Язык С (Керниган, Ричи). Язык сиБ. В. Керниган, Д. М. Ричи
 Скачать 1.46 Mb.
|
|
Упражнение 4-2. Расширьте ATOF таким образом, чтобы она могла работать с числами вида 123.45е-6 где за числом с плавающей точкой может следовать ‘E’ и показатель экспоненты, возможно со знаком. 4.3. Еще об аргументах функций. В главе 1 мы уже обсуждали тот факт , что аргументы функций передаются по значению, т.е. вызванная функция получает свою временную копию каждого аргумента, а не его адрес. это означает, что вызванная функция не может воздействовать на исходный аргумент в вызывающей функции. Внутри функции каждый аргумент по существу является локальной переменной, ко- торая инициализируется тем значением, с которым к этой функции обратились. Если в качестве аргумента функции выступает имя массива, то передается адрес начала этого массива; сами элементы не копируются. Функция может изменять элементы массива, используя индексацию и адрес начала. Таким образом, массив передается по ссылке. В главе 5 мы обсудим, как использование указателей позволяет функциям воздействовать на отличные от массивов переменные в вызывающих функциях. Между прочим, несуществует полностью удовлетворительного способа написания переносимой функции с переменным числом аргументов. Дело в том, что нет переносимого способа, с помощью которого вызванная функция могла бы определить, сколько аргументов было фактически передано ей в данном обращении. Таким образом, вы, например, не можете написать действительно переносимую функцию, которая будет вычислять максимум от произвольного числа аргументов, как делают встроенные функции MAX в фортране и PL/1. Обычно со случаем переменного числа аргументов безопасно иметь дело, если вызванная функция не использует аргументов, которые ей на самом деле не были переданы, и если типы согласуются. Самая распространенная в языке “C” функция с переменным числом - PRINTF . Она получает из первого аргумента информацию, позволяющую определить количество остальных аргументов и их типы. Функция PRINTF работает совершенно неправильно, если вызывающая функция передает ей недостаточное количество аргументов, или если их типы не согласуются с типами, указанными в первом аргументе. Эта функция не является переносимой и должна модифицироваться при использовании в различных условиях. «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 79 Если же типы аргументов известны, то конец списка аргументов можно отметить, используя какое-то соглашение; например, считая, что некоторое специальное значение аргумента (часто нуль) является признаком конца аргументов. 4.4. Внешние переменные. Программа на языке “C” состоит из набора внешних объектов, которые являются либо переменными, либо функциями. Термин “внешний” используется главным образом в противопоставление термину “внутренний”, которым описываются аргументы и автоматические переменные, определенные внурти функций. Внешние переменные определены вне какой-либо функции и, таким образом, потенциально доступны для многих функций. Сами функции всегда являются внешними, потому что правила языка “C” не разрешают определять одни функции внутри других. По умолчанию внешние переменные являются также и “глобальными”, так что все ссылки на такую переменную, использующие одно и то же имя (даже из функций, скомпилированных независимо), будут ссылками на одно и то же. В этом смысле внешние переменные аналогичны переменным COмMON в фортране и EXTERNAL в PL/1. Позднее мы покажем, как определить внешние переменные и функции таким образом, чтобы они были доступны не глобально, а только в пределах одного исходного файла. В силу своей глобальной доступности внешние переменные предоставляют другую, отличную от аргументов и возвращаемых значений, возможность для обмена данными между функциями. Если имя внешней переменной каким-либо образом описано, то любая функция имеет доступ к этой переменной, ссылаясь к ней по этому имени. В случаях, когда связь между функциями осуществляется с помощью большого числа переменных, внешние переменные оказываются более удобными и эффективными, чем использование длинных списков аргументов. Как, однако, отмечалось в главе 1, это соображение следует использовать с определенной осторожностью, так как оно может плохо отразиться на структуре программ и приводить к программам с большим числом связей по данным между функциями. Вторая причина использования внешних переменных связана с