WPROWADZENIE DO JĘZYKA C++ 1. Pierwszy program w C++ Przykład 1.1. pierwszy_program.cpp 1: #include <iostream> //Dołączenie do programu biblioteki <iostream> 2: using namespace std; //Deklaracja przestrzeni nazw std 3: int main() //Początek definicji programu 5: { 6: cout << "Pierwszy program!\n"; 7: return 0; 8: } Po uruchomieniu program powinien wypisać: Pierwszy program! Przykład 1.2. wprowadzanie_wypisywanie.cpp #include <iostream> using namespace std; int main() { cout<<"moj pierwszy program"; int a; cout<<"podaj bieżący rok"; cin>>a; cout<<"podany rok to: "<<a; system("pause"); return 0; } Korzystanie z bibliotek standardowych Jeśli masz bardzo stary kompilator, przedstawiony powyżej program nie będzie działał nie zostaną odnalezione nowe biblioteki standardu ANSI (ANSI nowy standard języka C++). W takim przypadku zmień kod programu na:
0: #include <iostream.h> 1: 2: int main() 3: { 4: cout << "Pierwszy program!\n"; 5: return 0; 6: } Zwróćmy uwagę, że tym razem nazwa biblioteki kończy się na.h (kropka-h) i że nie korzystamy już z przestrzeni nazw std. Jest to stary, poprzedzający ANSI styl plików nagłówkowych. Jeśli twój kompilator zadziała z tym programem, lecz nie poradzi sobie z wersją przedstawioną wcześniej, oznacza to, że jest prawdziwym antykiem. 2. Zmienne i stałe Program musi mieć możliwość przechowywania używanych przez siebie danych z których korzysta. Dzięki zmiennym i stałym mamy możliwość reprezentowania, przechowywania i manipulowania tymi danymi. 2.1. Czym jest zmienna? W C++ zmienna jest miejscem które służy do przechowywania informacji. Zmienna jest miejscem w pamięci komputera, w którym możesz umieścić wartość, i z którego możesz ją później odczytać. Należy zwrócić uwagę, że jest to jedynie tymczasowe miejsce przechowywania. Gdy wyłączysz komputer, wszystkie zmienne zostają utracone. Dane są przechowywane w pamięci Pamięć komputera można traktować jako szereg pojemników. Każdy pojemnik jest jednym z bardzo wielu takich samych pojemników, ułożonych jeden za drugim. Każdy pojemnik czyli miejsce w pamięci jest oznaczony kolejnym numerem. Te numery są nazywane adresami pamięci. Zmienna rezerwuje jeden lub więcej pojemników, w których może przechowywać wartość.
Rysunek 2.1. Schematyczna reprezentacja pamięci Przydzielanie pamięci Gdy definiujesz zmienną w C++, musisz poinformować kompilator o jej rodzaju: czy jest to liczba całkowita, znak, czy coś innego. Ta informacja mówi kompilatorowi, ile miejsca ma zarezerwować dla zmiennej oraz jaki rodzaj wartości będzie w tej zmiennej przechowywany. Każdy pojemnik ma rozmiar jednego bajta. Jeśli tworzona zmienna ma rozmiar czterech bajtów, to wymaga czterech bajtów pamięci, czyli czterech pojemników. Typ zmiennej (na przykład liczba całkowita) mówi kompilatorowi, ile pamięci (pojemników) ma przygotować dla zmiennej. Rozmiar liczb całkowitych W każdym komputerze każdy typ zmiennych zajmuje stałą ilość miejsca. Oznacza to, że liczba całkowita może mieć w jednym komputerze dwa bajty, zaś w innym cztery, lecz w danym komputerze ma zawsze ten sam, niezmienny rozmiar. Zmienna typu char (używana do przechowywania znaków) ma najczęściej rozmiar jednego bajta. Krótka liczba całkowita (short) ma w większości komputerów rozmiar dwóch bajtów, zaś długa liczba całkowita (long) ma zwykle cztery bajty. Natomiast liczba całkowita (bez słowa kluczowego short lub long) może mieć dwa lub cztery bajty. Można przypuszczać, że język powinien to określać precyzyjnie, ale tak nie jest. Ustalono jedynie co musi zostać zapewnione, to że typ short musi mieć rozmiar mniejszy lub równy typ int (integer, liczba całkowita), który z kolei musi mieć rozmiar mniejszy lub równy typowi long. Najprawdopodobniej jednak pracujesz z komputerem, w którym typ short ma dwa bajty, zaś typy int i long mają po cztery bajty.
