Язык программирования Си Брайан Керниган, Деннис Ритчи 3е издание Версия 1 Table of Contents
 Скачать 2.33 Mb.
|
|
Упражнение 5.14. Модифицируйте программу сортировки, чтобы она реагировала на параметр -r , указывающий, что объекты нужно сортировать в обратном порядке, т. е. в порядке убывания. Обеспечьте, чтобы -r работал и вместе с -n Упражнение 5.15. Введите в программу необязательный параметр -f , задание которого делало бы неразличимыми символы нижнего и верхнего регистров (например, а и А должны оказаться при сравнении равными). Упражнение 5.16. Предусмотрите в программе необязательный параметр -d , который заставит программу при сравнении учитывать только буквы, цифры и пробелы. Организуйте программу таким образом, чтобы этот параметр мог работать вместе с параметром -f Упражнение 5.17. Реализуйте в программе возможность работы с полями: возможность сортировки по полям внутри строк. Для каждого поля предусмотрите свой набор параметров. Предметный указатель этой книги 8 упорядочивался с параметрами: -df для терминов и -n для номеров страниц. 5.12. Сложные объявления Иногда Си ругают за синтаксис объявлений, особенно тех, которые содержат в себе указатели на функции. Таким синтаксис получился в результате нашей попытки сделать похожими объявления объектов и их использование. В простых случаях этот синтаксис хорош, однако в сложных ситуациях он вызывает затруднения, поскольку объявления перенасыщены скобками и их невозможно читать слева направо. Проблему иллюстрирует различие следующих двух объявлений: int *f(); /* f: функция, возвращающая ук-ль на int */ int (*pf)(); /* pf: ук-ль на ф-цию, возвращающую int */ Приоритет префиксного оператора * ниже, чем приоритет () , поэтому во втором случае скобки необходимы. Хотя на практике по-настоящему сложные объявления встречаются редко, все же важно знать, как их понимать, а если потребуется, и как их конструировать. Укажем хороший способ: объявления можно синтезировать, двигаясь небольшими шагами с помощью typedef ; этот способ рассмотрен в параграфе 6.7. В настоящем параграфе на примере двух программ, осуществляющих преобразования правильных Си-объявлений в соответствующие им словесные описания и обратно, мы демонстрируем иной способ конструирования объявлений. Словесное описание читается слева направо. Первая программа, dcl , — более сложная. Она преобразует Си-объявления в словесные описания так, как показано в следующих примерах: char **argv argv: указ, на указ, на char int (*daytab)[13] daytab: указ, на массив[13] из int 8 Имеется в виду оригинал книги на английском языке. — Примеч. пер. int *(daytab)[13] daytab: массив[13] из указ, на int void *comp() comp: функц. возвр. указ, на void void (*comp)() comp: указ, на функц. возвр. void char (*(*x())[])() х: функц. возвр. указ, на массив[] из указ, на функц. возвр. char char (*(*x[3])())[5] х: массив[3] из указ, на функц. возвр. указ. на массив[5] из char Функция dcl в своей работе использует грамматику, специфицирующую объявитель. Эта грамматика строго изложена в параграфе 8.5 приложения А, а в упрощенном виде записывается так: объявитель: необязательные * собственно-объявитель собственно-объявитель: имя ( объявитель ) собственно-объявитель () собственно-объявитель [необязательный размер] Говоря простым языком, объявитель есть собственно-объявитель, перед которым может стоять * (т. е. одна или несколько звездочек), где собственно-объявитель есть имя, или объявитель в скобках, или собственно- объявитель с последующей парой скобок, или собственно-объявитель с последующей парой квадратных скобок, внутри которых может быть помещен размер. Эту грамматику можно использовать для грамматического разбора объявлений. Рассмотрим, например, такой объявитель: (*pfa[])() Имя pfa будет классифицировано как имя и, следовательно, как собственно-объявитель. Затем pfa[] будет распознано как собственно-объявитель, a *pfa[] — как объявитель и, следовательно, (*pfa[]) есть собственно-объявитель. Далее, (*pfa[])() есть собственно-объявитель и, таким образом, объявитель. Этот грамматический разбор можно проиллюстрировать деревом разбора, приведенным на следующей странице (где собственно-объявитель обозначен более коротко, а именно собств.