя редактируемого файла.

Рис. 1.2. Интегрированная среда разработки

1.4.2. Пункты меню интегрированной среды

Вход в меню среды разработки выполняется нажатием клавиши F10. Состав и назначение пунктов меню интегрированной среды разработки представлено в табл. 1.1.

Пункты меню интегрированной среды разработки

Таблица 1.1

1.4.3. Основные команды среды разработки (горячие клавиши)

Приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Примечание: Символ ‘^’ обозначает клавишу ‘CTRL’

1.5. Общие требования при написании и оформлении программ

1.5.1. В программах обязательно должны быть следующие элементы:

– комментарии;

– название программы;

– очистка экрана в начале программы, ожидание нажатия клавиши в конце;

– при использовании операторов управления подчиненные операторы записывать со сдвигом вправо.

1.5.2. Отчет по каждой задаче должен содержать:

– исходное условие;

– листинг программы (сама программа на языке СИ);

– алгоритм исполнения программы (если размер исходного текста программы превышает одну страницу, то можно показывать на блок-схеме сгруппированные операторы, но операторы управления должны быть показаны все);

– экран исполнения программы (как мы увидим один из возможных вариантов исполнения программы на экране).

1.6. Задания для решения

1.6.1. Напишите программу, в которой на экран выводятся фамилия, имя, отчество, при этом каждое слово выводится с новой строки.

1.6.2. Измените предыдущую программу таким образом, чтобы текст выводился в центре экрана (в текстовом режиме экран содержит 25 строк, 80 столбцов).

1.6.3. Напишите программу возведения целого числа в квадрат: с клавиатуры вводится целое число, это число умножается само на себя и на экран выводится результат.

1.6.4. Напишите программу расчета суммарного сопротивления параллельно соединенных двух (или трех) сопротивлений (вводятся целые значения сопротивлений, рассчитывается и выдается на экран суммарное значение). Экран исполнения программы должен быть примерно такой:

Введите R1: __

Введите R2: __

Суммарное сопротивление R1||R2: __

1.6.5. По введенным с клавиатуры значениям сопротивления R и приложенного напряжения U программа рассчитывает ток I, протекающий через сопротивление и мощность P, выделяемую на нем. Экран исполнения программы должен быть примерно такой:

Введите R= __

Введите U= __

Расчет тока и мощности:

Ток I= __

Мощность P= __

1.6.6. На основе листинга 1.2 составьте программу, которая выдает одновременно результат деления двух целых чисел (операция '/') и остаток от деления двух целых чисел (операция '%'). Выполните анализ полученной программы – выводится ли дробная часть числа, выполняется ли округление, делятся ли отрицательные числа, делятся ли вещественные числа?

1.6.7. Модифицируйте предыдущую программу для деления вещественных чисел (смените тип данных – вместо int установите float, и спецификации формата – вместо %d установите %f). Выполните анализ полученных при делении чисел – выводится ли дробная часть числа, делятся ли отрицательные числа, делятся ли целые числа?

1.6.8. Напишите программу для ввода комплексного числа в алгебраической форме: вещественной и мнимой частей, и вывода в показательной форме: модуля и аргумента комплексного числа.

Рекомендации при составлении программы. Для использования математических функций (гармонических, показательных, логарифмических и т.д.) в программы на языке Си включается файл <math.h>. Перечень всех математических функций и их описанием можно просмотреть используя контекстную помощь (нажать клавиши Ctrl+F1 на имени включаемого файла <math.h>). Для написания заданной программы необходимо: использовать функцию квадратного корня (функция sqrt). Для ввода вещественных чисел смените тип данных – вместо int установите float, и спецификации формата – вместо %d установите %f).

2. ПЕРЕМЕННЫЕ И КОНСТАНТЫ

Любая программа обрабатывает информацию или данные, в программе можно использовать переменные и константы. Как понятно из названия переменные во время исполнения программы могут изменять свои значения. Эти значения могут изменяться в определенном диапазоне в соответствии с заданным типом данных. Термин константа в общем случае относится к данным, которые не могут быть изменены во время исполнения программы.

2.1. Типы данных

В языке Си можно использовать различные типы данных для хранения и обработки информации. Данные каждого типа могут принимать значения в некотором заранее известном диапазоне. В памяти они занимают определенное количество байт. Таким образом, тип данных - это способ хранения информации в памяти.

В зависимости от реализации языка Си размер и диапазон изменения значений различных типов может меняться. В языке Турбо Си основными типами являются целые числа и вещественные (действительные) числа, иногда называемые числами с плавающей запятой. В таблице 2.1 приведены основные типы данных, доступных для языка ТС.

Основные типы данных языка ТС

Таблица 2.1

Типы данных char, intulong являются типами для хранения целых чисел. Действительно любой символ связан с целым числом – кодом этого символа по так называемой таблице символов ASCII. Этот символ необходим для идентификации нажатой на клавиатуре клавиши или при выводе на принтер.

Различие между целыми типами данных со знаком и без него (модификатор unsigned) состоит в том, как преобразуется старший бит целого числа. Для знакового числа старший бит определяет знак числа - если си равен нулю - число положительное, если равен единице - число отрицательное-

Типы float, double и longdouble являются типами данных для представления чисел с плавающей запятой.