иници- ализацией. В частности, внешние массивы могут быть инициализированы а авто- матические нет. Мы рассмотрим вопрос об инициализации в конце этой главы. Третья причина использования внешних переменных обусловлена их областью действия и временем существования. Автоматические переменные являются внутренними по отношению к функциям; они возникают при входе в функцию и исчезают при выходе из нее. Внешние переменные, напротив, существуют постоянно. Они не появляютя и не исчезают, так что могут сохра- нять свои значения в период от одного обращения к функции до другого. В силу этого, если две функции используют некоторые общие данные, причем ни одна из них не обращается к другой , то часто наиболее удобным оказывается хранить эти общие данные в виде внешних переменных, а не 80 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи передавать их в функцию и обратно с помощью аргументов. Давайте продолжим обсуждение этого вопроса на большом примере. Задача будет состоять в написании другой программы для калькулятора, лучшей,чем предыдущая. Здесь допускаются операции +,-,*,/ и знак = (для выдачи отве- та).вместо инфиксного представления калькулятор будет использовать обратную польскую нотацию,поскольку ее несколько легче реализовать.в обратной польской нотации знак следует за операндами; инфиксное выражение типа (1-2)*(4+5)= записывается в виде 12-45+*= круглые скобки при этом не нужны Реализация оказывается весьма простой.каждый операнд помещается в стек; когда поступает знак операции,нужное число операндов (два для бинарных операций) вынимается,к ним применяется операция и результат направляется обратно в стек.так в приведенном выше примере 1 и 2 помещаются в стек и затем заменяются их разностью, -1.после этого 4 и 5 вводятся в стек и затем заменяются своей суммой,9.далее числа -1 и 9 заменяются в стеке на их произведение,равное -9.операция = печатает верхний элемент стека, не удаляя его (так что промежуточные вычисления могут быть проверены). Сами операции помещения чисел в стек и их извлечения очень просты,но, в связи с включением в настоящую программу обнаружения ошибок и восстановления,они оказываются достаточно длинными. Поэтому лучше оформить их в виде отдельных функций,чем повторять соответствующий текст повсюду в программе. Кроме того, нужна отдельная функция для выборки из ввода следующей операции или операнда. Таким образом, струк- тура программы имеет вид: WHILE( поступает операция или операнд, а не конец IF ( число ) поместить его в стек еLSE IF ( операция ) вынуть операнды из стека выполнить операцию поместить результат в стек ELSE ошибка Основной вопрос, который еще не был обсужден, заключается в том,где поместить стек, т. Е. Какие процедуры смогут обращаться к нему непосредственно. Одна из таких возможностей состоит в помещении стека в MAIN и передачи самого стека и текущей позиции в стеке функциям, работающим со стеком. Но функции MAIN нет необходимости иметь дело с «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 81 переменными, управляющими стеком; ей естественно рассуждать в терминах помещения чисел в стек и извлечения их оттуда. В силу этого мы решили сделать стек и связанную с ним информацию внешними переменными , доступными функциям PUSH (помещение в стек) и POP (извлечение из стека), но не MAIN. Перевод этой схемы в программу достаточно прост. Ведущая программа является по существу большим переключателем по типу операции или операнду; это, по-видимому, более характерное применеие переключателя, чем то, которое было продемонстрировано в главе 3. #DEFINE MAXOP 20 /* MAX SIZE OF OPERAND,OPERАTOR * #DEFINE NUMBER ‘0’ /* SIGNAL THAT NUMBER FOUND */ #DEFINE TOOBIG ‘9’ /* SIGNAL THAT STRING IS TOO BIG * MAIN() /* REVERSE POLISH DESK CALCULATOR */ /( INT TUPE; CHAR S[MAXOP]; DOUBLE OP2,ATOF(),POP(),PUSH(); WHILE ((TUPE=GETOP(S,MAXOP)) !