Язык С (Керниган, Ричи). Язык сиБ. В. Керниган, Д. М. Ричи
 Скачать 1.46 Mb.
|
|
1.5.3. Подсчет символов. Следующая программа подсчитывает число символов; она представляет собой небольшое развитие программы копирования. MAIN() /* COUNT CHARACTERS IN INPUT */ LONG NC; NC = 0; WHILE (GETCHAR() != EOF ) ++NC; PRINTF(“%1D\N”, NC); 26 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи Оператор ++NC; демонстрирует новую операцию, ++, которая означает увеличе- ние на единицу. Вы могли бы написать NC = NC + 1 , но ++NC более кратко и зачастую более эффективно. Имеется соответствующая операция — уменьшение на единицу. Операции ++ и — могут быть либо префиксными (++NC), либо постфиксными (NC++); эти две формы, как будет показано в главе 2, имеют в выражениях различные значения, но как ++NC, так и NC++ уве личивают NC. Пока мы будем придерживаться префиксных операций. Программа подсчета символов накапливает их количество в переменной типа LONG, а не INT . На PDP-11 максимальное значение равно 32767, и если описать счетчик как INT , то он будет переполняться даже при сравнительно малом файле ввода; на языке “C” для HONEYWELL и IBM типы LONG и INT являются синонимами и имеют значительно больший размер. Спецификация преобразования %1D указывает PRINTF , что соответствующий аргумент является целым типа LONG . Чтобы справиться с еще большими числами, вы можете использовать тип DOUBLE / FLOAT двойной длины/. мы также используем оператор FOR вместо WHILE с тем, чтобы проиллюстрировать другой способ записи цикла. MAIN() /* COUNT CHARACTERS IN INPUT */ DOUBLE NC; FOR (NC = 0; GETCHAR() != EOF; ++NC) ; PRINTF(“%.0F\N”, NC); Функция PRINTF использует спецификацию %F как для FLOAT , так и для DOUBLE ; спецификация %.0F подавляет печать несуществующей дробной части. Тело оператора цикла FOR здесь пусто, так как вся работа выполняется в проверочной и реинициализационной частях. Но грамматические правила языка “C” требуют, чтобы оператор FOR имел тело. Изолированная точка с запятой, соответствуюшая пустому оператору, появляется здесь, чтобы удовлетворить этому требованию. Мы выделили ее на отдельную строку, чтобы сделать ее более заметной. Прежде чем мы распростимся с программой подсчета символов, отметим, что если файл ввода не содержит никаких символов, то условие в WHILE или FOR не выполнится при самом первом обращении к GETCHAR , и, следовательно , программа выдаст нуль, т.е. Правильный ответ. это важное замечание. одним из приятных свойств операторов WHILE и FOR является то, что они проверяют условие в начале цикла, т.е. До выполнения тела. Если делать ничего не надо, то ничего не будет сделано, даже если это означает, «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 27 что тело цикла никогда не будет выполняться. программы должны действовать разумно, когда они обращаются с файлами типа “никаких символов”. Операторы WHILE и FOR помогают обеспечить правильное поведение прог- рамм при граничных значениях проверяемых условий. 1.5.4. Подсчет строк. Следующая программа подсчитывает количество строк в файле ввода. Предполагается, что строки ввода заканчиваются символом новой строки \N, скрупулезно добавленным к каждой выписанной строке. MAIN() /* COUNT LINES IN INPUT */ INT C,NL; NL = 0; WHILE ((C = GETCHAR()) != EOF) IF (C ==’\N’) ++NL; PRINTF(“%D\N”, NL); Тело WHILE теперь содержит оператор IF , который в свою очередь управляет оператором увеличения ++NL. Оператор IF проверяет заключенное в круглые скобки условие и, если оно истинно, выполняет следующий за ним оператор / или группу операторов, заключенных в фигурные скобки/. Мы опять исполь- зовали сдвиг вправо, чтобы показать, что чем управляет. Удвоенный знак равенства == является обозначением в языке “C” для “равно” /аналогично .EQ. В фортране/. Этот символ введен для того, чтобы отличать проверку на равенство от одиночного =, используемого при присваивании. Поскольку в типичных “C” - программах знак присваивания встречается примерно в два раза