2.2. Переменные

Переменная - это область памяти, имеющая имя и предназначенная для хранения меняющихся данных определенного типа,

Прежде чем использовать переменную в программе, необходимо объявить её. Для этого указывается тип данных, а затем имя переменной. В общем виде объявление переменной выполняется таким образом:

<ТипДанных> <ИмяПеременной>;

Например,

inti; /* объявление целой переменной i */

intj,n=5,k1,k2; /* объявление 4 целых переменных,

инициализация одной из них */

longg=10; /* объявление переменной g типа длинное целое и инициализация её началь­ным значением 10*/

floata, b=3.14, с;/* объявление 3 вещест­венных переменных а, b, с, инициализация начально­го значения b */

k1=2*n+1;

k2=3*j;

Как видно из примера, в одной строке можно объявить сразу несколько переменных одного типа. Имена (идентификаторы) переменных перечисляются через запятую. Объявление переменных должно заканчиваться точкой с запятой.

Вместе с объявлением переменной, ей можно присвоить начальное значение - этот процесс называется инициализацией. Переменные, которые объявлены, но не инициализированы, содержат случайные значения. Так, в выше приведенном примере после объявления переменных выполнены расчеты значений переменных k1 и k2. После расчета k1 будет иметь определенное значение и равно 11, значение же переменной k2 произвольное, так как в выражении значение переменной j неопределенно.

2.3. Имена переменных

Идентификаторы могут содержать буквы верхнего и нижнего регистров латинского алфавита:

A, B, C, ..., Z, a, b, c, ..., z ,

символ подчеркивания:

_

а также цифры:

0, 1, 2 ..., 9.

Нельзя в имени использовать русские буквы, специальные символы, знаки препинания, пробелы. Обязательным также является следующее условие: имя не должно начинаться с цифры.

Максимально допустимая длина имени переменной различается в зависимости от реализации языка. Язык ТС различает первые 32 символа имени переменной, хотя длина может быть и большей. Еще одной особенностью является то, что имена переменных, написанные строчными и прописными буквами, определяются компилятором ТС как различные, например идентификаторы:

NUM Num num

определяют три различные переменные. При написании программ на языке Си стараются придерживаться следующего правила объявления имен переменных - имя записывается с использованием строчных букв (в отличие от констант, записываемых прописными буквами). Это облегчает чтение и понимание программ. Ниже приведены варианты правильно записанных и неверных именах переменных

Два последних примера неправильных имен показывают, что нельзя в именах использовать ключевые слова языка ( if) и названия функций ( printf).

Кроме этого, хорошим стилем написания программы считается использование понятных имен переменных. Например, если в программе используется переменная «режим экрана», то можно конечно использовать имя m или r, но более наглядным будет имя mode_screen или rejim_ekran. К тому же при объявлении переменных желательно использовать в тексте программы комментарии, раскрывающие назначение введенных переменных.

2.4. Локальные и глобальные переменные. Область видимости переменной

В языке Си имеет очень важное значение имеет место в программе, в котором происходит объявление переменной. Это определяет область существования переменной (эту область называют областью видимости). Программа не будет компилироваться, если не описать все используемые переменные.

Различают локальные и глобальные переменные. Локальные переменные существуют и в теле функции или оператора управления. Локальные переменные на языке Си (но не С++) объявляются в начале блока – после открывающей фигурной скобки. Только после этого можно использовать их имена в выражениях и операторах. Область видимости локальной переменной – до соответствующей закрывающей фигурной скобки.

Глобальные переменные объявляются вне функций и существуют от точки объявления до конца программы. Соответственно, значение глобальной переменной можно использовать во любом месте программы.

Рассмотрим пример

#include <stdio.h>

inti=1; /* объявление и инициализация глобальной переменной */

floatf; /* объявление глобальной переменной */

voidfun(void); /* прототип функции пользователя */

void main(void)

{

intk,n; /* объявление локальных переменных */

floatg1; /* объявление локальной переменной */

...

}

voidfun(void) /* описание функции пользователя */

{

intj=5; /* объявление локальной переменной */

charch; /* объявление локальной переменной */

...

}

В программе объявлены глобальные и локальные переменные, а также помимо функции main() используется подпрограмма fun(). Глобальные переменные i и fможно использовать в обеих функциях. Значения локальных переменных r, n и g1 можно использовать только в теле функции main(), а переменных j и ch – в теле функции fun().

2.5. Константы

В языке Си представляют собой постоянные параметры, константы, которые не изменяются в ходе исполнения программ. Константы могут быть для любого типа данных. Примеры констант приведены в табл. 2.2.

Пример констант различных типов данных

Таблица 2.2.

2.5.1. Константы типа символ

Можно задавать в двух формах в виде отдельного символа, который записывается в одиночных кавычках ('А ') или в виде целого числа (55). При этом необходимо помнить, что константы, например, '0' и 0 описывают различные данные.

В языке Си существуют символьные константы, обозначающие специальные управляющие символы, такие как: перевод строки, звуковой сигнал, горизонтальная табуляция. Эти символы нельзя ввести с клавиатуры. Для их использования вначале записывается символ '' – обратный слеш. Например, символ, означающий перевод строки, описывается так: 'n', горизонтальная табуляция – 't'. Перечень основных специальных символов приведен в таблице 2.3.

Специальные символы

Таблица 2.3.