-объяв.). Сердцевиной программы обработки объявителя является пара функций dcl и dirdcl , осуществляющих грамматический разбор объявления согласно приведенной грамматике. Поскольку грамматика определена рекурсивно, эти функции обращаются друг к другу рекурсивно, по мере распознавания отдельных частей объявления. Метод, примененный в обсуждаемой программе для грамматического разбора, называется рекурсивным спуском. /* dcl: разбор объявителя */ void dcl(void) { int ns; for (ns = 0; gettoken() == '*'; ) /* подсчет звездочек */ ns++; dirdcl(); while (ns-- > 0) strcat(out, " указ. на"); } /* dirdcl: разбор собственно объявителя */ void dlrdcl(void) { int type; if (tokentype == '(') { /* ( dcl ) */ dcl(); if (tokentype != ')') printf( "ошибка: пропущена )\n"); } else if (tokentype == NAME) /* имя переменной */ strcpy(name, token); else printf("ошибка: должно быть name или (dcl)\n"); while ((type = gettoken()) == PARENS || type == BRACKETS) if (type == PARENS) strcat(out, " функц. возвр."); else { strcat(out, " массив"); strcat(out, token); strcat(out, " из"); } } Приведенные программы служат только иллюстративным целям и не вполне надежны. Что касается dcl , то ее возможности существенно ограничены. Она может работать только с простыми типами вроде char и int и не справляется с типами аргументов в функциях и с квалификаторами вроде const . Лишние пробелы для нее опасны. Она не предпринимает никаких мер по выходу из ошибочной ситуации, и поэтому неправильные описания также ей противопоказаны. Устранение этих недостатков мы оставляем для упражнений. Ниже приведены глобальные переменные и главная программа main #include #include #include #define MAXTOKEN 100 enum {NAME, PARENS, BRACKETS }; void dcl(void); void dirdcl(void); int gettoken(void); int tokentype; /* тип последней лексемы */ char token[MAXTOKEN]; /* текст последней лексемы */ char name[MAXTOKEN]; /* имя */ char datatype[MAXTOKEN]; /* тип = char, int и т.д. */ char out[1000]; /* выдаваемый текст */ main() /* преобразование объявления в словесное описание */ { while (gettoken() i= EOF) { /* 1-я лексема в строке */ strcpy(datatype, token); /* это тип данных */ out[0] = '\0'; dcl(); /* разбор остальной части строки if (tokentype != '\n' ) printf ( "синтаксическая ошибка\п" ) ; printf("%s; %s %s\n", name, out, datatype); } return 0; } Функция gettoken пропускает пробелы и табуляции и затем получает следующую лексему из ввода; "лексема" (token) — это имя, или пара круглых скобок, или пара квадратных скобок (быть может, с помещенным в них числом), или любой другой единичный символ. int gettoken(void) /* возвращает следующую лексему */ { int с, getch(void); void ungetch(int); char *p = token; while ((c = getchQ) == ' ' ! ! с == ' \ t ' ) ; if (c == '(') { if ((c = getch()) == ')') { strcpy(token, "()"); return tokentype = PARENS; } else { ungetch(c); return tokentype = '('; } } else if (c == '[') { for (*p++ = c; (*p++ = getch()) != ']'; ) ; *p = '\0' ; return tokentype = BRACKETS; } else if (isalpha(c)) { for (*p++ = c; isalnum(c = getch()); ) *p++ = c; *p = '\0'; ungetch(c); return tokentype = NAME; } else return tokentype = c; } Функции getch и ungetch были рассмотрены в главе 4. Обратное преобразование реализуется легче, особенно если не придавать значения тому, что будут генерироваться лишние скобки. Программа undcl превращает фразу вроде " х есть функция, возвращающая указатель на массив указателей на функции, возвращающие char ", которую мы будем представлять в виде х () * [] * () char в объявление char (*(*x())[])() Такой сокращенный входной синтаксис позволяет повторно пользоваться функцией gettoken . Функция undcl использует те же самые внешние переменные, что и dcl /* undcl : преобразует словесное описание в объявление */ main () { int type; char temp[MAXTOKEN]; while (gettoken() != EOF) { strcpy(out, token); while ((type = gettoken()) != '\n') if (type == PARENS || type == BRACKETS) strcat(qut, token); else if (type == '*') { sprintf(temp, "(*%s)", out); strcpy(out, temp); } else if (type == NAME) { sprintf(temp, "%s %s", token, out); strcpy(out, temp); } else printf ("неверный элемент %s в фразе\n", token); printf("%s\n", out); } return 0; } Упражнение 5.18. Видоизмените dcl таким образом, чтобы она обрабатывала ошибки во входной информации. Упражнение 5.19. Модифицируйте undcl так, чтобы она не генерировала лишних скобок. Упражнение 5.20. Расширьте возможности dcl , чтобы dcl обрабатывала объявления с типами аргументов функции, квалификаторами вроде const и т.п. 6. Структуры Структура — это одна или несколько переменных (возможно, различных типов), которые для удобства работы с ними сгруппированы под одним именем. (В некоторых языках, в частности в Паскале, структуры называются записями.) Структуры помогают в организации сложных данных (особенно в больших программах), поскольку позволяют группу связанных между собой переменных трактовать не как множество отдельных элементов, а как единое целое. Традиционный пример структуры — строка платежной ведомости. Она содержит такие сведения о служащем, как его полное имя, адрес, номер карточки социального страхования, зарплата и т. д. Некоторые из этих характеристик сами могут быть структурами: например, полное имя состоит из нескольких компонент (фамилии, имени и отчества); аналогично адрес, и даже зарплата. Другой пример (более типичный для Си) — из области графики: точка есть пара координат, прямоугольник есть пара точек и т. д. Главные изменения, внесенные стандартом ANSI в отношении структур, — это введение для них операции присваивания. Структуры могут копироваться, над ними могут выполняться операции присваивания, их можно передавать функциям в качестве аргументов, а функции могут возвращать их в качестве результатов. В большинстве компиляторов уже давно реализованы эти возможности, но теперь они точно оговорены стандартом. Для автоматических структур и массивов теперь также допускается инициализация. 