Язык С (Керниган, Ричи). Язык сиБ. В. Керниган, Д. М. Ричи
 Скачать 1.46 Mb.
|
|
Упражнение 2-5. Переделайте GETBITS таким образом, чтобы биты отсчитывались слева направо. 54 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи Упражнение 2-6. Напишите программу для функции WORDLENGTH(), вычисляющей длину слова используемой машины, т.е. Число битов в переменной типа INT. Функция должна быть переносимой, т.е. Одна и та же исходная программа должна правильно работать на любой машине. Упражнение 2-7. Напишите программу для функции RIGHTROT(N,B), сдвигающей циклически целое N вправо на B битовых позиций. Упражнение 2-8. Напишите программу для функции INVERT(X,P,N), которая инвертирует (т.е. Заменяет 1 на 0 и наоборот) N битов X, начинающихся с позиции P, оставляя другие биты неизмененными. 2.10. Операции и выражения присваивания. Такие выражения, как I = I + 2 в которых левая часть повторяется в правой части могут быть записаны в сжатой форме I += 2 используя операцию присваивания вида +=. Большинству бинарных операций (операций подобных +, которые имеют левый и правый операнд) соответствует операция присваивания вида оп=, где оп - одна из операций + - * / % << >> & \^ \! Если е1 и е2 - выражения, то е1 оп= е2 эквивалентно е1 = (е1) оп (е2) за исключением того, что выражение е1 вычисляется только один раз. Обратите внимание на круглые скобки вокруг е2: X *= Y + 1 то X = X * (Y + 1) не «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 55 X = X * Y + 1 В качестве примера приведем функцию BITCOUNT, которая подсчитывает число равных 1 битов у целого аргумента. BITCOUNT(N) /* COUNT 1 BITS IN N */ UNSIGNED N; ( INT B; FOR (B = 0; N != 0; N >>= 1) IF (N & 01) B++; RETURN(B); ) Не говоря уже о краткости, такие операторы приваивания имеют то преимущество, что они лучше соответствуют образу человеческого мышления. Мы говорим: “прибавить 2 к I” или “увеличить I на 2”, но не “взять I, прибавить 2 и поместить результат опять в I”. Итак, I += 2. Кроме того, в громоздких выражениях, подобных YYVAL[YYPV[P3+P4] + YYPV[P1+P2]] += 2 Tакая операция присваивания облегчает понимание программы, так как читатель не должен скрупулезно проверять, являются ли два длинных выражения действительно одинаковыми, или задумываться, почему они не совпадают. Такая операция присваивания может даже помочь компилятору получить более эффективную программу. Мы уже использовали тот факт, что операция присваивания имеет некоторое значение и может входить в выражения; самый типичный пример WHILE ((C = GETCHAR()) != EOF) присваивания, использующие другие операции присваивания (+=, -= и т.д.) также могут входить в выражения, хотя это случается реже. Типом выражения присваивания является тип его левого операнда. Упражнение 2-9. В двоичной системе счисления операция X&(X-1) обнуляет самый правый равный 1 бит переменной X.(почему?) используйте это замечание для написания более быстрой версии функции BITCOUNT. 2.11. Условные выражения. Операторы IF (A > B) 56 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи Z = A; ELSE Z = B; конечно вычисляют в Z максимум из а и в. Условное выражение, записанное с помощью тернарной операции “?:”, предоставляет другую возможность для записи этой и аналогичных конструкций. В выражении е1 ? Е2 : е3 сначала вычисляется выражение е1. Если оно отлично от нуля (истинно), то вычисляется выражение е2, которое и становится значением условного выражения. В противном случае вычисляется е3, и оно становится значением условного выражения. Каждый раз вычисляется только одно из выражения е2 и е3. Таким образом, чтобы положить Z равным максимуму из а и в, можно написать Z = (A > B) ? A : B; /* Z = MAX(A,B) */ Следует подчеркнуть, что условное выражение действительно является выражением и может использоваться точно так же, как любое другое выражение. Если е2 и е3 