=EOF); SWITCH(TUPE) /( CASE NUMBER: PUSH(ATOF(S)); BREAK; CASE ‘+’: PUSH(POP()+POP()); BREAK; CASE ‘*’: PUSH(POP()*POP()); BREAK; CASE ‘-’: OP2=POP(); PUSH(POP()-OP2); BREAK; CASE ‘/’: OP2=POP(); IF (OP2 != 0.0) PUSH(POP()/OP2); ELSE PRINTF(“ZERO DIVISOR POPPED\N”); BREAK; CASE ‘=’: PRINTF(“\T%F\N”,PUSH(POP())); BREAK; CASE ‘C’: CLEAR(); 82 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи BREAK; CASE TOOBIG: PRINTF(“%.20S ... IS TOO LONG\N”,S) BREAK; /) /) #DEFINE MAXVAL 100 /* MAXIMUM DEPTH OF VAL STACK */ INT SP = 0; /* STACK POINTER */ DOUBLE VAL[MAXVAL]; /*VALUE STACK */ DOUBLE PUSH(F) /* PUSH F ONTO VALUE STACK */ DOUBLE F; /( IF (SP < MAXVAL) RETURN(VAL[SP++] =F); ELSE /( PRINTF(“ERROR: STACK FULL\N”); CLEAR(); RETURN(0); /) /) DOUBLE POP() /* POP TOP VALUE FROM STEACK */ /( IF (SP > 0) RETURN(VAL[—SP]); ELSE /( PRINTF(“ERROR: STACK EMPTY\N”); CLEAR(); RETURN(0); /) /) CLEAR() /* CLEAR STACK */ /( SP=0; /) Команда C очищает стек с помощью функции CLEAR, которая также используется в случае ошибки функциями PUSH и POP. к функции GETOP мы очень скоро вернемся. Как уже говорилось в главе 1, переменная является внешней, если она определена вне тела какой бы то ни было функции. Поэтому стек и указатель стека, которые должны использоваться функциями PUSH, POP и CLEAR, определены вне этих трех функций. Но сама функция MAIN не ссылается ни к стеку, ни к указателю стека - их участие тщательно замаскировано. В силу этого часть программы, соответствующая операции = , использует конструкцию «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 83 PUSH(POP()); для того, чтобы проанализировать верхний элемент стека, не изменяя его. Отметим также, что так как операции + и * коммутативны, порядок, в котором объединяются извлеченные операнды, несущественен, но в случае операций - и / необходимо различать левый и правый операнды. Упражнение 4-3. Приведенная основная схема допускает непосредственное расширение возможностей калькулятора. Включите операцию деления по модулю /%/ и унарный минус. Включите команду “стереть”, которая удаляет верхний элемент стека. Введите команды для работы с переменными. /Это просто, если имена переменных будут состоять из одной буквы из имеющихся двадцати шести букв/. 4.5. Правила, определяющие область действия. Функции и внешние переменные, входящие в состав “C”-программы, не обязаны компилироваться одновременно; программа на исходном языке может располагаться в нескольких файлах, и ранее скомпилированные процедуры могут загружаться из библиотек. Два вопроса представляют интерес: Как следует составлять описания, чтобы переменные правильно воспринимались во время компиляции ? Как следует составлять описания, чтобы обеспечить правильную связь частей программы при загрузке ? 4.5.1. Область действия. Областью действия имени является та часть программы, в которой это имя определено. Для автоматической переменной, описанной в начале функции, областью действия является та функция, в которой описано имя этой переменной, а переменные из разных функций, имеющие одинаковое имя, считаются не относящимися друг к другу. Это же справедливо и для аргументов функций. Область действия внешней переменной простирается от точки, в которой она объявлена в исходном файле, до конца этого файла. Например, если VAL, SP, PUSH, POP и CLEAR определены в одном файле в порядке, указанном выше, а именно: INT SP = 0; DOUBLE VAL[MAXVAL]; DOUBLE PUSH(F) ... DOUBLE POP() ... CLEAR() ... то переменные VAL и SP можно использовать в PUSH, POP и 84 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи CLEAR прямо по имени; никакие дополнительные описания не нужны. С другой стороны, если нужно сослаться на внешнюю переменную до ее определения, или если такая переменная определена в файле, отличном от того, в котором она используется, то необходимо описание EXTERN. Важно различать описание внешней переменной и ее определение. описание указывает свойства переменной /ее тип, размер и т.д./; определение же вызывает еще и отведение памяти. Если вне какой бы то ни было функции появляются строчки INT SP; DOUBLE VAL[MAXVAL]; то они определяют внешние переменные SP и VAL, вызывают отведение памяти для них и служат в качестве описания для остальной части этого исходного файла. В то же время строчки EXTERN INT SP; EXTERN DOUBLE VAL[]; описывают в остальной части этого исходного файла переменную SP как INT, а VAL как массив типа DOUBLE /размер которого указан в другом месте/ , но не создают переменных и не отводят им места в памяти. Во всех файлах, составляющих исходную программу, должно содержаться только одно определение внешней переменной; другие файлы могут содержать описания EXTERN для доступа к ней. /Описание EXTERN может иметься и в том файле, где находится определение/. Любая инициализация внешней переменной проводится только в определении. В определении должны указываться размеры массивов, а в описании EXTERN этого можно не делать. Хотя подобная организация приведенной выше программы и маловероятна, но