Zapis ze znakiem i bez znaku Wszystkie typy całkowite występują w dwóch odmianach: signed (ze znakiem) oraz unsigned (bez znaku). Czasem potrzebna jest liczba ujemna, a czasem dodatnia. Liczby całkowite (krótkie i długie) bez słowa kluczowego unsigned są traktowane jako liczby ze znakiem. Liczby całkowite signed są albo dodatnie albo ujemne, zaś liczby całkowite unsigned są zawsze dodatnie. Liczby ze znakiem i liczby bez znaku mają po tyle samo bajtów, więc największa liczba, jaką można przechować w zmiennej całkowitej bez znaku jest dwa razy większa niż największa liczba dodatnia jaką można przechować w zmiennej całkowitej ze znakiem. Zmienna typu unsigned short może pomieścić wartości od 0 do 65 535. Połowa tych wartości (reprezentowana przez zmienną typu signed short) jest ujemna, więc zmienna tego typu może przechowywać jedynie wartości od 32 768 do 32 767. Jeśli wydaje ci się to skomplikowane, zajrzyj do dodatku A. Podstawowe typy zmiennych Język C++ posiada jeszcze kilka innych wbudowanych typów zmiennych. Można je wygodnie podzielić na typy całkowite, typy zmiennopozycyjne oraz typy znakowe. Zmienne zmiennoprzecinkowe zawierają wartości, które można wyrazić w postaci ułamków dziesiętnych stanowią obszerny podzbiór liczb rzeczywistych. Zmienne znakowe mają rozmiar jednego bajtu i są używane do przechowywania 256 znaków i symboli pochodzących z zestawów znaków ASCII i rozszerzonego ASCII. W tabeli 1.1 przedstawione zostały typy zmiennych używanych w programach C++. Tabela pokazuje typ zmiennej, jej rozmiar w pamięci oraz rodzaj wartości, jakie mogą być przechowywane w zmiennej takiego typu.
Tabela 1.1. Typy zmiennych Typ Rozmiar Wartości bool 1 bajt prawda lub fałsz unsigned short int 2 bajty Od 0 do 65 535 short int 2 bajty Od 32 768 do 32 767 unsigned long int 4 bajty Od 0 do 4 294 967 295 long int 4 bajty Od 2 147 483 648 do 2 147 483 647 int (16 bitów) 2 bajty Od 32 768 do 32 767 int (32 bity) 4 bajty Od 2 147 483 648 do 2 147 483 647 unsigned int (16 bitów) 2 bajty Od 0 do 65 535 unsigned int (32 bity) 4 bajty Od 0 do 4 294 967 295 char 1 bajt 256 różnych znaków float 4 bajty Od 1.2e-38 do 3.4e38 (dodatnich lub ujemnych) double 8 bajtów Od 2.2e-308 do 1.8e308 (dodatnich lub ujemnych) UWAGA: Rozmiary zmiennych mogą się różnić od pokazanych w tabeli (w zależności od używanego kompilatora i komputera). 2.2. Definiowanie zmiennej Zmienną tworzy się lub definiuje poprzez określenie jej typu, po którym wpisuje się jedną lub więcej spacji, zaś po nich nazwę zmiennej i średnik. Nazwę zmiennej może stanowić praktycznie dowolna kombinacja liter, lecz nie może ona zawierać spacji. Poprawnymi nazwami zmiennych są na przykład: x, J23qrsnf czy myage. Składania deklaracji zmiennej: typ nazwa_zmiennej; Przykład definicji (deklaracji zmiennej całkowitej o nazwie x: int x; UWAGA: Gdy deklarujesz zmienną, jest dla niej alokowana (przygotowywana i rezerwowana) pamięć. Wartość zmiennej stanowi to, co w danej chwili znajduje się w tym miejscu pamięci.