имеют разные типы, то тип результата определяется по правилам преобразования, рассмотренным ранее в этой главе. например, если F имеет тип FLOAT, а N - тип INT, то выражение (N > 0) ? F : N Имеет тип DOUBLE независимо от того, положительно ли N или нет. Так как уровень старшинства операции ?: очень низок, прямо над присваиванием, то первое выражение в условном выражении можно не заключать в круглые скобки. Однако, мы все же рекомендуем это делать, так как скобки делают условную часть выражения более заметной. Использование условных выражений часто приводит к коротким программам. Например, следующий ниже оператор цикла печатает N элементов массива, по 10 в строке, разделяя каждый столбец одним пробелом и заканчивая каждую строку (включая последнюю) одним символом перевода строки. OR (I = 0; I < N; I++) PRINTF(“%6D%C”,A[I],(I%10==9 \!\! I==N-1) ? ‘\N’ : ‘ ‘) Символ перевода строки записывается после каждого десятого элемента и после N-го элемента. За всеми остальными элементами следует один пробел. Хотя, возможно, это выглядит мудреным, было бы поучительным попытаться записать это, не используя условного выражения. Упражнение 2-10. Перепишите программу для функции LOWER, которая переводит прописные буквы в строчные, используя вместо конструкции IF-ELSE «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 57 условное выражение. 2.12. Старшинство и порядок вычисления. В приводимой ниже таблице сведены правила старшинства и ас- социативности всех операций, включая и те, которые мы еще не обсуждали. Операции, расположенные в одной строке, имеют один и тот же уровень старшинства; строки расположены в порядке убывания старшинства. Так, например, операции *, / и % имеют одинаковый уровень старшинства, который выше, чем уровень операций + и -. OPERATOR ASSOCIATIVITY () [] -> . LEFT TO RIGHT ! \^ ++ — - (TYPE) * & SIZEOF RIGHT TO LEFT * / % LEFT TO RIGHT + - LEFT TO RIGHT << >> LEFT TO RIGHT < <= > >= LEFT TO RIGHT == != LEFT TO RIGHT & LEFT TO RIGHT ^ LEFT TO RIGHT \! LEFT TO RIGHT && LEFT TO RIGHT \!\! LEFT TO RIGHT ?: RIGHT TO LEFT = += -= ETC. RIGHT TO LEFT , (CHAPTER 3) LEFT TO RIGHT Операции -> и . Используются для доступа к элементам структур; они будут описаны в главе 6 вместе с SIZEOF (размер объекта). В главе 5 обсуждаются операции * (косвенная адресация) и & (адрес). Отметим, что уровень старшинства побитовых логических операций &, ^ и э ниже уровня операций == и !=. Это приводит к тому, что осуществляющие побитовую проверку выражения, подобные IF ((X & MASK) == 0) ... Для получения правильных результатов должны заключаться в круглые скобки. Как уже отмечалось ранее, выражения, в которые входит одна из ассоциативных и коммутативных операций (*, +, &, ^, э), могут перегруппировываться, даже если они заключены в круглые скобки. В большинстве случаев это не приводит к каким бы то ни было расхождениям; в ситуациях, где такие расхождения все же возможны, для обеспечения нужного порядка вычислений можно использовать явные 58 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи промежуточные переменные. В языке “C”, как и в большинстве языков, не фиксируется порядок вычисления операндов в операторе. Например в операторе вида X = F() + G(); сначала может быть вычислено F, а потом G, и наоборот; поэтому, если либо F, либо G изменяют внешнюю переменную, от которой зависит другой операнд, то значение X может зависеть от порядка вычислений. Для обеспечения нужной последовательности промежуточные результаты можно опять запоминать во временных переменных. Подобным же образом не фиксируется порядок вычисления аргументов функции, так что оператор PRINTF(“%D %D\N”,++N,POWER(2,N)); может давать (и действительно дает) на разных машинах разные результаты в зависимости от того, увеличивается ли N до или после обращения к функции POWER. Правильным