Язык С (Керниган, Ричи). Язык сиБ. В. Керниган, Д. М. Ричи
 Скачать 1.46 Mb.
|
|
Упражнение 1-2. Проведите эксперименты для того, чтобы узнать что произойдет, если в строке, являющейся аргументом функции PRINTF будет содержаться \X, где «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 17 X - некоторый символ, не входящий в вышеприведенный список. 1.2. Переменные и арифметика. Следующая программа печатает приведенную ниже таблицу температур по Фаренгейту и их эквивалентов по стоградусной шкале Цельсия, используя для перевода формулу C = (5/9)*(F-32). 0 -17.8 20 -6.7 40 4.4 60 15.6 260 126.7 280 137.8 300 140.9 Теперь сама программа: /* PRINT FAHRENHEIT-CELSIUS TABLE FOR F = 0, 20, ..., 300 */ MAIN() INT LOWER, UPPER, STEP; FLOAT FAHR, CELSIUS; LOWER = 0; /* LOWER LIMIT OF TEMPERATURE TABLE */ UPPER =300; /* UPPER LIMIT */ STEP= 20; /* STEP SIZE */ FAHR = LOWER; WHILE (FAHR <= UPPER) CELSIUS = (5.0/9.0) * (FAHR -32.0); PRINTF(“%4.0F %6.1F\N”, FAHR, CELSIUS); FAHR = FAHR + STEP; Первые две строки /* PRINT FAHRENHEIT-CELSIUS TABLE FOR F = 0, 20, ..., 300 */ являются комментарием, который в данном случае кратко поясняет, что делает программа. Любые символы между /* и */ игнорируются компи- лятором; можно свободно пользоваться комментариями для облегчения понимания программы. Комментарии могут появляться в любом месте, где 18 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи возможен пробел или переход на новую строку. В языке “C” все переменные должны быть описаны до их использования, обычно это делается в начале функции до первого выполняемого оператора. Если вы забудете вставить описание, то получите диагностическое сообщение от компилятора. Описание состоит из типа и списка переменных, имеющих этот тип, как в INT LOWER, UPPER, STEP; FLOAT FAHR, CELSIUS; Тип INT означает, что все переменные списка целые; тип FLOAT предназначен для чисел с плавающей точкой, т.е. для чисел, которые могут иметь дробную часть. Точность как INT , TAK и FLOAT зависит от кон- кретной машины, на которой вы работаете. На PDP-11, например, тип INT соответствует 16-битовому числу со знаком, т.е. числу, лежащему между - 32768 и +32767. Число типа FLOAT - это 32-битовое число, имеющее около семи значащих цифр и лежащее в диапазоне от 10е-38 до 10е+38. В главе 2 приводится список размеров для других машин. В языке “C” предусмотрено несколько других основных типов данных, кроме INT и FLOAT: CHAR символ - один байт SHORT короткое целое LONG длинное целое DOUBLE плавающее с двойной точностью Размеры этих объектов тоже машинно-независимы; детали приведены в главе 2. Имеются также массивы, структуры и объединения этих основных типов, указатели на них и функции,которые их возвращают; со всеми ними мы встретимся в свое время. Фактически вычисления в программе перевода температур начинаются с операторов присваивания LOWER = 0; UPPER =300; STEP = 20; FAHR =LOWER; которые придают переменным их начальные значения. каждый отдельный оператор заканчивается точкой с запятой. Каждая строка таблицы вычисляется одинаковым образом, так что мы используем цикл, повторяющийся один раз на строку. В этом назначение оператора WHILE: WHILE (FAHR <= UPPER) проверяется условие в круглых скобках. Если оно истинно (FAHR меньше или равно UPPER), то выполняется тело цикла «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 19 (все операторы, заключенные в фигурные скобки и ). Затем вновь проверяется это условие и, если оно истинно, опять выполняется тело цикла. Если же условие не выполняется ( FAHR превосходит UPPER ), цикл заканчивается и происходит переход к выполнению оператора, следующего за оператором цикла. Так как в настоящей программе нет никаких последующих операторов, то выполнение программы завершается. Тело оператора WHILE может состоять из одного или более операторов, заключенных в фигурные скобки, как в программе перевода температур, или из одного оператора без скобок, как, например, в WHILE (I < J) I = 2 * I; В обоих случаях операторы, управляемые оператором WHILE, сдвинуты на одну табуляцию, чтобы вы могли с первого взгляда видеть, какие операторы находятся внутри цикла. Такой сдвиг подчеркивает логическую структуру программы. Хотя в языке “C” допускается совершенно произвольное расположение операторов в строке, подходящий сдвиг и использование пробелов значительно облегчают чтение программ. Мы рекомендуем писать только один оператор на строке и (обычно) оставлять пробелы вокруг операторов. Расположение фигурных