Программирование в Linux. Учебное пособие С. В. Шапошникова, Лаборатория юного линуксоида, май 2012 1 Пояснительная записка
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
Передача аргументов по ссылке В первом примере этого урока мы передавали в функцию аргументы по значению. Это значит, что когда функция вызывается, ей передаются в качестве фактических параметров (аргументов) не указанные переменные, а копии значений этих переменных. Сами переменные к этим копиям уже никакого отношения не имеют. В вызываемой функции эти значения присваиваются переменным-параметрам, которые, как известно, локальны. Отсюда следует, что изменение переданных значений никакого влияния на переменные, переданные 37 в функцию при вызове, не оказывают. В примере выше даже если бы в функции median() менялись значения переменных n1 и n2, то никакого влияния сей факт на переменные num1 и num2 не оказал. Однако можно организовать изменение локальной переменной одной функции, с помощью другой функции. Сделать это можно, передав в функцию адрес переменной или указатель на нее. На самом деле в этом случае также передается копия значения. Но какого значения?! Это адрес на область памяти. На один и тот же участок памяти может существовать множество ссылок, и с помощью каждой из них можно поменять находящееся там значение. Рассмотрим пример: #include void multi (int *px, int y); main () { int x = 34, y = 6; multi(&x, 367); multi(&y, 91); printf("%d %d\n", x, y); } void multi (int *base, int pow) { while (pow >= 10) { *base = *base * 10; pow = pow / 10; } } Функция multi() ничего не возвращает, что подчеркнуто с помощью ключевого слова void Принимает эта функция адрес, который присваивается локальной переменной-указателю, и целое число. В теле функции происходит изменение значения по адресу, содержащемуся в указателе. Но по сути это адрес переменной x из фукнции main() , а значит меняется и ее значение. Когда multi() вызывается в main() , то в качестве первого параметра мы должны передать адрес, а не значение. Поэтому, например, вызов multi(x, 786) привел бы к ошибке, а вызов multi(&x, 786) — правильный, т.к. мы берем адрес переменной x и передаем его в функцию. При этом ничего не мешает объявить в main() указатель и передавать именно его (в данном случае сама переменная p содержит адрес): int x = 34, y = 6; int *p; p = &x; multi(p, 367); p = &y; multi(p, 367); printf("%d %d\n", x, y); Кроме того, следует знать, что функция может возвращать адрес. Важно понять механизм так называемой передачи аргументов по ссылке, т.к. это понимание пригодится при изучении массивов и строк. Использовать указатели при работе с простыми типами данных не стоит. Лучше возвращать из функции значение, чем менять локальные переменные одной функции с помощью кода другой функции. Функции должны быть достаточно автономными. 38 Решение задач Задания 1. Перепишите код первого примера этого урока так, чтобы в нем использовался указатель; а код примера с функцией multi(), наоборот, избавьте от указателей. 2. Напишите программу, в которой помимо функции main() были бы еще две функции: в одной вычислялся факториал переданного числа, в другой — находился n-ый элемент ряда Фибоначчи (n — параметр функции). Вызовите эти функции с разными аргументами. 3. Придумайте и напишите программу, в которой из функции main() вызывается другая функция, а из последней вызывается еще одна функция. Урок 9. Форматированный ввод данных В то время как функция printf() осуществляет форматированный вывод данных, функция scanf() осуществляет их форматированный ввод. Это значит, что поступающие на ввод данные преобразуются соответственно указанному формату(ам) и записываются по адресу(ам) указанной(ых) переменной(ых): scanf(строка_формата, адреса_переменных); Причина, по которой в scanf() передаются адреса, а не значения переменных, очевидна. Функция scanf() должна изменять значения переменных тех функций, из которых вызывается. Единственный способ — это получить адреса областей памяти. Спецификации формата данных, допустимые в строке формата, для scanf() почти идентичны тем, что были описаны для функции printf() . На этом уроке мы подробно не рассмотрим все возможности форматированного ввода с помощью scanf() , зато разберем ряд конкретных примеров. Ввод чисел, символов и строк Пример ввода-вывода целого и вещественного чисел, символа и строки: int a; float b; char ch, str[30]; scanf("%d%f%c%s", &a, &b, &ch, str); printf("%d %.3f %c %s\n", a, b, ch, str); Результат: 45 34.3456y hello 45 34.346 y hello Здесь при выполнении программы все данные были введены в одну строку. Разделителем между числами и строками является пробел, а также