решением, конечно, является запись ++N; PRINTF(“%D %D\N”,N,POWER(2,N)); Обращения к функциям, вложенные операции присваивания, операции увеличения и уменьшения приводят к так называемым “побочным эффектам” - некоторые переменные изменяются как побочный результат вычисления выражений. В любом выражении, в котором возникают побочные эффекты, могут существовать очень тонкие зависимости от порядка, в котором определяются входящие в него переменные. примером типичной неудачной ситуации является оператор A[I] = I++; Возникает вопрос, старое или новое значение I служит в качестве индекса. Компилятор может поступать разными способами и в зависимости от своей интерпретации выдавать разные результаты. Тот случай, когда происходят побочные эффекты (присваивание фактическим переменным), - оставляется на усмотрение компилятора, так как наилучший порядок сильно зависит от архитектуры машины. Из этих рассуждений вытекает такая мораль: написание программ, зависящих от порядка вычислений, является плохим методом программирования на любом языке. Конечно, необходимо знать, чего следует избегать, но если вы не в курсе, как некоторые вещи реализованы на разных машинах, это неведение может предохранить вас от неприятностей. (Отладочная программа LINT укажет большинство мест, зависящих от порядка вычислений. «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 59 3. ПОТОК УПРАВЛЕНИЯ Управляющие операторы языка определяют порядок вычислений. В приведенных ранее примерах мы уже встречались с наиболее употребительными управляющими конструкциями языка “C”; здесь мы опишем остальные операторы управления и уточним действия операторов, обсуждавшихся ранее. 3.1. Операторы и блоки Такие выражения, как X=0, или I++, или PRINTF(...), становятся операторами, если за ними следует точка с запятой, как, например, X = 0; I++; PRINTF(...); В языке “C” точка с запятой является признаком конца оператора, а не разделителем операторов, как в языках типа алгола. Фигурные скобки /( и /) используются для объединения описаний и операторов в составной оператор или блок, так что они оказываются синтаксически эквивалентны одному оператору. Один явный пример такого типа дают фигурные скобки, в которые заключаются операторы, составляющие функцию, другой - фигурные скобки вокруг группы операторов в конструкциях IF, ELSE, WHILE и FOR.(на самом деле переменные могут быть описаны внутри любого блока; мы поговорим об этом в главе 4). Точка с запятой никогда не ставится после первой фигурной скобки, которая завершает блок. 3.2. IF - ELSE Оператор IF - ELSE используется при необходимости сделать выбор. Формально синтаксис имеет вид IF (выражение) оператор-1 ELSE оператор-2, Где часть ELSE является необязательной. Сначала вычисляется выражение; если оно “истинно” /т.е. значение выражения отлично от нуля/, то выполняется оператор-1. Если оно ложно /значение выражения равно нулю/, и если есть часть с ELSE, то вместо оператора-1 выполняется оператор-2. Так как IF просто проверяет численное значение выражения, то возможно некоторое сокращение записи. Самой очевидной возможностью является запись IF (выражение) вместо IF (выражение !=0) иногда такая запись является ясной и естественной, но временами она 60 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи становится загадочной. То, что часть ELSE в конструкции IF - ELSE является необязательной, приводит к двусмысленности в случае, когда ELSE опускается во вложенной последовательности операторов IF. Эта неоднозначность разрешается обычным образом - ELSE связывается с ближайшим предыдущим IF, не содержащим ELSE. Например, в IF ( N > 0 ) IF( A > B ) Z = A; ELSE Z = B; конструкция ELSE относится к внутреннему IF, как мы и показали, сдвинув ELSE под соответствующий IF. Если это не то, что вы хотите, то для получения нужного соответствия необходимо использовать фигурные