Informatyka programowanie w języku C część II. dr hab. inż. Mikołaj Morzy

Transkrypt

1 Informatyka programowanie w języku C część II dr hab. inż. Mikołaj Morzy

2 plan wykładu historia języka C zmienne, operatory, instrukcje sterujące wejście/wyjście, funkcje i parametry tablice, wskaźniki, typy złożone makra i pre-procesor biblioteki standardowe alokacja pamięci

3 funkcje wejścia-wyjścia podstawowe funkcje wyjścia printf(format, argument 1, argument 2,...) puts(argument) fputs(argument, stdout) putchar(znak) podstawowe funkcje wejścia scanf(format, argument 1, argument 2,...) gets(bufor) fgets(bufor, rozmiar, stdin) getchar()

4 funkcja printf() funkcja drukuje sformatowany tekst format może zawierać znaki specjalne: %% \\ format określa typ zmiennych: %i %d: liczby całkowite %f zmienne typu float lub double %c: znaki %s: łańcuchy znaków dla łańcuchów znaków można określić ich długość #include <stdio.h> int main() { char *pi = "PI"; printf("10%% liczby %2s wynosi %f", pi, 0.1 * 3.14f );

5 funkcje putchar() i fputs() funkcja putchar() drukuje pojedynczy znak funkcja fputs() drukuje dowolny ciąg znaków #include <stdio.h> int main() { int i; for (i = 1; i <= 100; i++) { printf("%d", i); if (i % 10) putchar(' '); else putchar('\n'); return 0;

6 funkcja scanf() umożliwia wczytanie ciągu znaków do zmiennej do funkcji przekazujemy adres zmiennej lub nazwę tablicy funkcja używa tych samych formatów co printf() #include <stdio.h> int main() { char imie[100]; int n; printf("podaj imię: \n"); scanf("%s", imie); while (scanf("%i", &n) == 1) printf("%i do sześcianu wynosi %i \n", n, n*n*n); return 0;

7 funkcje fgets() i getchar() funkcja fgets() to bezpieczna wersja funkcji gets(), która czyta dane z dowolnego strumienia wejściowego funkcja getchar() wczytuje pojedynczy znak z klawiatury #include <stdio.h> int main(void) { char buffer[128], whole_line = 1, *ch; while (fgets(buffer, sizeof buffer, stdin)) { if (whole_line) { putchar('>'); if (buffer[0]!='>') { putchar(' '); fputs(buffer, stdout); for (ch = buffer; *ch && *ch!='\n'; ++ch); whole_line = *ch == '\n'; if (!whole_line) { putchar('\n'); return 0; Ala ma kota a kot ma Alę Alek ma Asa As to pies Alka > Ala ma kota > a kot ma Alę > Alek ma Asa > As to pies Alka

8 preprocesor preprocesor to fragment kompilatora, który przeszukuje kod źródłowy w poszukiwaniu dyrektyw #include <plik>: dyrektywa wstawia w danym miejscu treść wskazanego pliku nagłówkowego lub innego pliku #define NAZWA wartość: dyrektywa definiuje stałą, słowo kluczowe lub funkcję #undefine NAZWA: dyrektywa likwiduje stałą, słowo kluczowe lub funkcję #include <stdio.h> #include "/usr/bin/my_header_file.h" #define LICZBA 42 #define SUMA(a+b) (a+b) #undefine EDITOR

9 instrukcje warunkowe preprocesora preprocesor pozwala kompilować warunkowo fragmenty kodu źródłowego za pomocą poniższych dyrektyw #if: wprowadza warunek, który jeśli nie jest prawdziwy powoduje pominięcie kompilowania kodu, aż do napotkania jednej z poniższych instrukcji #else: spowoduje kompilowanie kodu jeśli warunek za #if jest nieprawdziwy, aż do napotkania jednej z instrukcji #elif: wprowadza nowy warunek, jeśli poprzedni był niespełniony #endif: zamyka ostatnią instrukcję warunkową #ifdef: kod zostanie skompilowany jeśli stała została zdefiniowana #ifndef: dyrektywa działa przeciwnie do #ifdef

10 instrukcje prekompilatora do kompilacji prekompilator zawiera także dyrektywy przydatne w samym procesie kompilacji #error: przerywa kompilację i wyświetla komunikat #warning: wyświetla ostrzeżenie w trakcie kompilacji #line: zeruje licznik linii w kompilatorze

