Язык С (Керниган, Ричи). Язык сиБ. В. Керниган, Д. М. Ричи
 Скачать 1.46 Mb.
|
|
Упражнение 5-7. Напишите программу ADD, вычисляющую обратное польское выражение из командной строки. Например, ADD 2 3 4 + * вычисляет 2*(3+4). Упражнение 5-8. Модифицируйте программы ENTAB и DETAB (указанные в качестве упражнений в главе 1) так, чтобы они получали список табуляционных остановок в качестве аргументов. Если аргументы отсутствуют, используйте стандартную установку табуляций. Упражнение 5-9. Расширьте ENTAB и DETAB таким образом, чтобы они воспринимали сокращенную нотацию ENTAB M +N означающую табуляционные остановки через каждые N столбцов, 122 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи начиная со столбца M. Выберите удобное (для пользователя) поведение функции по умолчанию. Упражнение 5-10. Напишите программу для функции TAIL, печатающей последние N строк из своего файла ввода. Пусть по умолчанию N равно 10, но это число может быть изменено с помощью необязательного аргумента, так что TAIL -N печатает последние N строк. программа должна действовать рационально, какими бы неразумными ни были бы ввод или значение N. Составьте программу так, чтобы она оптимальным образом использовала доступную память: строки должны храниться, как в функции SORT, а не в двумерном массиве фиксированного размера. 5.12. Указатели на функции В языке “с” сами функции не являются переменными, но имеется возможность определить указатель на функцию, который можно обраба- тывать, передавать другим функциям, помещать в массивы и т.д. Мы проил- люстрируем это, проведя модификацию написанной ранее программы сор- тировки так, чтобы при задании необязательного аргумента -N она бы сортировала строки ввода численно, а не лексикографически. Сортировка часто состоит из трех частей - сравнения, которое определяет упорядочивание любой пары объектов, перестановки, изменяющей их порядок, и алгоритма сортировки, осуществляющего сравнения и пере- становки до тех пор, пока объекты не расположатся в нужном порядке. Алго- ритм сортировки не зависит от операций сравнения и перестановки, так что, передавая в него различные функции сравнения и перестановки, мы можем организовать сортировку по различным критериям. Именно такой подход используется в нашей новой программе сортировки. Как и прежде, лексикографическое сравнение двух строк осуществляется функцией STRCMP, а перестановка функцией SWAP; нам нужна еще функция NUMCMP, сравнивающая две строки на основе численного значения и возвращающая условное указание того же вида, что и STRCMP. Эти три функции описываются в MAIN и указатели на них передаются в SORT. В свою очередь функция SORT обращается к этим функциям через их указатели. мы урезали обработку ошибок в аргументах с тем, чтобы сосредоточиться на главных вопросах. #DEFINE LINES 100 /* MAX NUMBER OF LINES TO BE SORTED */ MAIN(ARGC, ARGV) /* SORT INPUT LINES */ INT ARGC; «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 123 CHAR *ARGV[]; \( CHAR *LINEPTR[LINES]; /* POINTERS TO TEXT LINES */ INT NLINES; /* NUMBER OF INPUT LINES READ */ INT STRCMP(), NUMCMP(); /* COMPARSION FUNCTIONS */ INT SWAP(); /* EXCHANGE FUNCTION */ INT NUMERIC = 0; /* 1 IF NUMERIC SORT */ IF(ARGC>1 && ARGV[1][0] == ‘-’ && ARGV[1][1]==’N’) NUMERIC = 1; IF(NLINES = READLINES(LINEPTR, LINES)) >= 0) \( IF (NUMERIC) SORT(LINEPTR, NLINES, NUMCMP, SWAP); ELSE SORT(LINEPTR, NLINES, STRCMP, SWAP); WRITELINES(LINEPTR, NLINES); \) ELSE PRINTF(“INPUT TOO BIG TO SORT\N”); \) Здесь STRCMP, NIMCMP и SWAP - адреса функций; так как