6.1. Основные сведения о структурах Сконструируем несколько графических структур. В качестве основного объекта выступает точка с координатами х и у целого типа. Указанные две компоненты можно поместить в структуру, объявленную, например, следующим образом: struct point { int x; int у; }; Объявление структуры начинается с ключевого слова struct и содержит список объявлений, заключенный в фигурные скобки. За словом struct может следовать имя, называемое тегом 9 структуры, ( point в нашем случае). Тег дает название структуре данного вида и далее может служить кратким обозначением той части объявления, которая заключена в фигурные скобки. Перечисленные в структуре переменные называются элементами (members) 10 . Имена элементов и тегов без каких-либо коллизий могут совпадать с именами обычных переменных (т. е. не элементов), так как они всегда различимы по контексту. Более того, одни и те же имена элементов могут встречаться в разных структурах, хотя, если следовать хорошему стилю программирования, лучше одинаковые имена давать только близким по смыслу объектам. 9 От английского слова tag — ярлык, этикетка. — Примеч. пер. 10 В некоторых изданиях (в том числе во 2-м издании на русском языке этой книги) structure members переводится как члены структуры. — Примеч. ред. Объявление структуры определяет тип. За правой фигурной скобкой, закрывающей список элементов, могут следовать переменные точно так же, как они могут быть указаны после названия любого базового типа. Таким образом, выражение struct {…} х, у, z; с точки зрения синтаксиса аналогично выражению int x, у, z; в том смысле, что и то и другое объявляет x , y и z переменными указанного типа; и то и другое приведет к выделению памяти соответствующего размера. Объявление структуры, не содержащей списка переменных, не резервирует памяти; оно просто описывает шаблон, или образец структуры. Однако если структура имеет тег, то этим тегом далее можно пользоваться при определении структурных объектов. Например, с помощью заданного выше описания структуры point строка struct point pt; определяет структурную переменную pt типа struct point . Структурную переменную при ее определении можно инициализировать, формируя список инициализаторов ее элементов в виде константных выражений: struct point maxpt = { 320, 200 }; Инициализировать автоматические структуры можно также присваиванием или обращением к функции, возвращающей структуру соответствующего типа. Доступ к отдельному элементу структуры осуществляется посредством конструкции вида: имя-структуры.элемент Оператор доступа к элементу структуры (точка) соединяет имя структуры и имя элемента. Чтобы напечатать, например, координаты точки pt , годится следующее обращение к printf : printf("%d,%d", pt.x, pt.y); Другой пример: чтобы вычислить расстояние от начала координат (0,0) до pt , можно написать double dist, sqrt(double); dist = sqrt((double)pt.x * pt.x + (double)pt.y * pt.y); Структуры могут быть вложены друг в друга. Одно из возможных представлений прямоугольника — это пара точек на углах одной из его диагоналей: struct rect { struct point pt1; struct point pt2; }; Структура rect содержит две структуры point . Если мы объявим screen как struct rect screen; то screen.pt1.x обращается к координате х точки pt1 из screen 6.2. Структуры и функции Единственно возможные операции над структурами — это их копирование, присваивание, взятие адреса с помощью & и осуществление доступа к ее элементам. Копирование и присваивание также включают в себя передачу функциям аргументов и возврат ими значений. Структуры нельзя сравнивать. Инициализировать структуру можно списком константных значений ее элементов; автоматическую структуру также можно инициализировать присваиванием. Чтобы лучше познакомиться со структурами, напишем несколько функций, манипулирующих точками и прямоугольниками. Возникает вопрос: а как передавать функциям названные объекты? Существует по крайней мере три подхода: передавать компоненты по отдельности, передавать всю структуру целиком и передавать указатель на структуру. Каждый подход имеет свои плюсы и минусы. Первая функция, makepoint , получает два целых значения и возвращает структуру point /* makepoint: формирует точку по компонентам х и y */ struct point makepoint(int x, int y) { struct point temp; temp.x = x; temp.