Przykłady deklaracji definiowania zmienny i przypisywania wartości: Przykład 1: int main() { int x, y, z; //deklaracja zmiennych całkowitych x, y, z z = x * y; //zmiennej z przypisujemy wartość wartości iloczynu x i y return 0; }; Przykład 2: int main() { unsigned short a, b, P; //deklaracja zmiennych całkowitych bez znaku P = a * b; return 0; }; Przykład deklarowania i wypisywania zmiennych #include <iostream> //przyłaczenie biblioteki using namespace std; //deklaracja przestrzeni nazw std } int main() { //Wprowadzenie danych z klawiatury cout<<"podaj a = "; //Wypisanie komunikatu na ekranie; int a; //deklaracja zmiennej a; cin>>a; cout<<"podaj płeć: m lub k: "; //Wypisanie komunikatu na ekranie; char p; //deklaracja zmiennej z; cin>>p; cout<<"\n"; cout<<"\n"; cout<<"licza pierwsza to: "<<a<<"\n"<<"plec: "<<p; cout<<"\n\n"; system("pause"); return 0;
Uwzględnianie wielkości liter Język C++ uwzględnia wielkość liter. Innymi słowy, odróżnia małe i duże litery. Zmienna o nazwie wiek różni się od zmiennej Wiek, która z kolei jest uważana za różną od zmiennej WIEK. Słowa kluczowe Niektóre słowa są zarezerwowane przez C++ i nie można używać ich jako nazw zmiennych. Są to słowa kluczowe, używane do sterowania działaniem programu. Należą do nich if, while, for czy main. Dokumentacja kompilatora powinna zawierać pełną listę słów kluczowych, ale słowem kluczowym prawie na pewno nie jest każda sensowna nazwa zmiennej. Uwagi: 1. Definiuj zmienną, zapisując jej typ, a następnie jej nazwę. 2. Używaj znaczących nazw dla zmiennych. 3. Pamiętaj, że język C++ uwzględnia wielkość znaków. 4. Zapamiętaj ilość bajtów, jaką każdy typ zmiennej zajmuje w pamięci oraz jakie wartości można przechowywać w zmiennych danego typu. 5. Nie używaj słów kluczowych języka C++ jako nazw zmiennych. 6. Nie używaj zmiennych bez znaku dla wartości ujemnych. 2.3. Tworzenie kilku zmiennych jednocześnie W jednej instrukcji możesz tworzyć kilka zmiennych tego samego typu; w tym celu powinieneś zapisać typ, a po nim nazwy zmiennych, oddzielone przecinkami. Na przykład: int a, b; //dwie zmienne typu int long short int area, width, length; //trzy zmienne typu long Jak widać, a i b są zadeklarowane jako zmienne typu int. Druga linia deklaruje trzy osobne zmienne typu long; ich nazwy to area (obszar), width (szerokość) oraz length (długość). W obrębie jednej instrukcji nie można deklarować zmiennych o różnych typach.
2.4. Przypisywanie zmiennym wartości Do przypisywania zmiennej wartości służy operator przypisania (=). Na przykład zmiennej a przypisujemy wartość 5, zapisując: inaczej: int a; a = 5; int a = 5; //deklaracja i inicjalizacja jednocześnie; Inicjalizacja jest podobna do przypisania, a w przypadku zmiennych całkowitych różnica między nimi jest niewielka. 2.5. Znaki Zmienne znakowe (typu char) zwykle mają rozmiar jednego bajtu, co wystarczy do przechowania jednej z 256 wartości. Typ char może być interpretowany jako mała liczba (od 0 do 255) lub jako element zestawu kodów ASCII. Skrót ASCII pochodzi od słów American Standard Code for Information Interchange. Zestaw znaków ASCII oraz jego odpowiednik ISO (International Standards Organization) służą do kodowania wszystkich liter (alfabetu łacińskiego), cyfr oraz znaków przestankowych. W kodzie ASCII mała litera a ma przypisaną wartość 97. Wszystkie duże i małe litery, wszystkie cyfry oraz wszystkie znaki przestankowe mają przypisane wartości pomiędzy 0 a 127. Dodatkowe 128 znaków i symboli jest zarezerwowanych dla wykorzystania przez producenta komputera, choć standard kodowania stosowany przez firmę IBM stał się niejako obowiązkowy. Znaki specjalne Kompilator C++ rozpoznaje pewne specjalne znaki formatujące. Najpopularniejsze z nich przedstawia tabela 3.2. Kody te umieszcza się w kodzie programu, wpisując znak odwrotnego ukośnika, a po nim znak specjalny. Znak specjalny \ zmienia znaczenie znaku, który po nim następuje. Na przykład, normalnie znak n oznacza po prostu literę n, lecz gdy jest poprzedzony znakiem specjalnym \, oznacza przejście do nowej linii.