известно, что это функции, операция & здесь не нужна совершенно аналогично тому, как она не нужна и перед именем массива. Передача адресов функций организуется компилятором. Второй шаг состоит в модификации SORT: SORT(V, N, COMP, EXCH) /* SORT STRINGS V[0] ... V[N-1] */ CHAR *V[]; /* INTO INCREASING ORDER */ INT N; INT (*COMP)(), (*EXCH)(); \( INT GAP, I, J; FOR(GAP = N/2; GAP > 0; GAP /= 2) FOR(I = GAP; I < N; I++) FOR(J = I-GAP; J >= 0; J -= GAP) \( IF((*COMP)(V[J], V[J+GAP]) <= 0) BREAK; (*EXCH)(&V[J], &V[J+GAP]); \) \) Здесь следует обратить определенное внимание на описания. Описание INT (*COMP)() говорит, что COMP является указателем на функцию, которая возвращает значение типа INT. Первые круглые скобки здесь необходимы; без них описание INT *COMP() говорило бы, что COMP является функцией, возвращающей указатель на целые, что, конечно, совершенно другая вещь. 124 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи Использование COMP в строке IF (*COMP)(V[J], V[J+GAP]) <= 0) полностью согласуется с описанием: COMP - указатель на функцию, *COMP - сама функция, а (*COMP)(V[J], V[J+GAP]) - обращение к ней. Круглые скобки необходимы для правильного объединения компонентов. Мы уже приводили функцию STRCMP, сравнивающую две строки по первому численному значению: NUMCMP(S1, S2) /* COMPARE S1 AND S2 NUMERICALLY */ CHAR *S1, *S2; \( DOUBLE ATOF(), V1, V2; V1 = ATOF(S1); V2 = ATOF(S2); IF(V1 < V2) RETURN(-1); ELSE IF(V1 > V2) RETURN(1); ELSE RETURN (0); \) Заключительный шаг состоит в добавлении функции SWAP, переставляющей два указателя. Это легко сделать, непосредственно используя то, что мы изложили ранее в этой главе. SWAP(PX, PY) /* INTERCHANGE *PX AND *PY */ CHAR *PX[], *PY[]; \( CHAR *TEMP; TEMP = *PX; *PX = *PY; *PY = TEMP; \) Имеется множество других необязятельных аргументов, которые могут быть включены в программу сортировки: некоторые из них составляют интересные упражнения. Упражнение 5-11. Модифицируйте SORT таким образом, чтобы она работала с меткой -R, «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 125 указывающей на сортировку в обратном (убывающем) порядке. Конечно, -R должна работать с -N. Упражнение 5-12. Добавьте необязательный аргумент -F, объединяющий вместе прописные и строчные буквы, так чтобы различие регистров не учитывалось во время сортировки: данные из верхнего и нижнего регистров сортируются вместе, так что буква ‘а’ прописное и ‘а’ строчное оказываются соседними , а не разделенными целым алфавитом. Упражнение 5-13. Добавьте необязательный аргумент -D (“словарное упорядочивание”), при наличии которого сравниваются только буквы, числа и пробелы. Позаботьтесь о том, чтобы эта функция работала и вместе с -F. Упражнение 5-14. Добавьте возможность обработки полей, так чтобы можно было сортировать поля внутри строк. Каждое поле должно сортироваться в соответствии с независимым набором необязательных аргументов. (пред- метный указатель этой книги сортировался с помощью аргументов -DF для категории указателя и с -N для номеров страниц). 126 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 6. СТРУКТУРЫ. Структура - это набор из одной или более переменных, возможно различных типов, сгруппированных под одним именем для удобства обработки. (В некоторых языках, самый известный из которых паскаль, структуры называются “записями”). Традиционным примером структуры является учетная карточка работа- ющего: “служащий” описывается набором атрибутов таких, как фамилия, имя, отчество (ф.и.о.), адрес, код социального обеспечения, зарплата и т.