чаще, чем проверка на равенство, то естест- венно, чтобы знак оператора был вполовину короче. Любой отдельный символ может быть записан внутри одиночных кавычек, и при этом ему соответствует значение, равное численному значению этого символа в машинном наборе символов; это называется символьной константой. Так, например, ‘A’ - символьная константа; ее значение в наборе символов ASCII /американский стандартный код для обмена информацией/ равно 65, внутреннему представлению символа а. Конечно, ‘A’ предпочтительнее, чем 65: его смысл очевиден и он не зависит от конкретного машинного набора символов. Условные последовательности, используемые в символьных строках, также занимают законное место среди символьных констант. Так в проверках и арифметических выражениях ‘\N’ представляет значение символа новой строки. Вы должны твердо уяснить, что ‘\N’ - отдельный символ, который в выражениях эквивалентен одиночному целому; с другой стороны “\N” - это символьная строка, которая содержит только один символ. Вопрос о 28 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи сопоставлении строк и символов обсуждается в главе 2. Упражнение 1-6. Напишите программу для подсчета пробелов, табуляций и новых строк. Упражнение 1-7. Напишите программу, которая копирует ввод на вывод, заменяя при этом каждую последовательность из одного или более пробелов на один пробел. 1.5.5. Подсчет слов. Четвертая программа из нашей серии полезных программ подсчитывает количество строк, слов и символов, используя при этом весьма широкое определение, что словом является любая последовательность символов, не содержащая пробелов, табуляций или новых строк. /Это - упрощенная версия утилиты ‘WC’ системы ‘UNIX’/ #DEFINE YES 1 #DEFINE NO 0 MAIN() /* COUNT LINES, WORDS, CHARS IN INPUT */ INT C, NL, NW, INWORD; INWORD = NO; NL = NW = NC = 0; WHILE((C = GETCHAR()) != EOF) ++NC; IF (C == ‘\N’) ++NL; IF (C==’ ‘ \!\! C==’\N’ \!\! C==’\T’) INWORD = NO; ELSE IF (INWORD == NO) INWORD = YES; ++NW; PRINTF(“%D %D %D\N”, NL, NW, NC); Каждый раз, когда программа встречает первый символ слова, она увели- чивает счетчик числа слов на единицу. Переменная INWORD следит за тем, находится ли программа в настоящий момент внутри слова или нет; сначала этой переменной присваивается “ не в слове”, чему соответствует значение NO. Мы предпочитаем символические константы YES и NO литерным значениям 1 и 0, потому что они делают программу более удобной для чтения. Конечно, в такой крошечной программе, как эта, это не приводит к заметной разнице, но в больших программах увеличение ясности вполне стоит тех скромных дополни- «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 29 тельных усилий, которых требует следование этому принципу с самого начала. Вы также обнаружите, что существенные изменения гораздо легче вносить в те программы, где числа фигурируют только в качестве символьных констант. Строка NL = NW = NC = 0; полагает все три переменные равными нулю. Это не особый случай, а следствие того обстоятельства, что оператору присваивания соответствует некоторое значение и присваивания проводятся последовательно справа налево. Таким образом, дело обстоит так, как если бы мы написали NC = (NL = (NW = 0)); операция \!\! Означает OR , так что строка IF( C==’ ‘ \!\! C==’\N’ \!\! C==’\T’) говорит “если с - пробел, или с - символ новой строки, или с -табуляция ...”./ условная последовательность \T является изображением символа табуляции/. Имеется соответствующая операция && для AND. Выражения, связанные операциями && или \!