Оекция. Лекция_5-6_ТП. Лекция 5. Введение в язык С. Структура и этапы создания программы на языке С. Стандарты языка С
 Скачать 46.56 Kb.
|
Лекция №5. Введение в язык С++. Структура и этапы создания программы на языке С++. Стандарты языка С++Цель – получить представление о языке программирования С++, его особенностях, структуре программ и процессе их создания. Язык программирования высокого уровня C++ был разработан в США в начале 80-х годов сотрудником компании Bell Laboratories Бьерном Страуструпом (Bjarne Stroustrup) в результате расширения и дополнения языка С средствами, необходимыми для объектно-ориентированного программирования. Среди современных языков С++ относится к классу универсальных и по праву считается господствующим языком, используемым для разработки коммерческих программных продуктов. Пожалуй, лишь такой язык программирования, как Java может составлять ему конкуренцию. Разновидностью С++ является С# - новый язык, разработанный Microsoft для сетевой платформы. Несмотря на ряд принципиальных отличий, языки С++ и С# совпадают примерно на 90%. Особенно эффективно применение С++ в написании системных программ-трансляторов, операционных систем, экранных интерфейсов. В этом языке сочетаются лучшие свойства Ассемблера и языков программирования высокого уровня. Программы, выполненные на языке С++, по быстродействию сравнимы с программами, написанными на Ассемблере, но более наглядны, просты в сопровождении и легко переносимы с одного компьютера на другой. К основным особенностям языка относят следующие: С++ предлагает большой набор операций, многие из которых соответствуют машинным командам и поэтому допускают прямую трансляцию в машинный код, а их разнообразие позволяет выбирать различные наборы для минимизации результирующего кода; базовые типы данных С++ совпадают с типами данных Ассемблера, на преобразования типов налагаются незначительные ограничения; объем С++ невелик, т.к. практически все выполняемые функции оформлены в виде подключаемых библиотек, также C++ полностью поддерживает технологию структурного программирования и обеспечивает полный набор соответствующих операторов; С++ широко использует указатели на переменные и функции, кроме того, поддерживает арифметику указателей, и тем самым позволяет осуществлять непосредственный доступ и манипуляции с адресами памяти; удобным средством для передачи параметров являются ссылки; C++ содержит в себе все основные черты объектно-ориентированных языков программирования: наличие объектов и инкапсуляцию данных, наследование, полиморфизм и абстракцию типов. При написании программ на языке С++ используются следующие понятия: алфавит, константы, идентификаторы, ключевые слова, комментарии, директивы [2, 5]. Алфавитом называют присущий данному языку набор символов, из которых формируются все конструкции языка. Язык C++ оперирует со следующим набором символов: латинские прописные и строчные буквы (А, В, С, ..., х, у, z); арабские цифры (0, 1, 2, ..., 7, 8, 9); символ подчеркивания («_»); специальные символы (список специальных символов языка C++ приведен в таблице Г.1); символы-разделители (пробелы, комментарии, концы строк и т.д.). С помощью перечисленных символов формируются имена, ключевые (служебные) слова, числа, строкисимволов, метки. Идентификаторы (имена) обязательно начинаются с латинской буквы или символа подчеркивания «_», за которыми могут следовать в любой комбинации латинские буквы и цифры. C++ различает прописные и строчные буквы. Не допускается использование для написания имен специальных символов и символов-разделителей. Например, _х,В12,Stack - правильно; Label.4,Root-3 - неправильно. Существуют некоторые соглашения относительно использования прописных и строчных букв в идентификаторах. Например, имена переменных содержат только строчные буквы, константы и макросы – прописные. С символа подчеркивания обычно начинаются имена системных зарезервированных переменных и констант, а также имена, используемые в библиотечных функциях. Поэтому во избежание возможных конфликтов и взаимопересечений с множеством библиотечных имен не рекомендуется использовать знак подчеркивания в качестве первого символа имени. Некоторые идентификаторы, имеющие специальное значение для компилятора, употребляются как ключевые слова. Их употребление строго определено, и они не могут использоваться иначе. Список зарезервированных слов в C++ приведен в таблице Г.2. Числа, обозначающие целые и вещественные значения, записываются в десятичной системе счисления. Перед любым числом может стоять знак «+» или «-». В вещественном числе целая часть числа отделяется от его дробной части точкой. Вещественные числа, содержащие десятичную точку, должны иметь перед ней или после нее, по крайней мере, по одной цифре. Имя метки перехода представляет собой символьно-цифровую конструкцию, например,metkal,pass,cross15, и в программе