скобок менее существенно; мы выбрали один из нескольких популярных стилей. Выберите подходящий для вас стиль и затем используйте его последовательно. Основная часть работы выполняется в теле цикла. Температура по Цельсию вычисляется и присваивается переменной CELAIUS оператором CELSIUS = (5.0/9.0) * (FAHR-32.0); причина использования выражения 5.0/9.0 вместо выглядящего проще 5/9 заключается в том, что в языке “C”, как и во многих других языках, при делении целых происходит усечение, состоящее в отбрасывании дробной части результата. Таким образом, результат операции 5/9 равен нулю, и, конечно, в этом случае все температуры оказались бы равными нулю. Десятичная точка в константе указывает, что она имеет тип с плавающей точкой, так что, как мы и хотели, 5.0/9.0 равно 0.5555... . Мы также писали 32.0 вместо 32 , несмотря на то, что так как перемен- ная FAHR имеет тип FLOAT , целое 32 автоматически бы преобразовалось к типу FLOAT ( в 32.0) перед вычитанием. С точки зрения стиля разумно писать плавающие константы с явной десятичной точкой даже тогда, когда они имеют целые значения; это подчеркивает их плавающую природу для просмат- ривающего программу и обеспечивает то, что компилятор будет смотреть на вещи так же, как и Вы. Подробные правила о том, в каком случае целые преобразуются к типу с плаваюшей точкой, приведены в главе 2. Сейчас же отметим, что при- сваивание 20 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи FAHR = LOWER; проверка WHILE (FAHR <= UPPER) работают, как ожидается, - перед выполнением операций целые пре- образуются в плавающую форму. Этот же пример сообщает чуть больше о том, как работает PRINTF. Функция PRINTF фактически является универсальной функцией форматных преобразований, которая будет полностью описана в главе 7. Ее первым аргументом является строка символов, которая должна быть напечатана, причем каждый знак % указывает, куда должен подставляться каждый из остальных аргументов /второй, третий, .../ и в какой форме он должен пе- чататься. Например, в операторе PRINTF(“%4.0F %6.1F\N”, FAHR, CELSIUS); спецификация преобразования %4.0F говорит, что число с плавающей точкой должно быть напечатано в поле шириной по крайней мере в четыре символа без цифр после десятичной точки. спецификация %6.1F описывает другое число, которое должно занимать по крайней мере шесть позиций с одной цифрой после десятичной точки, аналогично спецификациям F6.1 в фортране или F(6,1) в PL/1. Различные части спецификации могут быть опущены: спецификация %6F говорит, что число будет шириной по крайней мере в шесть символов; спецификация %2 требует двух позиций после десятичной точки, но ширина при этом не ограничивается; спецификация %F говорит только о том, что нужно напечатать число с плавающей точкой. Функция PRINTF также распознает следующие спецификации: %D - для десятичного целого, %о - для восьмеричного числа, %х - для шестнадца- тиричного, %с - для символа, %S - для символьной строки и %% - для самого символа %. Каждая конструкция с символом % в первом аргументе функции PRINTF сочетается с соответствующим вторым, третьим, и т.д. Аргументами; они должны согласовываться по числу и типу; в противном случае вы получите бессмысленные результаты. Между прочим, функция PRINTF не является частью языка “C”; в самом языке “C” не определены операции ввода-вывода. Нет ничего таинственного и в функции PRINTF ; это - просто полезная функция, являющаяся частью стандартной библиотеки подпрограмм, которая обычно доступна “C”- программам. Чтобы сосредоточиться на самом языке, мы не будем подробно останавливаться на операциях ввода-вывода до главы 7. В частности, мы до тех пор отложим форматный ввод. Если вам надо ввести числа - прочитайте описание функции SCANF в главе 7, раздел 7.4. Функция SCANF во многом сходна с PRINTF , но она считывает входные данные, а не печатает выходные. «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 21 Упражнение 1-3. Преобразуйте программу перевода температур таким образом, чтобы она печатала заголовок к таблице. Упражнение 1-4. Напишите программы печати соответствующей таблицы перехода от градусов цельсия к градусам фаренгейта. 