\! , Рассматриваются слева на право, и при этом гарантируется, что оценивание выражений будет прекращено, как только станет ясно, является ли все выражение истинным или ложным. Так, если ‘C’ оказывается пробелом, то нет никакой необходимости проверять, является ли ‘C’ символом новой строки или табуляции, и такие проверки действительно не делаются. В данном случае это не имеет принципиального значения, но, как мы скоро увидим, в более сложных ситуациях эта особенность языка весьма существенна. Этот пример также демонстрирует оператор ELSE языка “C”, который указывает то действие, которое должно выполняться, если условие, содержащееся в операторе IF, окажется ложным. Общая форма такова: IF (выражение) оператор-1 ELSE оператор-2 Выполняется один и только один из двух операторов, связанных с конструкцией IF-ELSE. Если выражение истинно, выполняется оператор-1; если нет - выполняется оператор-2. Фактически каждый оператор может быть довольно сложным. В программе подсчета слов оператор, следующий за ELSE , является опертором IF , который управляет двумя операторами в фигурных скобках. Упражнение 1-9. Как бы вы стали проверять программу подсчета слов ? Kакие имеются ограничения ? Упражнение 1-10. 30 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи Напишите программу, которая будет печатать слова из файла ввода, причем по одному на строку. Упражнение 1-11. Переделайте программу подсчета слов, используя лучшее пределение “слова”; считайте, например словом последовательность букв, цифр и апострофов, рачинающуюся с буквы. 1.6. Массивы. Давайте напишем программу подсчета числа появлений каждой цифры, символов пустых промежутков/пробел, табуляции, новая строка/ и всех остальных символов. Конечно, такая задача несколько искусственна, но она позволит нам проиллюстрировать в одной программе сразу несколько аспектов языка “C”. Мы разбили вводимые символы на двенадцать категорий, и нам удобнее использовать массив для хранения числа появлений каждой цифры, а не десять отдельных переменных. Вот один из вариантов программы: MAIN() /* COUNT DIGITS, WHITE SPACE, OTHERS */ INT C, I, NWHITE, NOTHER; INT NDIGIT[10]; NWHITE = NOTHER = 0; FOR (I = 0; I < 10; ++I) NDIGIT[I] = 0; WHILE ((C = GETCHAR()) != EOF) IF (C >= ‘0’ && C <= ‘9’) ++NDIGIT[C-’0']; ELSE IF(C== ‘ ‘ \!\! C== ‘\N’ \!\! C== ‘\T’) ++NWHITE; ELSE ++NOTHER; PRINTF(“DIGITS =”); FOR (I = 0; I < 10; ++I) PRINTF(“ %D”, NDIGIT[I]); PRINTF(“\NWHITE SPACE = %D, OTHER = %D\N”, NWHITE, NOTHER); Описание INT NDIGIT[10]; объявляет, что NDIGIT является массивом из десяти целых. в языке “C” индексы массива всегда начинаются с нуля /а не с 1, как в фортране или PL/ 1/, так что элементами массива являются NDIGIT[0], NDIGIT[1],..., «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 31 NDIGIT[9]. эта особенность отражена в циклах FOR , которые инициализируют и печатают массив. Индекс может быть любым целым выражением, которое, конечно, может включать целые переменные, такие как I , и целые константы. Эта конкретная программа сильно опирается на свойства символьного представления цифр. Так, например, в программе проверка IF( C >= ‘0’ && C <= ‘9’)... определяет, является ли символ в ‘C’ цифрой, и если это так, то численное значение этой цифры определяется по формуле / C - ‘0’/. Такой способ работает только в том случае, если значения символьных констант ‘0’, ‘1’ и т.д. Положительны, расположены в порядке возрастания и нет ничего, кроме цифр, между константами ‘0’ и ‘9’. К счастью, это верно для всех общепринятых наборов символов. По определению перед проведением арифметических операций, вовлекающих переменные типа CHAR и INT, все они преобразуются к типу INT, TAK что в арифметических выражениях переменные типа CHAR по существу идентичны переменным типа INT. Это вполне естественно и удобно; например, C -’0'- это целое выражение со значением между 0 и 9 в соответствии с тем, какой символ от ‘0’ до ‘9’ хранится в ‘C’, и, следовательно, оно является подходящим индексом для массива NDIGIT. Выяснение вопроса, является ли данный символ цифрой, символом пустого промежутка или чем-либо еще, осуществляется последовательностью операторов IF (C >= ‘0’ && C <= ‘9’) ++NDIGIT[C-’0']; ELSE IF(C == ‘ ‘ \!\! C == ‘\N’ \!