д. Некоторые из этих атрибутов сами могут оказаться структурами: ф.и.о. Имеет несколько компонент, как и адрес, и даже зарплата. Структуры оказываются полезными при организации сложных данных особенно в больших программах, поскольку во многих ситуациях они позволяют сгруппировать связанные данные таким образом, что с ними можно обращаться, как с одним целым, а не как с отдельными объектами. В этой главе мы постараемся продемонстрировать то, как используются структуры. Программы, которые мы для этого будем использовать, больше, чем многие другие в этой книге, но все же достаточно умеренных размеров. 6.1. Основные сведения. Давайте снова обратимся к процедурам преобразования даты из главы 5. Дата состоит из нескольких частей таких, как день, месяц, и год, и, возможно, день года и имя месяца. Эти пять переменных можно объеденить в одну структуру вида: STRUCT DATE \( INT DAY; INT MONTH; INT YEAR; INT YEARDAY; CHARMON_NAME[4]; \); Описание структуры, состоящее из заключенного в фигурные скобки списка описаний, начинается с ключевого слова STRUCT. За словом STRUCT может следовать необязательное имя, называемое ярлыком структуры (здесь это DATе). Такой ярлык именует структуры этого вида и может исполь- зоваться в дальнейшем как сокращенная запись подробного описания. Элементы или переменные, упомянутые в структуре, называются членами. Ярлыки и члены структур могут иметь такие же имена, что и обычные переменные (т.е. Не являющиеся членами структур), поскольку их имена всегда можно различить по контексту. Конечно, обычно одинаковые имена присваивают только тесно связанным объектам. Точно так же, как в случае любого другого базисного типа, за правой «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 127 фигурной скобкой, закрывающей список членов, может следовать список переменных. Оператор STRUCT \( ...\) X,Y,Z; синтаксически аналогичен INT X,Y,Z; в том смысле, что каждый из операторов описывает X , Y и Z в качестве переменных соотвествующих типов и приводит к выделению для них памяти. Описание структуры, за которым не следует списка переменных, не приводит к выделению какой-либо памяти; оно только определяет шаблон или форму структуры. Однако, если такое описание снабжено ярлыком, то этот ярлык может быть использован позднее при определении фактических экземпляров струк- тур. Например, если дано приведенное выше описание DATE, то STRUCT DATE D; определяет переменную D в качестве структуры типа DATE. Внешнюю или статическую структуру можно инициализировать, поместив вслед за ее определением список инициализаторов для ее компонент: STRUCT DATE D=\( 4, 7, 1776, 186, “JUL”\); Член определенной структуры может быть указан в выражении с помощью конструкции вида имя структуры . Член Операция указания члена структуры “.” связывает имя структуры и имя члена. В качестве примера определим LEAP (признак високосности года) на основе даты, находящейся в структуре D, LEAP = D.YEAR % 4 == 0 && D.YEAR % 100 != 0 \!\! D.YEAR % 400 == 0; или проверим имя месяца IF (STRCMP(D.MON_NAME, “AUG”) == 0) ... Или преобразуем первый символ имени месяца так, чтобы оно начиналось со строчной буквы D.MON_NAME[0] = LOWER(D.MON_NAME[0]); Структуры могут быть вложенными; учетная карточка служащего может фактически выглядеть так: 128 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи STRUCT PERSON \( CHAR NAME[NAMESIZE]; CHAR ADDRESS[ADRSIZE]; LONG ZIPCODE; /* почтовый индекс */ LONG SS_NUMBER; /* код соц. Обеспечения */ DOUBLE SALARY; /* зарплата */ STRUCT DATE BIRTHDATE; /* дата рождения */ STRUCT DATE HIREDATE; /* дата поступления на работу */ \); Структура PERSON содержит две структуры типа DATE . Если мы определим EMP как STRUCT PERSON EMP; то EMP.BIRTHDATE.MONTH будет ссылаться на месяц рождения. Операция указания члена структуры “.” ассоциируется слева направо. 