VAL и SP могли бы быть определены и инициализированы в одном файле, а функция PUSH, POP и CLEAR определены в другом. В этом случае для связи были бы необходимы следующие определения и описания: в файле 1: INT SP = 0; /* STACK POINTER */ DOUBLE VAL[MAXVAL]; /* VALUE STACK */ в файле 2: EXTERN INT SP; EXTERN DOUBLE VAL[]; DOUBLE PUSH(F) ... DOUBLE POP() ... CLEAR() ... так как описания EXTERN ‘в файле 1’ находятся выше и вне трех указанных функций, они относятся ко всем ним; одного набора описаний «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи 85 достаточно для всего ‘файла 2’. Для программ большого размера обсуждаемая позже в этой главе возможность включения файлов, #INCLUDE, позволяет иметь во всей программе только одну копию описаний EXTERN и вставлять ее в каждый исходный файл во время его компиляции. Обратимся теперь к функции GETOP, выбирающей из файла ввода следующую операцию или операнд. Основная задача проста: пропустить пробелы, знаки табуляции и новые строки. Если следующий символ отличен от цифры и десятичной точки, то возвратить его. В противном случае собрать строку цифр /она может включать десятичную точку/ и возвратить NUM- BER как сигнал о том, что выбрано число. Процедура существенно усложняется, если стремиться правильно обрабатывать ситуацию, когда вводимое число оказывается слишком длинным. Функция GETOP считывает цифры подряд /возможно с десятичной точкой/ и запоминает их, пока последовательность не прерывается. Если при этом не происходит переполнения, то функция возвращает NUMBER и строку цифр. Если же число оказывается слишком длинным, то GETOP отбрасы- вает остальную часть строки из файла ввода, так что пользователь может просто перепечатать эту строку с места ошибки; функция возвращает TOOBIG как сигнал о переполнении. GETOP(S, LIM) /* GET NEXT OPRERATOR OR OPERAND */ CHAR S[]; INT LIM; INT I, C; WHILE((C=GETCH())==’ ‘\!\! C==’\T’ \!\! C==’\N’) ; IF (C != ‘.’ && (C < ‘0’ \!\! C > ‘9’)) RETURN(C); S[0] = C; FOR(I=1; (C=GETCHAR()) >=’0' && C <= ‘9’; I++) IF (I < LIM) S[I] = C; IF (C == ‘.’) /* COLLECT FRACTION */ IF (I < LIM) S[I] = C; FOR(I++;(C=GETCHAR()) >=’0' && C<=’9';I++) IF (I < LIM) S[I] =C; IF (I < LIM) /* NUMBER IS OK */ UNGETCH(C); S[I] = ‘\0’; 86 «Язык С» Б.В. Керниган, Д.М. Ричи RETURN (NUMBER); ELSE /* IT’S TOO BIG; SKIP REST OF LINE */ WHILE (C != ‘\N’ && C != EOF) C = GETCHAR(); S[LIM-1] = ‘\0’; RETURN (TOOBIG); Что же представляют из себя функции ‘GETCH’ и ‘UNGETCH’? Часто так бывает, что программа, считывающая входные данные, не может определить, что она прочла уже достаточно, пока она не прочтет слишком много. Одним из примеров является выбор символов, составляющих число: пока не появится символ, отличный от цифры, число не закончено. Но при этом программа считывает один лишний символ, символ, для которого она еще не подготовлена. Эта проблема была бы решена, если бы было бы возможно “прочесть обратно” нежелательный символ. Тогда каждый раз, прочитав лишний символ, программа могла бы поместить его обратно в файл ввода таким образом, что остальная часть программы могла бы вести себя так, словно этот символ никогда не считывался. к счастью, такое неполучение символа легко иммитировать, написав пару действующих совместно функций. Функ- ция GETCH доставляет следующий символ ввода, подлежащий рас- смотрению; функция UNGETCH помещает символ назад во ввод, так что при следующем обращении к GETCH он будет возвращен. То, как эти функции совместно работают, весьма просто. Функция UNGETCH помещает возвращаемые назад символы в совместно используемый буфер, являющийся символьным массивом. Функция GETCH читает из этого буфера, если в нем что-либо имеется; если же буфер пуст, она обращается к GETCHAR. При этом также нужна индексирующая переменная, которая будет фиксировать позицию текущего символа в буфере. Так как буфер и его индекс совместно используются функциями GETCH и UNGETCH и должны сохранять свои значения в период между обращениями, они должны быть внешними для обеих функций. Таким образом, мы можем написать GETCH, UNGETCH и эти переменные как: #DEFINE BUFSIZE 100 CHAR BUF[BUFSIZE]; /* BUFFER FOR UNGETCH */ INT BUFP = 0; /* NEXT FREE POSITION IN BUF */ GETCH() /* GET A (POSSIBLY PUSHED BACK) CHARACTER*/ RETURN((BUFP > 0) ? BUF[—BUFP] : GETCHAR()); UNGETCH(C) /* PUSH CHARACTER BACK ON INPUT */ INT C; IF (BUFP > BUFSIZE) PRINTF(“UNGETCH: TOO MANY CHARACTERS\N”); |