скобки: IF (N > 0) IF (A > B) Z = A; ELSE Z = B; Tакая двусмысленность особенно пагубна в ситуациях типа IF (N > 0) FOR (I = 0; I < N; I++) IF (S[I] > 0) PRINTF(“...”); RETURN(I); ELSE /* WRONG */ PRINTF(“ERROR - N IS ZERO\N”); Запись ELSE под IF ясно показывает, чего вы хотите, но компилятор не получит соответствующего указания и свяжет ELSE с внутренним IF. Ошибки такого рода очень трудно обнаруживаются. Между прочим, обратите внимание, что в IF (A > B) Z = A; ELSE Z = B; после Z=A стоит точка с запятой. Дело в том, что согласно грамматическим правилам за IF должен следовать оператор, а выражение типа Z=A, «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 61 являющееся оператором, всегда заканчивается точкой с запятой. 3.3. ELSE - IF Конструкция IF (выражение) оператор ELSEIF (выражение) оператор ELSEIF (выражение) оператор ELSE оператор встречается настолько часто, что заслуживает отдельного краткого рассмотрения. Такая последовательность операторов IF является наиболее распространенным способом программирования выбора из нескольких возможных вариантов. выражения просматриваются последовательно; если какое-то выражение оказывается истинным,то выполняется относящийся к нему оператор, и этим вся цепочка заканчивается. Каждый оператор может быть либо отдельным оператором, либо группой операторов в фигурных скобках. Последняя часть с ELSE имеет дело со случаем, когда ни одно из проверяемых условий не выполняется. Иногда при этом не надо предпринимать никаких явных действий; в этом случае хвост ELSE оператор может быть опущен, или его можно использовать для контроля, чтобы засечь “невозможное” условие. Для иллюстрации выбора из трех возможных вариантов приведем программу функции, которая методом половинного деления определяет, находится ли данное значение х в отсортированном массиве V. Элементы массива V должны быть расположены в порядке возрастания. Функция возвращает номер позиции (число между 0 и N-1), в которой значение х находится в V, и -1, если х не содержится в V. BINARY(X, V, N) /* FIND X IN V[0]...V[N-1] */ INT X, V[], N; INT LOW, HIGH, MID; LOW = 0; HIGH = N - 1; WHILE (LOW <= HIGH) MID = (LOW + HIGH) / 2; IF (X < V[MID]) HIGH = MID - 1; 62 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи ELSE IF (X > V[MID]) LOW = MID + 1; ELSE /* FOUND MATCH */ RETURN(MID); RETURN(-1); Основной частью каждого шага алгоритма является проверка, будет ли х меньше, больше или равен среднему элементу V[MID]; использование конструкции ELSE - IF здесь вполне естественно. 3.4. Переключатель Оператор SWITCH дает специальный способ выбора одного из многих вариантов, который заключается в проверке совпадения значения данного выражения с одной из заданных констант и соответствующем ветвлении. В главе 1 мы привели программу подсчета числа вхождений каждой цифры, символов пустых промежутков и всех остальных символов, использующую последовательность IF...ELSE IF...ELSE. Вот та же самая программа с переключателем. MAIN() /* COUNT DIGITS,WHITE SPACE, OTHERS */ INT C, I, NWHITE, NOTHER, NDIGIT[10]; NWHITE = NOTHER = 0; FOR (I = 0; I < 10; I++) NDIGIT[I] = 0; WHILE ((C = GETCHAR()) != EOF) SWITCH (C) CASE ‘0’: CASE ‘1’: CASE ‘2’: CASE ‘3’: CASE ‘4’: CASE ‘5’: CASE ‘6’: CASE ‘7’: CASE ‘8’: CASE ‘9’: NDIGIT[C-’0']++; BREAK; CASE ‘ ‘: CASE ‘\N’: CASE ‘\T’: NWHITE++; «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 63 BREAK; DEFAULT : NOTHER++; BREAK; PRINTF(“DIGITS =”); FOR (I = 0; I < 10; I++) PRINTF(“ %D”, NDIGIT[I]); PRINTF(“\NWHITE SPACE = %D, OTHER = %D\N”, NWHITE, NOTHER); Переключатель вычисляет целое выражение в круглых скобках (в данной программе - значение символа с) и сравнивает его значение со всеми случаями (CASE). Каждый случай должен быть помечен либо целым, либо символьной константой, либо константным выражением. Если значение константного