любой другой символ пустого пространства (например, '\n'). Однако при считывании символа, пробел учитывается как символ; чтобы этого не произошло, в примере букву записали сразу после числа. Данные можно было бы ввести, разделяя их переходом на новую строку (опять же при этом надо иметь ввиду, как считывается символ). В строке формата функции scanf() между спецификациями вполне допустимо поставить пробелы: %d %f %c %s . Они никакой роли не сыграют. Понятно, что данные можно было получить и так: scanf("%d", &a); scanf("%f", &b); scanf("%c", &ch); scanf("%s", str); Обратите внимание, перед переменной str отсутствует знак амперсанда. Это не опечатка. В 39 последующих уроках вы узнаете, что имя массива уже само по себе является ссылкой на массив (другими словами, str содержит адрес начала массива). В функции scanf() в спецификации формата вещественных чисел не указывается точность представления числа. Запись типа %.3f или %.10lf приведет к невозможности получить вещественное число. Чтобы получить число типа double используют формат %lf, для long double - %Lf. Для целых чисел: длинное целое - %ld, короткое целое - %hd. Кроме того, существуют спецификации для ввода восьмеричных и шестнадцатеричных чисел. Функция scanf() возвращает количество удачно считанных данных; т.е. значение, возвращаемое функцией, можно проанализировать и таким образом узнать, корректно ли были введены данные. Например: int a; double b; char ch, str[30]; ch = scanf("%d %lf %s", &a, &b, str); if (ch == 3) printf("%d %.3lf %s\n", a, b, str); else printf("Error input\n"); Использование обычных символов В строке формата scanf() допустимо использование обычных символов. В этом случае при вводе данных также должны вводится и эти символы: int a, b, c; scanf("%d + %d = %d", &a, &b, &c); printf("Your answer is %d\nThe correct answer is %d\n", c, a+b); В данном случае, когда программа выполняется, ввод должен выглядеть примерно так: 342+1024 = 1366. Знаки "+" и "=" обязательно должны присутствовать между числами, наличие пробелов или их отсутствие абсолютно никакой роли не играет: 45 + 839=875 Your answer is 875 The correct answer is 884 Запрет присваивания Если какие-либо данные, вводимые пользователем, следует проигнорировать, то используют запрет присваивания, ставя после знака %, но перед буквой формата звездочку *. В таком случае данные считываются, но никакой переменной не присваиваются. Это можно использовать, например, когда нет определенной уверенности в том, что поступит на ввод, с одной стороны, и нужды сохранять эти данные, с другой: float arr[3]; int i; for(i = 0; i < 3; i++) scanf("%*s %f", &arr[i]); printf("Sum: %.2f\n", arr[0]+arr[1]+arr[2]); Здесь предполагается, что перед каждым числом будет вводится строка, которую следует проигнорировать, например: 40 First: 23.356 Second: 17.285 Third: 32.457 Sum: 73.098 Использование "шаблонов" Для функции scanf() есть пара спецификаций формата, отдаленно напоминающих шаблоны командной оболочки и др. Формат […] позволяет получить строку, содержащую любые символы, указанные в квадратных скобках. Как только на ввод поступает символ, не входящий в указанный набор, считывание данных прекращается. Формат [^…], наоборот, помещает в строку символы, не входящие в указанный набор, до тех пор пока не встретит любой из указанных. В примере ниже как только поступает не цифра, считывание ввода завершается. При этом если первый символ — не цифра, то в str вообще ничего не записывается: char str[30]=""; scanf("%[0-9]", str); printf("%s\n", str); А в этом случае строке будет присвоена последовательность символов до любого из указанных знаков препинания: scanf("%[^;:,!?]", str); printf("%s\n", str); Результат: Hello, World! Hello Некоторые особенности и ограничения функции scanf() Как только поступают некорректные данные, функция scanf() завершает свою работу. В примере: scanf("%d%f", &a, &b); если переменной a попытаться присвоить символ или строку, что невозможно, то переменная b уже обрабатываться не будет. Можно предположить, что так будет надежнее: scanf("%d", &a); scanf("%f", &b); Вроде бы неудачное считывание a не должно оказывать никакого влияния на b, т.