1.3. Оператор FOR. Как и можно было ожидать, имеется множество различных способов написания каждой программы. Давайте рассмотрим такой вариант программы перевода температур: MAIN() /* FAHRENHEIT-CELSIUS TABLE */ INT FAHR; FOR (FAHR = 0; FAHR <= 300; FAHR = FAHR + 20) PRINTF(“%4D %6.1F\N”, FAHR, (5.0/9.0)*(FAHR-32.0)); Эта программа выдает те же самые результаты, но выглядит безусловно по- другому. Главное изменение - исключение большинства переменных; осталась только переменная FAHR , причем типа INT (это сделано для того, чтобы продемонстрировать преобразование %D в функции PRINTF). Нижняя и верхняя границы и размер щага появляются только как константы в операторе FOR , который сам является новой конструкцией, а выражение, вычисляющее температуру по цельсию, входит теперь в виде третьего аргумента функции PRINTF , а не в виде отдельного оператора присваивания. Последнее изменение является примером вполне общего правила языка “C” - в любом контексте, в котором допускается использование значения переменной некоторого типа, вы можете использовать выражение этого типа. Так как третий аргумент функции PRINTF должен иметь значение с плавающей точкой, чтобы соответствовать спецификации %6.1F, то в этом месте может встретиться любое выражение плавающего типа. Сам оператор FOR - это оператор цикла, обобщающий оператор WHILE. Его функционирование должно стать ясным, если вы сравните его с ранее описанным оператором WHILE . Оператор FOR содержит три части, разделяемые точкой с запятой. Первая часть FAHR = 0 выполняется один раз перед входом в сам цикл. Вторая часть - проверка, или условие, которое управляет циклом: FAHR <= 300 это условие проверяется и, если оно истинно, то выполняется 22 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи тело цикла (в данном случае только функция PRINTF ). Затем выполняется шаг реинициализации FAHR =FAHR + 20 и условие проверяется снова. цикл завершается, когда это условие становится ложным. Так же, как и в случае оператора WHILE , тело цикла может состоять из одного оператора или из группы операторов, заключенных в фигурные скобки. Инициализирующая и реинициализирующая части могут быть любыми отдельными выражениями. Выбор между операторами WHILE и FOR произволен и основывается на том , что выглядит яснее. Оператор FOR обычно удобен для циклов, в которых инициализация и реинициализация логически связаны и каждая задается одним оператором, так как в этом случае запись более компактна, чем при использовании оператора WHILE , а операторы управления циклом сосре- дотачиваются вместе в одном месте. Упражнение 1-5. Модифицируйте программу перевода температур таким образом, чтобы она печатала таблицу в обратном порядке, т.е. От 300 градусов до 0. 1.4. Символические константы. Последнее замечание, прежде чем мы навсегда оставим программу перевода температур. Прятать “магические числа”, такие как 300 и 20, внутрь программы - это неудачная практика; они дают мало информации тем, кто, возможно, должен будет разбираться в этой программе позднее, и их трудно изменять систематическим образом. К счастью в языке “C” предусмотрен способ, позволяющий избежать таких “магических чисел”. Используя конструкцию #DEFINE , вы можете в начале программы определить символическое имя или символическую константу, которая будет конкретной строкой символов. Впоследствии компилятор заменит все не заключенные в кавычки появления этого имени на соответствующую строку. Фактически это имя может быть заменено абсолютно произвольным текстом, не обязательно цифрами #DEFINE LOWER 0/* LOWER LIMIT OF TABLE */ #DEFINE UPPER 300 /* UPPER LIMIT */ #DEFINE STEP 20 /* STEP SIZE */ MAIN () /* FAHRENHEIT-CELSIUS TABLE */ INT FAHR; FOR (FAHR =LOWER; FAHR <= UPPER; FAHR =FAHR + STEP) PRINTF(“%4D %6.1F\N”, FAHR, (5.0/9.0)*(FAHR-32)); величины LOWER, UPPER и STEP являются константами и поэтому они не указываются в описаниях. Символические имена обычно пишут прописными буквами, чтобы их было легко отличить от написанных «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 23 строчными буквами имен переменных. отметим, что в конце определения не ставится точка с запятой. Так как подставляется вся строка, следующая за определенным именем, то это привело бы к слишком большому числу точек с запятой в операторе FOR . 1.5. Набор полезных программ. Теперь мы собираемся рассмотреть семейство родственных программ, предназначенных для выполнения простых операций над символьными данными. В дальнейшем вы обнаружите, что многие программы являются просто расширенными версиями тех прототипов, которые мы здесь обсуждаем. 