выражения, стоящего после вариантного префикса CASE, совпадает со значением целого выражения, то выполнение начинается с этого случая. Если ни один из случаев не подходит, то выполняется оператор после префикса DEFAULT. Префикс DEFAULT является необязательным ,если его нет, и ни один из случаев не подходит, то вообще никакие действия не выполняются. Случаи и выбор по умолчанию могут располагаться в любом порядке. Все случаи должны быть различными. Оператор BREAK приводит к немедленному выходу из переключателя. Поскольку случаи служат только в качестве меток, то если вы не предпримите явных действий после выполнения операторов, соответствующих одному случаю, вы провалитесь на следующий случай. Операторы BREAK и RE- TURN являются самым обычным способом выхода из переключателя. Как мы обсудим позже в этой главе, оператор BREAк можно использовать и для немедленного выхода из операторов цикла WHILE, FOR и DO. Проваливание сквозь случаи имеет как свои достоинства, так и недостатки. К положительным качествам можно отнести то, что оно позволяет связать несколько случаев с одним действием, как было с пробелом, табуляцией и новой строкой в нашем примере. Но в то же время оно обычно приводит к необходимости заканчивать каждый случай оператором BREAK, чтобы избежать перехода к следующему случаю. Проваливание с одного случая на другой обычно бывает неустойчивым, так как оно склонно к расщеплению при модификации программы. За исключением, когда одному вычислению соответствуют несколько меток, проваливание следует использовать умеренно. Заведите привычку ставить оператор BREAK после последнего случая (в данном примере после DEFAULT), даже если это не является логически необходимым. В один прекрасный день, когда вы добавите в конец еще один случай, эта маленькая мера предосторожности избавит вас от неприятностей. 64 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи Упражнение 3-1. Напишите программу для функции EXPAND(S, T), которая копирует строку S в т, заменяя при этом символы табуляции и новой строки на видимые условные последовательности, как \N и \т. используйте переключатель. 3.5. Циклы - WHILE и FOR Мы уже сталкивались с операторами цикла WHILE и FOR. В конструкции WHILE (выражение) оператор вычисляется выражение. Если его значение отлично от нуля, то выполняется оператор и выражение вычисляется снова. Этот цикл продолжается до тех пор, пока значение выражения не станет нулем, после чего выполнение программы продолжается с места после оператора. Оператор FOR (выражение 1; выражение 2; выражение 3) оператор эквивалентен последовательности выражение 1; WHILE (выражение 2) оператор выражение 3; Грамматически все три компонента в FOR являются выражениями. наиболее распространенным является случай, когда выражение 1 и выражение 3 являются присваиваниями или обращениями к функциям, а выражение 2 - условным выражением. любая из трех частей может быть опущена, хотя точки с запятой при этом должны оставаться. Если отсутствует выражение 1 или выражение 3, то оно просто выпадает из расширения. Если же отсутствует проверка, выражение 2, то считается, как будто оно всегда истинно, так что FOR (;;) является бесконечным циклом, о котором предполагается, что он будет прерван другими средствами (такими как BREAK или RETURN). Использовать ли WHILE или FOR - это, в основном дело вкуса. Например в WHILE ((C = GETCHAR()) == ‘ ‘ \!\! C == ‘\N’ \!