\! C == ‘\T’) ++NWHITE; ELSE ++NOTHER; Конструкция IF (условие) оператор ELSE IF (условие) оператор ELSE оператор часто встречаются в программах как средство выражения ситуаций, в которых осуществляется выбор одного из нескольких возможных решений. Программа просто движется сверху вниз до тех пор, пока не удовлетво- рится какое-нибудь условие; тогда выполняется соответствующий ‘оператор’, и вся конструкция завершается. /Конечно, ‘оператор’ может состоять из нескольких операторов, заключенных в фигурные скобки/. Если ни одно из 32 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи условий не удовлетворяется, то выполняется ‘оператор’, стоящий после заключительного ELSE, если оно присутствует. Если последнеE ELSE и соответствующий ‘оператор’ опущены (как в программе подсчета слов), то никаких действий не производится. Между начальным IF и конечным ELSE может помещаться произвольное количество групп ELSE IF (условие) оператор С точки зрения стиля целесообразно записывать эту конструкцию так, как мы показали, с тем чтобы длинные выражения не залезали за правый край страницы. Оператор SWITCH (переключатель), который рассматривается в главе 3, представляет другую возможность для записи разветвления на несколько ва- риантов. этот оператор особенно удобен, когда проверяемое выражение является либо просто некоторым целым, либо символьным выражением, совпадающим с одной из некоторого набора констант. Версия этой программы, использующая оператор SWITCH, будет для сравнения приведена в главе 3. Упражнение 1-12. Напишите программу, печатающую гистограмму длин слов из файла ввода. Самое легкое - начертить гистограмму горизонтально; вертикальная ориентация требует больших усилий. 1.7. Функции. В языке “C” функции эквивалентны подпрограммам или функциям в фортране или процедурам в PL/1, паскале и т.д. Функции дают удобный способ заключения некоторой части вычислений в черный ящик, который в дальнейшем можно использовать, не интересуясь его внутренним содержанием. Использование функций является фактически единственным способом справиться с потенциальной сложностью больших программ. Если функции организованы должным образом, то можно игнорировать то, как делается работа; достаточно знание того, что делается. Язык “C” разработан таким образом, чтобы сделать использование функций легким, удобным и эффективным. Вам будут часто встречаться функции длиной всего в несколько строчек, вызываемые только один раз, и они используются только потому, что это проясняет некоторую часть программы. До сих пор мы использовали только предоставленные нам функции типа PRINTF, GETCHAR и PUTCHAR; теперь пора написать несколько наших собственных. так как в “C” нет операции возведения в степень, подобной операции ** в фортране или PL/1, давайте проиллюстрируем механику определения функции на примере функции POWER(M,N), возводящей целое м в целую положительную степень N. Так значение POWER(2,5) равно 32. Конеч- но, эта функция не выполняет всей работы операции **, поскольку она действует только с положительными степенями небольших чисел, но лучше не создавать дополнительных затруднений, смешивая несколько различных вопросов. «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 33 Ниже приводится функция POWER и использующая ее основная программа, так что вы можете видеть целиком всю структуру. MAIN() /* TEST POWER FUNCTION */ INT I; FOR(I = 0; I < 10; ++I) PRINTF(“%D %D %D\N”,I,POWER(2,I),POWER(-3,I)); POWER(X,N) /* RAISE X N-TH POWER; N > 0 */ INT X,N; INT I, P; P = 1; FOR (I =1; I <= N; ++I) P = P * X; RETURN (P); Все функции имеют одинаковый вид: имя (список аргументов, если они имеются) описание аргументов, если они имеются описания операторы Эти функции могут быть записаны в любом порядке и находиться в одном или двух исходных файлах. Конечно, если исходная программа размещается в двух файлах, вам придется дать больше указаний при компиляции и загрузке, чем если бы она находилась в одном, но это дело операционной системы, а не атрибут языка. В данный момент, для того чтобы все полученные сведения о прогоне “C”- программ, не изменились в дальнейшем, мы будем предполагать, что обе функции находятся в одном и том же файле. Функция POWER вызывается дважды в строке PRINTF(“%D %D %D\N”,I,POWER(2,I),POWER(-3,I)); при каждом обращении функция POWER, получив два аргумента, вазвращает целое значение, которое печатается в заданном формате. В выражениях POWER(2,I) является точно таким же целым, как 2 и I. /Не все функции выдают целое значение; мы займемся этим вопросом в главе 4/. Аргументы функции POWER должны быть описаны соответствующим образом, так как их типы известны. Это сделано в строке INT X,N; которая следует за именем функции. 