не объявляются. Строка символов — это последовательность символов, заключенная в кавычки. Например, «Строкасимволов». Различают два вида комментариев. Любая последовательность символов, заключенная в ограничивающие скобки /* */, в языках С/С++ рассматривается как многострочный комментарий, например, /*Главнаяпрограмма*/. В языке С++ дополнительно имеется еще один вид комментария – однострочный: все символы, следующие за знаком // (двойной слеш) до конца строки, рассматриваются как комментарий, например, //Главнаяпрограмма. В основном, используют комментарий стиля С++ (//), а комментарий стиля C (/* */) применяют для временного отключения больших участков программы. Следует помнить, что комментарии должны пояснять, не что это за операторы, а длячегоони здесь используются. Программа, записанная на языке С/C++, обычно состоит из одной или нескольких функций. Функция – это самостоятельная единица программы, созданная для решения конкретной задачи, которая может оперировать данными и возвращать значение. Структура программы представлена на рисунке 5.1. Каждая программа на языке C++ начинается с директивы препроцессора#include, которая подключает заголовочныйфайл(*.h), содержащий прототипыфункций, которые сообщают компилятору информацию о синтаксисе функции, например, # include Заголовочный файл обычно содержит определения, предоставляемые компилятором для выполнения различных операций. Заголовочные файлы записаны в формате ASCII, их содержимое можно вывести для просмотра с помощью любого текстового редактора из каталога INCLUDE. Препроцессорпросматривает программу до компилятора, подключает необходимые файлы, заменяет символические аббревиатуры в программе на соответствующие директивы и даже может изменить условия компиляции. Каждая программа на C++ содержит, по крайней мере, одну функцию – main(), которая автоматически вызывается при запуске, может вызывать другие имеющиеся в программе функции и обычно имеет вид: void main ( )
Рисунок 5.1 – Структура программы на языке С++ Обычную функцию необходимо вызывать (обращаться к ней) программно, в ходе выполнения кода. Функция main()вызывается операционной системой, и обратиться к ней из кода программы невозможно. Слово void служит признаком того, что программа не возвращает конкретного значения. В случае возврата значения операционной системе перед функцией main()указывается слово int, а в конце тела этой функции помещается выражение return()или return0. После определения главной функции следуют операторы программы, которые заключены в группирующие фигурные скобки { }. Каждый оператор оканчивается точкой с запятой (;), указывающей на его завершение. Программа выполняется по строкам, в порядке их расположения в исходном коде, до тех пор, пока не встретится вызов какой-нибудь функции, тогда управление передается строкам этой функции. После выполнения функции управление возвращается той строке программы, которая следует за вызовом функции [2, 5, 10]. Лекция №6. Представление данных в языке С++. Оператор присваивания. Арифметические операции. Директивы препроцессора Цель – получить представление о стандартных типах данных, порядке выполнения операций, изучить особенности оператора присваивания и использования препроцессора. Определяя данные, необходимо предоставить компилятору информацию об их типе, тогда ему будет известно, сколько места нужно выделить (зарезервировать) для хранения информации и какого рода значение в ней будет находиться. В С++ определены пять базовых типов данных: символьные (char), целые (int), вещественный с плавающей точкой (float), вещественный с плавающей точкой двойной длины (double), а также пустой, не имеющий значения тип (void). На основе перечисленных типов строятся все остальные. Простейшим приемом является использование модификаторов типа, которые ставятся перед соответствующим типом: знаковый (signed), беззнаковый (unsigned), длинный (long) и короткий (short). В таблице Г.3 приведены все возможные типы с различными комбинациями модификаторов с указанием диапазона изменения и занимаемого размера в байтах. При многократном использовании в программе типов данных с различными комбинациями модификаторов, например, unsignedshortint, легко сделать синтаксические ошибки, во избежание которых в С++ предусмотрена возможность создания псевдонима (синонима) с помощью ключевого слова typedef. Например, строка typedefunsignedshortintUSHORT;создает новый псевдоним USHORT, который может использоваться везде, где нужно было бы написать unsignedshortint. Переменная – это имя, связанное с областью памяти, которая отведена для временного размещения хранимого значения и его последующего извлечения. Для длительного (постоянного) хранения значений переменных используются базы данных или файлы. В С++ все переменные должны быть объявлены до их использования. Объявление предполагает наличие имени переменной и указание ее типа. Однако следует иметь в виду, что нельзя создать переменную типа void. Основная форма объявления переменных имеет вид тип<список_переменных>; В этом объявлении: тип– один из существующих типов переменных; <список_переменных> может состоять из одной или нескольких переменных, разделенных запятыми. Например, intx,e,z;floatradius;longdoubleintegral; Можно объявлять переменные и одновременно присваивать им начальные значения, т.