к. это уже иной вызов scanf() . Но не все так просто: при некорректном вводе данные остаются в буфере и пытаются "навязать" себя последующим вызовам scanf() . Поэтому при использовании scanf() надо думать о том, как в случае некорректного ввода очистить буфер. Например, это можно сделать так, как показано ниже, или путем использования специальных функций (здесь не рассматриваются): if (scanf("%d", &a) != 1) // если данные не удалось присвоить переменной, scanf("%*s"); // то выбросить их в виде строки. scanf("%f", &b); Разделителем данных для scanf() являются символы пустого пространства. Это означает отсутствие возможности записать строку, содержащую неизвестное количество пробелов, в одну переменную, используя только scanf(). Придется использовать либо другую функцию (например, getchar() ), либо создать циклическую конструкцию, считывающую по одному слову и добавляющую его к общей строке. Таким образом, не смотря на достаточно большие возможности scanf() , эта функция хранит в себе ряд неудобств и опасностей. 41 Решение задач Задание 1. На прошлом занятии вы написали программу, содержащую функции, вычисляющие факториал числа и заданный элемент ряда Фибоначчи. Измените эту программу таким образом, чтобы она запрашивала у пользователя, что он хочет вычислить: факториал или число Фибоначчи. Затем программа запрашивала бы у пользователя либо число для вычисления факториала, либо номер элемента ряда Фибоначчи. 2. Напишите программу, которая запрашивает у пользователя две даты в формате дд.мм.гггг. Дни, месяцы и года следует присвоить целочисленным переменным. Программа должна выводить на экран информацию о том, какая дата более ранняя, а какая более поздняя. 3. Используя цикл, напишите код, в котором пользователю предлагается вводить данные до тех пор, пока он не сделает это корректно, т.е. пока все указанные в scanf() переменные не получат свои значения. Протестируйте программу. Что вы наблюдаете и почему? Как можно решить проблему? Урок 10. Псевдослучайные числа Функции rand() и srand() В языках программирования обычно предусмотрены функции, позволяющие генерировать случайные числа в определенном по умолчанию диапазоне. На самом деле генерируются не случайные, а так называемые псевдослучайные числа; они выглядят случайно, но вычисляются по вполне конкретной формуле. Но для простоты далее мы все равно будем называть их случайными. В языке программирования C получить случайное число можно с помощью функции rand() , которая входит в стандартную библиотеку языка. Эта функция не принимает никакие параметры. Задание Напишите программу, в которой целочисленной переменной присваивается результат выполнения функции rand(). Выведите значение переменной на экран. Функция rand() возвращает целое число от 0 до значения присвоенного константе RAND_MAX . Значение RAND_MAX зависит от системы и определено в заголовочном файле stdlib.h. Так, например, оно может быть равно 32767 (двухбайтовое целое) или 2147483647 (четырехбайтовое целое). Задание Определите значение RAND_MAX в вашей системе. Для этого не забудьте подключить к файлу исходного кода заголовочный файл stdlib.h. Код ниже выводит на экран 50 случайных чисел: #include #include main () { char i; for (i = 1; i <= 50; i++) { printf("%15d", rand()); if (i % 5 == 0) printf("\n"); } } 42 В теле цикла осуществляется переход на новую строку после каждых выведенных на экран пяти чисел. Для этого используется выражение, в котором находится остаток от деления i на 5, результат сравнивается с 0. Чтобы после первого числа не происходил переход на новую строку, i сначала присваивается единица, а не ноль (т.к. 0 делится на 5 без остатка). Задание Спишите код, приведенный выше. Выполните программу несколько раз, при этом обратите внимание, разные ли результаты вы получаете от выполнения к выполнению. Вы должны были заметить, что при каждом запуске программы числа остаются одинаковыми. Даже если вы перекомпилируете программу, результат не изменится. Данный эффект связан с тем, что начальное (инициализирующее) число, которое подставляется в формулу вычисления первого и последующих псевдослучайных чисел, для каждой системы всегда одно и то же. Однако это начальное число можно изменить с помощью функции srand() , которой в качестве параметра передается любое целое число. Понятно, что если вы зададите конкретный аргумент для функции, например, srand(1000) , то от вызова к вызову программы числа будут также одни и те же. Хотя и не те, что были бы без srand() . Поэтому появляется проблема, как сделать так, чтобы аргумент для srand() был тоже случайным? Получается замкнутый круг. Задание Переделайте программу, выводящую на экран 50 случайных чисел так, чтобы сначала у пользователя запрашивалось любое целое число с помощью scanf(), которое передавалось бы в функцию srand(). Пользователь программы сам может задавать инициализирующее значение. Но чаще всего это не является полноценным выходом из ситуации. Поэтому инициализирующее значение привязывают к какому-либо процессу, протекающему в операционной системе, например, к часам. Время (учитывая не только время суток, но и дату) никогда не бывает одинаковым. Значит