у = у; return temp; } Заметим: никакого конфликта между именем аргумента и именем элемента структуры не возникает; более того, сходство подчеркивает родство обозначаемых им объектов. Теперь с помощью makepoint можно выполнять динамическую инициализацию любой структуры или формировать структурные аргументы для той или иной функции: struct rect screen; struct point middle; struct point makepoint(int, int); screen.pt1 = makepoint(0, 0); screen.pt2 = makepoint(XMAX, YMAX); middle = makepoint((screen.pt1.x + screen. pt2.x)/2, (screen.pt1.y + screen.pt2.y)/2); Следующий шаг состоит в определении ряда функций, реализующих различные операции над точками. В качестве примера рассмотрим следующую функцию: /* addpoint: сложение двух точек */ struct point addpoint(struct point p1, struct point p2) { p1.x += p2.x; p1.y += p2.y; return p1; } Здесь оба аргумента и возвращаемое значение — структуры. Мы увеличиваем компоненты прямо в р1 и не используем для этого временной переменной, чтобы подчеркнуть, что структурные параметры передаются по значению так же, как и любые другие. В качестве другого примера приведем функцию ptinrect , которая проверяет: находится ли точка внутри прямоугольника, относительно которого мы принимаем соглашение, что в него входят его левая и нижняя стороны, но не входят верхняя и правая. /* ptinrect: возвращает 1, если р в г, и 0 в противном случае */ int ptinrect(struct point p, struct rect r) { return p.x >= r.ptl.x && p.x < r.pt2.x && p.y >= r.ptl.y && p.y < r.pt2.y; } Здесь предполагается, что прямоугольник представлен в стандартном виде, т. е. координаты точки pt1 меньше соответствующих координат точки pt2 . Следующая функция гарантирует получение прямоугольника в каноническом виде. #define min(a, b) ((a) < (b) ? (а) : (b)) #define max(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b)) /* canonrect: канонизация координат прямоугольника */ struct rect canonrect(struct rect r) { struct rect temp; temp.pt1.x = min(r.pt1.x, r.pt2.x); temp.ptl.y = min(r.pt1.y, r.pt2.y); temp.pt2.x = max(r.pt1.x, r.pt2.x); temp.pt2.y = max(r.pt1.y, r.pt2.y); return temp; } Если функции передается большая структура, то, чем копировать ее целиком, эффективнее передать указатель на нее. Указатели на структуры ничем не отличаются от указателей на обычные переменные. Объявление struct point *pp; сообщает, что рр — это указатель на структуру типа struct point . Если рр указывает на структуру point , то *рр — это сама структура, а (*рр).х и (*рр).y — ее элементы. Используя указатель рр , мы могли бы написать struct point origin, *pp; рр = &origin; printf ("origin: (%d,%d)\n", (*pp).x, (*pp).y); Скобки в (*рр).х необходимы, поскольку приоритет оператора выше, чем приоритет * . Выражение *рр.х будет проинтерпретировано как *(рр.х) , что неверно, поскольку рр.х не является указателем. Указатели на структуры используются весьма часто, поэтому для доступа к ее элементам была придумана еще одна, более короткая форма записи. Если р — указатель на структуру, то р -> элемент-структуры есть ее отдельный элемент. (Оператор -> состоит из знака - , за которым сразу следует знак > .) Поэтому printf можно переписать в виде printf("origin: (%d,%d)\n", pp->x, pp->y); Операторы и -> выполняются слева направо. Таким образом, при наличии объявления struct rect r, *rp = &r; следующие четыре выражения будут эквивалентны: r.pt1.х rp->pt1.x (r.pt1).x (rp->pt1).x Операторы доступа к элементам структуры и -> вместе с операторами вызова функции () и индексации массива [] занимают самое высокое положение в иерархии приоритетов и выполняются раньше любых других операторов. Например, если задано объявление struct { int len; char *str; } *p; то ++p->len увеличит на 1 значение элемента структуры len , а не указатель р , поскольку в этом выражении как бы неявно присутствуют скобки: ++(р->len) . Чтобы изменить порядок выполнения операций, нужны явные скобки. Так, в (++р)->len , прежде чем взять значение len , программа прирастит указатель р . В (р++)- >len указатель р увеличится после того, как будет взято значение len (в последнем случае скобки не обязательны). По тем же правилам *p->str обозначает содержимое объекта, на который указывает str ; *p->str++ прирастит указатель str после получения значения объекта, на который он указывал (как и в выражении *s++ ); (*p->str)++ увеличит значение объекта, на который указывает str ; *p++->str увеличит р после получения того, на что указывает str |