6.2. Структуры и функции. В языке “C” существует ряд ограничений на использование структур. Обязательные правила заключаются в том, что единственные операции, которые вы можете проводить со структурами, состоят в определении ее адреса с помощью операции & и доступе к одному из ее членов. Это влечет за собой то, что структуры нельзя присваивать или копировать как целое, и что они не могут быть переданы функциям или возвращены ими. (В последующих версиях эти ограничения будут сняты). На указатели структур эти ограничения однако не накладываются, так что структуры и функции все же могут с удобством работать совместно. И наконец, автоматические структуры, как и автоматические массивы, не могут быть инициализированы; инициализация возможна только в случае внешних или статических структур. Давайте разберем некоторые из этих вопросов, переписав с этой целью функции перобразования даты из предыдущей главы так, чтобы они использовали структуры. Так как правила запрещают непосредственную передачу структуры функции, то мы должны либо передавать отдельно компоненты, либо передать указатель всей структуры. Первая возможность демонстрируется на примере функции DAY_OF_YEAR, как мы ее написали в главе 5: D.YEARDAY = DAY_OF_YEAR(D.YEAR, D.MONTH, D.DAY); другой способ состоит в передаче указателя. если мы опишем HIREDATE как «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 129 STRUCT DATE HIREDATE; и перепишем DAY_OF_YEAR нужным образом, мы сможем тогда на- писать HIREDATE YEARDAY = DAY_OF_YEAR(&HIREDATE); передавая указатель на HIREDATE функции DAY_OF_YEAR . Функция должна быть модифицирована, потому что ее аргумент теперь является указателем, а не списком переменных. DAY_OF_YEAR(PD) /* SET DAY OF YEAR FROM MONTH, DAY */ STRUCT DATE *PD; \( INT I, DAY, LEAP; DAY = PD->DAY; LEAP = PD->YEAR % 4 == 0 && PD->YEAR % 100 != 0 \!\! PD->YEAR % 400 == 0; FOR (I =1; I < PD->MONTH; I++) DAY += DAY_TAB[LEAP][I]; RETURN(DAY); \) Описание STRUCT DATE *PD; говорит, что PD является указателем структуры типа DATE. Запись, показанная на примере PD->YEAR является новой. Если P - указатель на структуру, то P-> член структуры обращается к конкретному члену. (Операция -> - это знак минус, за которым следует знак “>”.) Так как PD указывает на структуру, то к члену YEAR можно обратиться и следующим образом (*PD).YEAR но указатели структур используются настолько часто, что запись -> оказывается удобным сокращением. Круглые скобки в (*PD).YEAR необходи- мы, потому что операция указания члена стуктуры старше , чем * . Обе операции, “->” и “.”, ассоциируются слева направо, так что конструкции слева и справа зквивалентны P->Q->MEMB (P->Q)->MEMB EMP.BIRTHDATE.MONTH (EMP.BIRTHDATE).MONTH 130 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи Для полноты ниже приводится другая функция, MONTH_DAY, пере- писанная с использованием структур. MONTH_DAY(PD) /* SET MONTH AND DAY FROM DAY OF YEAR */ STRUCT DATE *PD; \( INT I, LEAP; LEAP = PD->YEAR % 4 == 0 && PD->YEAR % 100 != 0 \!