34 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи Описания аргументов помещаются между списком аргументов и открывающейся левой фигурной скобкой; каждое описание заканчивается точкой с запятой. Имена, использованные для аргументов функции POWER, являются чисто локальными и недоступны никаким другим функциям: другие процедуры могут использовать те же самые имена без возникновения конфликта. Это верно и для переменных I и P; I в функции POWER никак не связано с I в функции MAIN. Значение, вычисленное функцией POWER, передаются в MAIN с помощью оператора RETURN, точно такого же, как в PL/1. внутри круглых скобок можно написать любое выражение. Функция не обязана возвращать какое-либо значение; оператор RETURN, не содержащий никакого выражения, приводит к такой же передаче управления, как “сваливание на конец” функции при достижении конечной правой фигурной скобки, но при этом в вызывающую функцию не возвращается никакого полезного значения. Упражнение 1-13. Апишите программу преобразования прописных букв из айла ввода в строчные, используя при этом функцию OWER(C), которая возвращает значение ‘C’, если C’- не буква, и значение соответствующей строчной уквы, если ‘C’-буква. 1.8. Аргументы - вызов по значению. Один аспект в “C” может оказаться непривычным для программистов, которые использовали другие языки, в частности, фортран и PL/1. в языке “C” все аргументы функций передаются “по значению”. это означает, что вызванная функция получает значения своих аргументов с помощью временных переменных /фактически через стек/, а не их адреса. Это приводит к некоторым особенностям, отличным от тех, с которыми мы сталкивались в языках типа фортрана и PL/1, использующих “вызов по ссылке “, где вызванная процедура работает с адресом аргумента, а не с его значением. Главное отличие состоит в том, что в “C” вызванная функция не может изменить переменную из вызывающей функции; она может менять только свою собственную временную копию. Вызов по значению, однако, не помеха, а весьма ценное качество. Оно обычно приводит к более компактным программам, содержащим меньше не относящихся к делу переменных, потому что с аргументами можно обращаться как с удобно инициализированными локальными перемнными вызванной процедуры. Вот, например, вариант функции POWER использующей это обстоятельство POWER(X,N) /* RAISE X N-TH POWER; N > 0; VERSION 2 */ INT X,N; INT P; «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 35 FOR (P = 1; N > 0; —N) P = P * X; RETURN (P); Аргумент N используется как временная переменная; из него вычитается единица до тех пор, пока он не станет нулем. Переменная I здесь больше не нужна. чтобы ни происходило с N внутри POWER это никак не влияет на аргумент, с которым первоначально обратились к функции POWER. При необходимости все же можно добиться, чтобы функция изменила переменную из вызывающей программы. Эта программа должна обеспечить установление адреса переменной /технически, через указатель на переменную/, а в вызываемой функции надо описать соответствующий аргумент как указатель и ссылаться к фактической переменной косвенно через него. Мы рассмотрим это подробно в главе 5. Когда в качестве аргумента выступает имя массива, то фактическим значением, передаваемым функции, является адрес начала массива. /Здесь нет никакого копирования элементов массива/. С помощью индексации и адреса начала функция может найти и изменить любой элемент массива. Это - тема следующего раздела. |