е. инициализировать их. Например, int min=15; floatp1=1.35; Переменная называется глобальной, если она объявлена вне каких-либо функций, в том числе функции main(). Такая переменная может использоваться в любом месте программы (за исключением глобальных статических переменных), а при запуске программы ей присваивается нулевое значение. Переменная, объявленная внутри тела функции (одного блока), является локальной и может использоваться только внутри этого блока. Вне блока она неизвестна. Важно помнить, что: две глобальные переменные не могут иметь одинаковые имена; локальные переменные разных функций могут иметь одинаковые имена; локальные переменные в одном блоке не могут иметь одинаковые имена. Данные в языках программирования могут представляться также в виде констант. Константы используются в тех случаях, когда программе запрещено изменять значение какой-либо переменной. Для определения константы традиционным способом используется #define, которая просто выполняет текстовую подстановку. Например, #defineStudentsOfGroup15 В данном случае константа StudentsOfGroup не имеет конкретного типа и каждый раз, когда препроцессор встречает имя StudentsOfGroup, он заменяет его литералом 15. Поскольку препроцессор запускается раньше, компилятор никогда не увидит константу, а будет видеть только число 15. Наиболее удобным способом определения констант является следующий: constтипимя_константы=значение_константы; Этот способ облегчает дальнейшее сопровождение программы и предотвращает появление ошибок. Так как определение константы содержит тип, компилятор может проследить за ее применением только по назначению (в соответствии с объявленным типом). Например, constintDiapazon=20; Литеральные константы (литералы) – это значения, которые вводятся непосредственно в текст программы. Поскольку после компиляции нельзя изменить значения литералов, их также называют константами. Например, в выражении int MyAge=19; имя MyAgeявляется переменной типа int, а число 19 – литеральной константой, которой нельзя присвоить никакого иного значения. Символьнаяконстанта состоит из одного символа, заключенного в апострофы: ‘q’, ‘2’, ‘$’. Например, const charmonth=’December’;. К символьным константам относятся специальные символы (в том числе управляющие, список приведен в таблице Г.1). Строковые константы состоят из последовательности символов кода ASCII, заключенной в кавычки, оканчивающейся нулевым байтом. Конец символьной строки (нулевой байт) обозначается символом NULL ('\0'). Перечислимые константы позволяют создавать новые типы данных, а затем определять переменные этих типов, значения которых ограничены набором значений константы. Для создания перечисляемой константы используется ключевое слово enum, а запись имеет вид: enumимя_константы{список_значений_константы}; Значения константы в списке значений разделяются запятыми. Например, enumCOLOR {RED,BLUE,GREEN,WHITE,BLACK}; Каждому элементу перечисляемой константы соответствует определенное значение. По умолчанию, первый элемент имеет значение 0, а каждый последующий - на единицу большее. Каждому элементу константы можно присвоить произвольное значение, тогда последующие инициализируются значением на единицу больше предыдущего. Например, enumCOLOR{RED=100,BLUE,GREEN=200,WHITE=300,BLACK}; В этом примере значение BLUE=101,BLACK=301. Существует механизм явного задания типов констант с помощью суффиксов. Для констант целого типа в качестве суффиксов могут использоваться буквы u, l, h, L,H, а для чисел с плавающей точкой – l, L, f, F. Например, 12h 34H - short int 23L -273l - long int 23.4f 67.7E-24F - float 89uL 89Lu 89ul 89 LU - unsigned short Выражение в языке С++ представляет собой некоторую допустимую комбинацию операций и операндов (констант, переменных или функций). Перечень операций языка C++ приведен в таблице Г.4. Все перечисленные операции выполняются традиционным способом, за исключением операции деления. Особенность операции деления заключается в том, что если оба операнда целого типа, то она даст целый результат, например, 3/2даст 1. Для получения действительного результата необходимо иметь хотя бы один действительный операнд, например, 3/2.0даст 1.5. Для каждой операции языка определено количество операндов: а) один операнд – унарнаяоперация, изменяющая знак, например, унарный минус –х; б) два операнда – бинарнаяоперация, например, операция сложения х+у; в) три операнда – операция