\! PD->YEAR % 400 == 0; PD->DAY = PD->YEARDAY; FOR (I = 1; PD->DAY > DAY_TAB[LEAP][I]; I++) PD->DAY -= DAY_TAB[LEAP][I]; PD->MONTH = I; \) Операции работы со структурами “->” и “.” наряду со () для списка аргументов и [] для индексов находятся на самом верху иерархии страшинства операций и, следовательно, связываются очень крепко. Если, например, имеется описание STRUCT \( INT X; INT *Y; \) *P; то выражение ++P->X увеличивает х, а не р, так как оно эквивалентно выражению ++(P->х). Для изменения порядка выполнения операций можно использовать круглые скобки: (++P)->х увеличивает P до доступа к х, а (P++)->X увеличивает P после. (круглые скобки в последнем случае необязательны. Почему ?) Совершенно аналогично *P->Y извлекает то, на что указывает Y; *P->Y++ увеличивает Y после обработки того, на что он указывает (точно так же, как и *S++); (*P->Y)++ увеличивает то, на что указывает Y; *P++->Y увеличивает P после выборки того, на что указывает Y. 6.3. Массивы сруктур. Структуры особенно подходят для управления массивами связанных переменных. Рассмотрим, например, программу подсчета числа вхождений каждого ключевого слова языка “C”. Нам нужен массив символьных строк для хранения имен и массив целых для подсчета. одна из возможностей состоит в использовании двух параллельных массивов KEYWORD и KEYCOUNT: «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 131 CHAR *KEYWORD [NKEYS]; INT KEYCOUNT [NKEYS]; Но сам факт, что массивы параллельны, указывает на возможность другой организации. Каждое ключевое слово здесь по существу является парой: CHAR *KEYWORD; INT KEYCOUNT; и, следовательно, имеется массив пар. Описание структуры STRUCT KEY \( CHAR *KEYWORD; INT KEYCOUNT; \) KEYTAB [NKEYS]; оперделяет массив KEYTAB структур такого типа и отводит для них память. Каждый элемент массива является структурой. Это можно было бы записать и так: STRUCT KEY \( CHAR *KEYWORD; INT KEYCOUNT; \); STRUCT KEY KEYTAB [NKEYS]; Так как структура KEYTAB фактически содержит постоянный набор имен, то легче всего инициализировать ее один раз и для всех членов при определении. Инициализация структур вполне аналогична предыдущим инициализациям - за определением следует заключенный в фигурные скобки список инициализаторов: STRUCT KEY \( CHAR *KEYWORD; INT KEYCOUNT; \) KEYTAB[] =\( “BREAK”, 0, “CASE”, 0, “CHAR”, 0, “CONTINUE”, 0, “DEFAULT”, 0, /* ... */ “UNSIGNED”, 0, “WHILE”, 0 \); Инициализаторы перечисляются парами соответственно членам структуры. Было бы более точно заключать в фигурные скобки инициализаторы для каждой “строки” или структуры следующим образом: \( “BREAK”, 0 \), 132 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи \( “CASE”, 0 \), Но когда инициализаторы являются простыми переменными или символьными строками и все они присутствуют, то во внутренних фигурных скобках нет необходимости. Как обычно, компилятор сам вычислит число элементов массива KEYTAB, если инициализаторы присутствуют, а скобки [] оставлены пустыми. Программа подсчета ключевых слов начинается с определения массива KEYTAB. ведущая программа читает свой файл ввода, последовательно обращаясь к функции GETWORD, которая извлекает из ввода по одному слову за обращение. Каждое слово ищется в массиве KEYTAB с помощью варианта функции бинарного поиска, написанной нами в главе 3. (Конечно, чтобы эта функция работала, список ключевых слов должен быть расположен в порядке возрастания). #DEFINE MAXWORD 20 MAIN() /* COUNT “C” KEYWORDS */ \( INT N, T; CHAR WORD[MAXWORD]; WHILE ((T = GETWORD(WORD,MAXWORD)) != EOF) IF (T == LETTER) IF((N = BINARY(WORD,KEYTAB,NKEYS)) >= 0) KEYTAB[N].KEYCOUNT++; FOR (N =0; N < NKEYS; N++) IF (KEYTAB[N].KEYCOUNT > 0) PRINTF(“%4D %S\N”, KEYTAB[N].KEYCOUNT, KEYTAB[N].KEYWORD); \) BINARY(WORD, TAB, N) /* FIND WORD IN