11 makroinstrukcje (makra) makro to automatycznie wykonywana instrukcja, jest to do pewnego stopnia zamiennik dla funkcji #include <stdio.h> #define KWADRAT(n) ((n*n)) int main() { printf("2 do kwadratu wynosi %d", KWADRAT(2)); return 0; zagadka: jaki będzie wynik tego programu? #include <stdio.h> #define KWADRAT(n) ((n*n)) int main() { int x = 2; int i = KWADRAT(++x); return 0;

12 biblioteka standardowa "czysty" język C posiada bardzo niewiele wbudowanych mechanizmów, m.in. nie potrafi niczego pisać na ekranie większość systemów operacyjnych posiada tzw. bibliotekę standardową (bibliotekę języka C) biblioteka to zbiór skompilowanych funkcji które można łączyć z pisanym programem najczęściej, funkcje w bibliotece realizują spójne zadanie biblioteka standardowa nie jest napisana w C funkcje wejścia-wyjścia funkcje matematyczne komunikacja sieciowa

13 praca z plikami istnieją dwa sposoby pracy z plikami wysokopoziomowy: fopen(), fclose(), fread(), niskopoziomowy: open(), close(), read(), w przypadku pracy wysokopoziomowej z plikiem wykorzystywany jest wskaźnik FILE na strukturę opisującą plik nazwa ścieżka aktualna pozycja w pliku funkcje niskopoziomowe wykorzystują deskryptor pliku (liczbę całkowitą jednoznacznie identyfikującą plik)

14 przykład pracy z plikiem znakowym #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main () { FILE *fp; /* używamy metody wysokopoziomowej */ char tekst[] = "Hello world!"; if ((fp=fopen("test.txt", "w"))==null) { printf("nie mogę otworzyć pliku test.txt do zapisu!\n"); exit(1); fprintf(fp, "%s", tekst); /* zapisz nasz łańcuch w pliku */ fclose(fp); /* zamknij plik */ return 0;

15 strumienie język C traktuje wejście z klawiatury, wyjście na ekran lub wejście i wyjście z pliku w dokładnie ten sam sposób każde źródło danych jest reprezentowane przez strumień każdy program automatycznie dostaje trzy otwarte strumienie (należy dołączyć <stdio.h>) stdin: wejście z klawiatury stdout: wyjście na konsolę stderr: wyjście błędów (konsola)

16 zaawansowany przykład pracy z plikami poniższy program kopiuje wejście z klawiatury do pliku #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main (int argc, char *argv[]) { FILE *fp; int c; if (argc < 2) { fprintf(stderr, "Uzycie: %s nazwa_pliku\n", argv[0]); exit(-1); fp = fopen(argv[1], "w"); if (!fp) { fprintf(stderr, "Nie moge otworzyc pliku %s\n", argv[1]); exit(-1); printf("wcisnij Ctrl+D+Enter lub Ctrl+Z+Enter aby zakonczyc\n"); while ( (c = fgetc(stdin))!= EOF) { fputc(c, stdout); fputc(c, fp); fclose(fp); return 0;

17 wskaźniki wskaźnik to obiekt zawierający adres w pamięci zmiennej określonego typu wskaźniki są bardzo niebezpieczne ale niezbędne do życia zawartość adres int a = 170; zawartość adres int *b = &a;

18 wskaźniki : analogia

19 wskaźniki (cd) do użycia wskaźników konieczne są dwa operatory pobranie adresu zmiennej: &zmienna dereferencja wskaźnika: *wskaznik #include <stdio.h> int main (void) { int liczba = 100; printf("adres: %p, wartosc: %d\n", (void*)&liczba, liczba); return 0; uwaga: operator * odnosi się do zmiennej, a nie typu! int* a, b, c; int *a, *b, *c;

20 dlaczego wskaźniki mają typ: rozważ zmienną typu unsigned int przechowującą wartość = (unsigned int) = (unsigned int)* = (unsigned char)* 255 = (unsigned long)*??? ????????????????