\! C == ‘\T’) ; /* SKIP WHITE SPACE CHARACTERS */ нет ни инициализации, ни реинициализации, так что цикл WHILЕ выглядит самым естественным. Цикл FOR, очевидно, предпочтительнее там, где имеется простая инициализация и реинициализация, поскольку при этом управляющие циклом операторы наглядным образом оказываются вместе в начале цикла. Это «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 65 наиболее очевидно в конструкции FOR (I = 0; I < N; I++) которая является идиомой языка “C” для обработки первых N элементов массива, аналогичной оператору цикла DO в фортране и PL/1. Аналогия, однако, не полная, так как границы цикла могут быть изменены внутри цикла, а управляющая переменная сохраняет свое значение после выхода из цикла, какова бы ни была причина этого выхода. Поскольку компонентами FOR могут быть произвольные выражения, они не ограничиваются только арифметическими прогрессиями. Тем не менее является плохим стилем включать в FOR вычисления, которые не относятся к управлению циклом, лучше поместить их в управляемые циклом операторы. В качестве большего по размеру примера приведем другой вариант функции ATOI, преобразующей строку в ее численный эквивалент. Этот вариант является более общим; он допускает присутствие в начале символов пустых промежутков и знака + или -. (В главе 4 приведена функция ATOF, которая выполняет то же самое преобразование для чисел с плавающей точкой). Общая схема программы отражает форму поступающих данных: - пропустить пустой промежуток, если он имеется - извлечь знак, если он имеется - извлечь целую часть и преобразовать ее Каждый шаг выполняет свою часть работы и оставляет все в подготовленном состоянии для следующей части. Весь процесс заканчивается на первом символе, который не может быть частью числа. ATOI(S) /* CONVERT S TO INTEGER */ CHAR S[]; INT I, N, SIGN; FOR(I=0;S[I]==’ ‘ \!\! S[I]==’\N’ \!\! S[I]==’\T’;I++) ; /* SKIP WHITE SPACE */ SIGN = 1; IF(S[I] == ‘+’ \!\! S[I] == ‘-’) /* SIGN */ SIGN = (S[I++]==’+’) ? 1 : - 1; FOR( N = 0; S[I] >= ‘0’ && S[I] <= ‘9’; I++) N = 10 * N + S[I] - ‘0’; RETURN(SIGN * N); Преимущества централизации управления циклом становятся еще более очевидными, когда имеется несколько вложенных циклов. Следующая функция сортирует массив целых чисел по методу шелла. основная идея сортировки по шеллу заключается в том, что сначала сравниваются удаленные элементы, а не смежные, как в обычном методе сортировки. Это приводит к быстрому 66 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи устранению большой части неупорядоченности и сокращает последующую работу. Интервал между элементами постепенно сокращается до единицы, когда сортировка фактически превращается в метод перестановки соседних элементов. SHELL(V, N) /* SORT V[0]...V[N-1] INTO INCREASING ORDER */ INT V[], N; INT GAP, I, J, TEMP; FOR (GAP = N/2; GAP > 0; GAP /= 2) FOR (I = GAP; I < N; I++) FOR (J=I-GAP; J>=0 && V[J]>V[J+GAP]; J-=GAP) TEMP = V[J]; V[J] = V[J+GAP]; V[J+GAP] = TEMP; Здесь имеются три вложенных цикла. Самый внешний цикл управляет интервалом между сравниваемыми элементами, уменьшая его от N/2 вдвое при каждом проходе, пока он не станет равным нулю. Средний цикл сравнивает каждую пару элементов, разделенных на величину интервала; самый внутренний цикл переставляет любую неупорядоченную пару. Так как интервал в конце концов сводится к единице, все элементы в результате упорядочиваются правильно. Отметим, что в силу общности конструкции FOR внешний цикл укладывается в ту же самую форму, что и остальные, хотя он и не является арифметической прогрессией. Последней операцией языка “C” является запятая “,”, которая чаще всего используется в операторе FOR. Два выражения, разделенные запятой, вычисляются слева направо, причем типом и значением результата являются тип и значение правого операнда. Таким образом, в различные части оператора FOR можно включить несколько выражений, например, для параллельного изменения двух индексов. Это иллюстрируется функцией REVERSE(S), которая располагает строку S в обратном порядке на том же месте. REVERSE(S) /* REVERSE STRING S IN PLACE */ CHAR S[]; INT C, I, J; FOR(I = 0, J = STRLEN(S) - 1; I < J; I++, J—) C = S[I]; S[I] = S[J]; S[J] = C; Запятые, которые разделяют аргументы функций, переменные в |