TAB[0]...TAB[N-1] */ CHAR *WORD; STRUCT KEY TAB[]; INT N; \( INT LOW, HIGH, MID, COND; LOW = 0; HIGH = N - 1; WHILE (LOW <= HIGH) \( MID = (LOW+HIGH) / 2; IF((COND = STRCMP(WORD, TAB[MID].KEYWORD)) < 0) HIGH = MID - 1; ELSE IF (COND > 0) LOW = MID + 1; «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 133 ELSE RETURN (MID); \) RETURN(-1); \) Мы вскоре приведем функцию GETWORD; пока достаточно сказать, что она возвращает LETTER каждый раз, как она находит слово, и копирует это слово в свой первый аргумент. Величина NKEYS - это количество ключевых слов в массиве KEYTAB . Хотя мы можем сосчитать это число вручную, гораздо легче и надежнее поручить это машине, особенно в том случае, если список ключевых слов подвержен изменениям. Одной из возможностей было бы закончить список инициализаторов указанием на нуль и затем пройти в цикле сквозь массив KEYTAB, пока не найдется конец. Но, поскольку размер этого массива полностью определен к моменту компиляции, здесь имеется более простая возможность. Число элементов просто есть SIZE OF KEYTAB / SIZE OF STRUCT KEY дело в том, что в языке “C” предусмотрена унарная операция SIZEOF, выполняемая во время компиляции, которая позволяет вычислить размер любого объекта. Выражение SIZEOF(OBJECT) выдает целое, равное размеру указанного объекта. (Размер определяется в неспецифицированных единицах, называемых “байтами”, которые имеют тот же размер, что и переменные типа CHAR). Объект может быть фактической переменной, массивом и структурой, или именем основного типа, как INT или DOUBLE, или именем производного типа, как структура. В нашем случае число ключевых слов равно размеру массива, деленному на размер одного элемента массива. Это вычисление используется в утвержде- нии #DEFINE для установления значения NKEYS: #DEFINE NKEYS (SIZEOF(KEYTAB) / SIZEOF(STRUCT KEY)) Теперь перейдем к функции GETWORD. Мы фактически написали более общий вариант функции GETWORD, чем необходимо для этой программы, но он не на много более сложен. Функция GETWORD возвращает следующее “слово” из ввода, где словом считается либо строка букв и цифр, начина- ющихся с буквы, либо отдельный символ. Тип объекта возвращается в качетве значения функции; это - LETTER, если найдено слово, EOF для конца файла и сам символ, если он не буквенный. GETWORD(W, LIM) /* GET NEXT WORD FROM INPUT */ 134 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи CHAR *W; INT LIM; \( INT C, T; IF (TYPE(C=*W++=GETCH()) !=LETTER) \( *W=’\0'; RETURN(C); \) WHILE (—LIM > 0) \( T = TYPE(C = *W++ = GETCH()); IF (T ! = LETTER && T ! = DIGIT) \( UNGETCH(C); BREAK; \) \) *(W-1) - ‘\0’; RETURN(LETTER); \) Функция GETWORD использует функции GETCH и UNGETCH, которые мы написали в главе 4: когда набор алфавитных символов прерывается, функция GETWORD получает один лишний символ. В результате вызова UNGETCH этот символ помещается назад во ввод для следующего обращения. Функция GETWORD обращается к функции TYPE для определения типа каждого отдельного символа из файла ввода. Вот вариант, справедливый только для алфавита ASCII. TYPE(C) /* RETURN TYPE OF ASCII CHARACTER */ INT C; \( IF (C>= ‘A’ && C<= ‘Z’ \!\! C>= ‘A’ && C<= ‘Z’) RETURN(LETTER); ELSE IF (C>= ‘0’ && C<= ‘9’) RETURN(DIGIT); ELSE RETURN(C); \) Символические константы LETTER и DIGIT могут иметь любые значения, лишь бы они не вступали в конфликт с символами, отличными от буквенно- цифровых, и с EOF; очевидно возможен следующий выбор #DEFINE LETTER ‘A’ #DEFINE DIGIT ‘0’ функция GETWORD могла бы работать быстрее, если бы обращения к |