21 arytmetyka wskaźników na wskaźnikach można przeprowadzać operacje arytmetyczne dodawania i odejmowania wynikiem operacji arytmetycznej na wskaźniku jest wskazanie na inne miejsce w pamięci int t[] = {1,3,5,7,9; int *p = &t[0]; /* wskaznik pokazuje na pierwszy element tablicy */ p += 2; /* wskaznik przesuniety o dwa elementy (nie bajty!) */

22 tablice i wskaźniki nazwa tablicy jest wskaźnikiem pokazującym na adres pierwszego elementu w tablicy do nawigowania po tablicy można więc wykorzystać wskaźniki int t[] = {100,200,300; int x = t[2]; int y = *(t + 2); /* zmienne x i y zawierają wartość 300 */ int *p; p = &t[1]; /* lub p = (t + 1); */ int z = *p; /* zmienna z zawiera wartość 200 */

23 wskaźnik jako argument funkcji jeśli zamiast zmiennej do funkcji zostanie przekazany wskaźnik na zmienną (przekazanie argumentu przez referencję), to zmiany argumentu formalnego funkcji będą widoczne na zewnątrz funkcji #include <stdio.h> void funkcja(int *wskaznik) { *wskaznik = 5; int main () { int z=3; printf("zmienna z=%d\n", z); /* wypisze 3 */ funkcja(&z); przy przekazywaniu do funkcji jako parametru tablicy, można przekazać tablicę, a można przekazać wskaźnik na pierwszy element tablicy void funkcja(int tablica[]) void funkcja(int *tablica) printf("zmienna z=%d\n", z); /* wypisze 5 */

24 czego nie robić ze wskaźnikami? nigdy nie odwołuj się do komórki wskazywanej przez wskaźnik o wartości NULL nie odwołuj się do komórki wskazywanej przez niezainicjalizowany wskaźnik nie odwołuj się do komórek poza przydzieloną pamięcią int *wsk; printf("zawartosc komorki: %d\n", *(wsk)); /* Błąd */ wsk = 0; /* wsk == NULL */ printf ("zawartosc komorki: %d\n", *(wsk)); /* Błąd */ int tab[] = { 0, 1, 2 ; tab[3] = 3; /* Błąd */

25 stałe wskaźniki istnieją dwa rodzaje stałych wskaźników wskaźnik który nie może zmienić wartości wskaźnik który nie może zmienić adresu const int *a; int * const a; int i=0; const int *a=&i; int * const b=&i; int const * const c=&i; *a = 1; /* kompilator zaprotestuje */ *b = 2; /* ok */ *c = 3; /* kompilator zaprotestuje */ a = b; /* ok */ b = a; /* kompilator zaprotestuje */ c = a; /* kompilator zaprotestuje */

26 dynamiczna alokacja pamięci wskaźniki umożliwiają dynamiczne przydzielanie pamięci do zmiennych, w tym, tworzenie tablic o rozmiarze nieznanym na etapie kompilacji int rozmiar; float *tablica; rozmiar = 3; tablica = (float*) malloc(rozmiar * sizeof(*tablica)); tablica[0] = 0.1;... tablica = realloc(tablica, 2 * rozmiar * sizeof(*tablica));... free(tablica);

27 wskaźniki : podsumowanie

28 napisy w C język C nie jest przystosowany do przetwarzania napisów biblioteka standardowa jest uboga w funkcje łańcuchowe napisy są specyficznie przechowywane w pamięci napis jest tablicą znaków zakończoną specjalnym znakiem \0 char *tekst = "Ala ma asa"; printf("%c", tekst[2]); /* wydrukuje a */ printf("%c", tekst[10]); /* wydrukuje 0 */ printf("%c", "As to pies Ali"[3]); /* wydrukuje t */ A l a m a a s a \0

29 napisy jako wskaźniki zmienna przechowująca łańcuch znaków jest w rzeczywistości wskaźnikiem na tablicę z łańcuchem znaków char *tekst = "Ala ma asa"; char tekst[] = "Ala ma asa"; char tekst[] = {'A','l','a',' ','m','a',' ','a','s','a','\0'; char tekst[5] = "Ala ma asa"; /* pisanie po pamięci */ pisanie po pamięci może spowodować segmentation fault pisanie po pamięci może niewidocznie zmodyfikować wartości innych zmiennych