1.5.1. Ввод и вывод символов. Стандартная библиотека включает функции для чтения и записи по одному символу за один раз. функция GETCHAR() извлекает следующий вводимый символ каждый раз, как к ней обращаются, и возвращает этот символ в качестве своего значения. Это значит, что после C = GETCHAR() переменная ‘C’ содержит следующий символ из входных данных. Символы обычно поступают с терминала, но это не должно нас касаться до главы 7. Функция PUTCHAR(C) является дополнением к GETCHAR : в результате обращения PUTCHAR (C) содержимое переменной ‘C’ выдается на некоторый выходной носитель, обычно опять на терминал. Обращение к функциям PUTCHAR и PRINTF могут перемежаться; выдача будет появляться в том порядке, в котором происходят обращения. Как и функция PRINTF , функции GETCHAR и PUTCHAR не содержат ничего экстраординарного. Они не входят в состав языка “C”, но к ним всегда можно обратиться. 1.5.2. Копирование файла. Имея в своем распоряжении только функции GETCHAR и PUTCHAR вы можете, не зная ничего более об операциях ввода-вывода, написать удивительное количество полезных программ. Простейшим примером может служить программа посимвольного копирования вводного файла в выводной. Общая схема имеет вид: ввести символ WHILE (символ не является признаком конца файла) вывести только что 24 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи прочитанный символ ввести новый символ программа, написанная на языке “C”, выглядит следующим образом: MAIN() /* COPY INPUT TO OUTPUT; 1ST VERSION */ INT C; C = GETCHAR(); WHILE (C != EOF) PUTCHAR (C); C = GETCHAR(); оператор отношения != означает “не равно”. Основная проблема заключается в том, чтобы зафиксировать конец файла ввода. Обычно, когда функция GETCHAR наталкивается на конец файла ввода, она возвращает значение , не являющееся действительным символом; таким образом, программа может установить, что файл ввода исчерпан. Единственное осложнение, являющееся значительным неудобством, заключается в существовании двух общеупотребительных соглашений о том, какое значение фактически является признаком конца файла. Мы отсрочим решение этого вопроса, использовав символическое имя EOF для этого значения, каким бы оно ни было. На практике EOF будет либо -1, либо 0, так что для правильной работы перед программой должно стоять собственно либо #DEFINE EOF -1 либо #DEFINE EOF 0 Использовав символическую константу EOF для представления значения, возвращаемого функцией GETCHAR при выходе на конец файла, мы обеспечили, что только одна величина в программе зависит от конкретного численного значения. Мы также описали переменную ‘C’ как INT , а не CHAR , с тем чтобы она могла хранить значение, возвращаемое GETCHAR . как мы увидим в главе 2, эта величина действительно INT, так как она должна быть в состоянии в дополнение ко всем возможным символам представлять и EOF. Программистом, имеющим опыт работы на “C”, программа копирования была бы написана более сжато. В языке “C” любое присваивание, такое как C = GETCHAR() может быть использовано в выражении; его значение - просто значение, присваиваемое левой части. Если присваивание символа переменной ‘C’ поместить внутрь проверочной части оператора WHILE , то программа копирования файла запишется в виде: «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 25 MAIN() /* COPY INPUT TO OUTPUT; 2ND VERSION */ INT C; WHILE ((C = GETCHAR()) != EOF) PUTCHAR(C); Программа извлекает символ , присваивает его переменной ‘C’ и затем проверяет, не является ли этот символ признаком конца файла. Если нет - выполняется тело оператора WHILE, выводящее этот символ. Затем цикл WHILE повторяется. когда, наконец, будет достигнут конец файла ввода, оператор WHILE завершается, а вместе с ним заканчивается выполнение и функции MAIN . В этой версии централизуется ввод - в программе только одно обращение к функции GETCHAR - и ужимается программа. Вложение присваивания в проверяемое условие - это одно из тех мест языка “C”, которое приводит к значительному сокращению программ. Однако, на этом пути можно увлечься и начать писать недоступные для понимания программы. Эту тенденцию мы будем пытаться сдерживать. Важно понять , что круглые скобки вокруг присваивания в условном выражении действительно необходимы. Старшинство операции != выше, чем операции присваивания =, а это означает, что в отсутствие круглых скобок проверка условия != будет выполнена до присваивания =. Таким образом, оператор C = GETCHAR() != EOF эквивалентен оператору C = (GETCHAR() != EOF) Это, вопреки нашему желанию, приведет к тому, что ‘C’ будет принимать значение 0 или 1 в зависимости от того, натолкнется или нет GETCHAR на признак конца файла. Подробнее об этом будет сказано в главе 2/. |