условие?:, она единственная. Каждая операция может иметь только определенные типы операндов. Каждая бинарная операция имеет определенный порядок выполнения: слева направо или справа налево. Наконец, каждая операция имеет свой приоритет. Приоритет и порядок выполнения операций приводятся в таблице Г.4. Часто в выражениях используются математические функции языка C++, которые находятся в библиотеке math. Чтобы воспользоваться этими функциями в начало программы необходимо включить заголовочный файл Все выражения являются операторами, которые в языке предназначены для описания действий. Любой оператор может быть помечен меткой. Операторы отделяются друг от друга точкой с запятой (;). В любом месте программы, где может быть размещен один оператор, можно разместить составнойоператор, называемый блоком. Блок содержит несколько операторов, которые выполняются как одно выражение, ограничивается фигурными скобками {}, но не заканчивается точкой с запятой (;). Объявление переменной в программе означает всего лишь выделение места в памяти компьютера для ее размещения. Программа же должна позволять оперировать данными. В этом процессе наиболее важна операцияприсваивания, которая выглядит следующим образом: переменная=выражение. Операция присваивания заменяет значение операнда, расположенного слева от знака «=», значением, вычисляемым справа от него. При этом могут выполняться неявные преобразования типа. Знак « =» в С/С++ - это знак присваивания, а не равенства. В отличие от других языков, где присваивание – оператор по определению, в С/С++ существуют понятия «операция присваивания» и «оператор присваивания». Операция «превращается» в оператор, если в конце выражения поставить точку с запятой, например, ++x– это выражение, а ++х ; - это оператор. Оператор присваивания удобно использовать при инициализации переменных, например, j=k;. Кроме того, в С/C++ операция присваивания может использоваться в выражениях, которые включают в себя операторы сравнения или логические операторы, например, if ((x=x+5)>0)cout<<"Вывод";. Еще одной особенностью использования операции присваивания в С/С++ является возможность многократногоприсваивания, которое выполняется справа налево. Например, для того, чтобы присвоить значение 2*kнескольким переменным, можно воспользоваться операцией: x=y=z=2*k. В языке С/C++ имеются дополнительныеоперации присваивания +=, -=, *=, /= и %=. При этом величина, стоящая справа, добавляется (вычитается, умножается, делится или делится по модулю) к значению переменной, стоящей слева. Например, вместо оператора х=х+5; можно записать х+=5;. Причем, операция х+=5выполняется быстрее, чем операция х=х+5. Очень часто в программах к переменным добавляется (или вычитается) единица. Увеличение значения на 1 называется инкрементом(++), а уменьшение на 1 - декрементом (--). Например, оператор с=с+1;эквивалентен оператору с++;, оператор с=с-1;эквивалентен оператору с--;. Операторы инкремента и декремента существуют в двух вариантах: префиксноми постфиксном. Префиксные операции увеличивают (уменьшают) значение переменной на единицу, а затем используют это значение. Например, оператор х=++у;эквивалентен выполнению двух операторов у=у+1; х=у;. В этом примере сначала происходит увеличение на единицу значения переменной у, а затем присваивание этого значения переменной х. Постфиксныеоперации сначала используют значение переменной, после чего увеличивают (уменьшают) его. Например, оператор х=у--;эквивалентен выполнению двух операторов х=у; у=у-1;. В этом примере переменная х получает значение у, после чего значение у уменьшается на единицу. Вообще в выражениях лучше использовать операнды одного типа, но С++ допускает преобразование типов, то есть если операнды принадлежат к разным типам, то они приводятся к некоторому общему типу. Приведение выполняется в соответствии со следующими правилами: а) автоматически производятся лишь те преобразования, которые превращают операнды с меньшим диапазоном значений в операнды с большим диапазоном значений, т.к. это происходит без какой-либо потери информации; б) выражения, не имеющие смысла (например, число с плавающей точкой в роли индекса), не пропускаются компилятором еще на этапе трансляции; в) выражения, в которых могла бы потеряться информация (например, при присваивании длинных целых значений более коротким или действительных значений целым), могут вызвать предупреждение (warning), но они допустимы. В отличие от других языков программирования в С++ для любого выражения можно явно указать преобразование его типа, используя унарный оператор, называемый приведениемтипа. Выражение приводится к указанному типу по перечисленным правилам конструкцией вида (имя типа) выражение; Например, (int)i=2.5*3.2;. Однако пользоваться этим оператором можно лишь в том случае, если вполне осознаются цель и последствия такого преобразования [2, 5, 10]. |