30 znaki specjalne do przetwarzania napisów w języku C można wykorzystać następujące znaki specjalne znak interpretacja \a alarm (sygnał z terminala) \b usunięcie poprzedniego znaku (backspace) \f wysunięcie strony \r powrót kursora do początku wiersza \n znak nowego wiersza (0x0A LF: Linux, BSD, MacOS X, 0x0A 0x0D LF+CR: DOS, Windows) \" cudzysłów \' apostrof \\ ukośnik (backslash) \t tabulacja pozioma \v tabulacja pionowa \? pytajnik \ooo liczba oktalna (znaki 'o' należy zamienić na cyfrę [0-7]) \xhh \unnnn \unnnnnnnn liczba heksadecymalna (znaki 'h' należy zamienić na [0-9a-f]) uniwersalna nazwa znaku (nnnn: czterocyfrowy heksadecymalny identyfikator znaku) uniwersalna nazwa znaku (nnnnnnnn: ośmiocyfrowy heksadecymalny identyfikator znaku)

31 porównywanie napisów napisy to wskaźniki, więc proste porównanie dwóch zmiennych łańcuchowych porównuje adresy (a nie wartości) do porównania łańcuchów wykorzystuje się strcmp()oraz strncmp() #include <stdio.h> #include <string.h> int main(void) { char str1[100], str2[100]; int cmp; puts("podaj dwa ciągi znaków: "); fgets(str1, sizeof(str1), stdin); fgets(str2, sizeof(str2), stdin); cmp = strcmp(str1, str2); if (cmp<0) { puts("pierwszy napis jest mniejszy."); else if (cmp>0) { puts("pierwszy napis jest wiekszy."); else { puts("napisy sa takie same."); return 0;

32 inne przydatne funkcje łańcuchowe kopiowanie napisów: strcpy() char tekst[100]; strcpy(tekst, "Ala ma kota"); char napis[5]; strncpy(napis, "Ala ma kota", sizeof(napis)); napis[sizeof(napis) 1] = 0; łączenie napisów: strcat() char tekst1[10] = "Hello "; char *tekst2 = "world!"; strcat(tekst1, tekst2); puts(tekst1);

33 typy złożone język C umożliwia tworzenie własnych typów danych typ pochodny typ wyliczeniowy struktura unia najprostszą konstrukcją jest typ pochodny typedef int moj_integer; typedef float liczba_zmiennoprzecinkowa; moj_integer a = 10; liczba_zmiennoprzecinkowa x = 2.34;...

34 typ wyliczeniowy typ wyliczeniowy pozwala zdefiniować domenę poprawnych wartości kolejne wartości są przechowywane jako liczby całkowite konwencja wymaga użycia wielkich liter enum kierunek {POLNOC, POLUDNIE, WSCHOD, ZACHOD; enum kierunek gdzie_mieszka_mikolaj = POLNOC; switch(gdzie_mieszka_mikolaj) { case POLNOC: printf("mieszka na północy\n"); break; case POLUDNIE: printf("mieszka na północy\n"); break;... można zmienić przyporządkowanie liczb do wartości enum kierunek {POLNOC=10, POLUDNIE=5, WSCHOD=15, ZACHOD=0;

35 struktury struktura to typ rekordowy, w ramach jednej zmiennej można przechowywać wiele pól różnych typów nazwy, typy i liczbę pól definiuje programista struct Student { int indeks; char imie[50]; char nazwisko[100]; struct Student kowalski; kowalski.indeks = 90800; strcpy(kowalski.imie, "Jan"); strcpy(kowalski.nazwisko, "Kowalski"); struct Student nowak = {90801, "Antoni", "Nowak";...

36 unie unia to złożony typ danych, który może przechowywać dane różnych typów, ale w danym momencie przechowuje zawsze jeden określony typ union identyfikator { int PESEL; char NIP[13]; char dowod_osobisty[10]; union identyfikator id_kowalskiego; id_kowalskiego.pesel = ; union identyfikator id_nowaka = {.NIP = " ";...

37 wskaźniki na struktury i unie język C pozwala na deklarowanie zmiennych wskazujących na zmienne będące strukturami lub uniami operator -> dostępu do pól przez wskaźnik typedef struct { int x, y; wspolrzedne; int main() { wspolrzedne a = { 0, 0 ; wspolrzedne *b = &a; b->x = 10; b->y = 20; printf("ciekawe miejsce: [%i,%i]", a.x, a.y);

38 zadania napisz program, który wylicza pole i obwód koła o podanym przez użytkownika promieniu napisz program, który zapisze do pliku o dowolnej wybranej przez Ciebie nazwie Twoje imię, nazwisko, wiek i miasto urodzenia (każda informacja w nowej linii) napisz program wyświetlający na ekranie tabliczkę mnożenia w zakresie 10x10 napisz program implementujący sito Erastotenesa