значение для srand() , преобразованное в целое из системного времени, будет различным. Текущее время можно узнать с помощью функции time() , прототип которой описан в файле time.h. Передав time() в качестве параметра NULL, мы получим целое число, которое можно передать в srand() : srand(time(NULL)); Задание Переделайте вашу программу так, чтобы инициализирующее значение зависело от системного времени. Получение целых случайных чисел в заданных диапазонах Функция rand() выдает случайное число от 0 до значения RAND_MAX . Что делать, если требуется получать случайные числа в иных диапазонах, например, от 100 до 999? Сначала рассмотрим более простую ситуацию: получить случайные числа от 0 до 5. Если любое целое число попытаться разделить на 5 нацело, то можно получить как 0 (когда число делится на 5 без остатка), так и 1, 2, 3, 4. Например, rand() вернула число 283. Применяя к этому числу операцию нахождения остатка от деления на 5, получим 3. Т.е. выражение rand() % 5 дает любое число в диапазоне [0, 5). Однако, что если надо, чтобы число 5 так же входило в диапазон, т.е. диапазон имеет вид [0, 5]? Логично предположить, что следует найти остаток от деления на 6. При этом более грамотным будет следующее рассуждение: надо находить остаток от деления на размер диапазона. В данном случае он равен шести значениям: 0, 1, 2, 3, 4, 5. Чтобы найти размер 43 диапазона надо из допустимого максимума вычесть допустимый минимум и прибавить единицу: max - min + 1. Будьте внимательны: если, например, требуется, чтобы указанный в задаче максимум не входил в диапазон, то единицу прибавлять не надо или надо вычитать единицу из максимума. Задание Напишите программу, выдающую 50 случайных чисел от 0 до 99 включительно. Итак, мы знаем формулу получения длины диапазона: max - min + 1. Если требуется получить число от 6 до 10 включительно, то длина диапазона будет равна 10 - 6 + 1 = 5. Выражение rand() % 5 даст любое число от 0 до 4 включительно. Но нам надо от 6 до 10. В таком случае достаточно к полученному случайному остатку прибавить 6, т.е. минимум. Другими словами, надо выполнить сдвиг. Действительно для приведенного примера: – если остаток был равен 0, то добавляя 6, получаем 6; – остаток 1, добавляем 6, получаем 7; – … – остаток 4, прибавляем 6, получаем 10; – остатка больше 4 не может быть. В таком случае формула для получения случайного числа в диапазоне [a, b] выглядит так: rand() % длина_диапазона + сдвиг, где длина_диапазона вычисляется как b - a + 1, сдвиг является значением a. В эту формулу также вписываются случаи, когда необходимо получить случайное число от 0 до N, т.е. они являются ее частными случаями. Задание Выведите на экран ряд случайных чисел, принадлежащих диапазону от 100 до 299 включительно. С таким же успехом можно получать случайные отрицательные числа. Действительно, если диапазон задан как [-35, -1], то его длина будет равна -1 - (-35) + 1 = 35, что соответствует действительности; выражение получения случайного числа будет выглядеть так: rand() % 35 - 35 Так, если остаток от деления составил 0, то мы получим -35, а если 34, то -1. Остальные остатки дадут значения в промежутке от -35 до -1. Задание Выведите на экран ряд случайных чисел, принадлежащих диапазону от -128 до 127 включительно. Получение вещественных случайных чисел Ситуация с вещественными числами выглядит несколько по-иному. Во-первых, мы не можем получить остаток от деления, если делимое или делитель дробное число. Во вторых при вычислении длины диапазона нельзя прибавлять единицу. Поясним вторую причину. Допустим диапазон задан как [2.50, 5.30]. Он состоит не из определенного количества чисел (как в случае целых), а из неопределенного (можно сказать, бесконечного) числа значений, т.к. вещественные числа можно представлять с различной степенью точности. Позже выполняя округление все равно будет шанс получить максимальную границу диапазона, поэтому для вычисления длины диапазона достаточно из 44 максимума вычесть минимум. Если разделить случайное число, преобразованное к вещественному типу, которое выдала функция rand() , на значение константы RAND_MAX , то получится вещественное случайное число от 0 до 1. Теперь, если это число умножить на длину диапазона, то получится число, лежащее в диапазоне от 0 до значения длины диапазона. Далее если прибавить к нему смещение к минимальной границе, то число благополучно впишется в требуемый диапазон. Таким образом формула для получения случайного вещественного числа выглядит так: (float) rand() / RAND_MAX * (max - min) + min Задание Заполните массив случайными числами в диапазоне от 0.51 до 1.00. Выведите значение элементов массива на экран. |