Tabela 3.2. Znaki specjalne Znak Oznacza \a Bell (dzwonek) \b Backspace (znak wstecz) \f Form feed (koniec strony) \n New line (nowa linia) \r Carriage return (powrót karetki ; powrót na początek linii) \t Tab (tabulator) \v Vertical tab (tabulator pionowy) \' Single quote (apostrof) \" Double quote (cudzysłów) \? Question mark (znak zapytania) \\ Backslash (lewy ukośnik) \0oo Zapis ósemkowy \xhhh Zapis szesnastkowy 2.6. Stałe Do przechowywania danych służą także stałe. Jednak w odróżnieniu od zmiennej, jak sama nazwa sugeruje, wartość stałej nie ulega zmianie. Podczas tworzenia stałej trzeba ją zainicjalizować; później nie można już przypisywać jej innej wartości. W języku C++ istnieją dwa sposoby deklarowania stałych symbolicznych. Starszy, tradycyjny (obecnie uważany za przestarzały) polega na wykorzystaniu dyrektywy preprocesora, #define. Definiowanie stałych za pomocą #define Aby zdefiniować stałą w tradycyjny sposób, możesz napisać: #define nazwa_stałej wartość; Przykłady: a) #define a 15; //definicja stałej całkowitej b) #define w z ; //definicja stałej znakowej c) #define x 15.0; //definicja stałej rzeczywistej d) #define wynik true //definicja stałej logicznej Uwaga: wartość stałej określa jej typ.
Definiowanie stałych za pomocą const Definiowanie stałych w C++ za pomocą nowszego, lepszego sposobu: const typ nazwa_stałej = wartość; Przykłady: a) const int a =15; //definicja stałej całkowitej b) const char w = z ; //definicja stałej znakowej c) const float x = 15.0; //definicja stałej rzeczywistej d) const bool wynik = true //definicja stałej logicznej 2.7. Stałe wyliczeniowe Stałe wyliczeniowe umożliwiają tworzenie nowych typów, a następnie definiowanie ich zmiennych. Wartości takich zmiennych ograniczają się do wartości określonych w definicji typu. Na przykład, możesz zadeklarować typ COLOR (kolor) jako wyliczenie, dla którego możesz zdefiniować pięć wartości: RED, BLUE, GREEN, WHITE oraz BLACK. Składnię definicji wyliczenia stanowią słowo kluczowe enum, nazwa typu, otwierający nawias klamrowy, lista wartości oddzielonych przecinkami, zamykający nawias klamrowy oraz średnik. Składnia definicji stałej wyliczeniowej: enum nazwa { wartość1, wartość2, wartość3,, wartośćn }; Przykłady: a) enum kolor {red, blue, green, white, black} b) enum tydzien {pn, wt, sr, czw, pt, sob, n} Przykład programu ze stałą wyliczeniową 0: #include <iostream> 1: int main() 2: { 3: enum Days { Sunday, Monday, Tuesday, 4: Wednesday, Thursday, Friday, Saturday }; 5: 6: Days today; 7: today = Monday; 8: 9: if (today == Sunday today == Saturday) 10: std::cout << "\nuwielbiam weekendy!\n"; 11: else 12: std::cout << "\nwracaj do pracy.\n"; 13:
14: return 0; 15: } wartość wyliczeniową Monday, którą następnie sprawdzamy w linii 9. 3. Wyrażenia i instrukcje Program stanowi zestaw kolejno wykonywanych instrukcji. Jakość działania programu zależy od możliwości wykonywania określonego zestawu instrukcji w danych warunkach. 3.1. Instrukcje W C++ instrukcje kontrolują kolejność działania programu, obliczają wyrażenia lub nie robią nic (instrukcja pusta). Wszystkie instrukcje C++ kończą się średnikiem (nawet instrukcja pusta, która składa się wyłącznie ze średnika). Jedną z najczęściej występujących instrukcji jest instrukcja przypisania. Składnia instrukcji przypisania: zmienna = wartość; Przykłady: a) a = 20; b) x = a + b; Operator przypisania przypisuje to, co znajduje się po prawej stronie znaku równości elementowi znajdującemu się po lewej stronie. 3.2. Wyrażenia Wszystko, co staje się wartością, w C++ jest uważane za wyrażenie. Mówi się, że wyrażenie zwraca wartość. Skoro instrukcja 3+2; zwraca wartość 5, więc jest wyrażeniem. Wszystkie wyrażenia są jednocześnie instrukcjami. Wyrażenie: x = a + b; nie tylko dodaje do siebie a oraz b, a wynik umieszcza w x, ale także zwraca wartość tego przypisania (nową wartość x). Zatem instrukcja przypisania także jest wyrażeniem. Ponieważ jest wyrażeniem, może wystąpić po prawej stronie operatora przypisania:
y = x = a + b; Ta linia jest przetwarzana w następującym porządku: Dodaj a do b. Przypisz wynik wyrażenia a + b do x. Przypisz rezultat wyrażenia przypisania, x = a + b, do y. 3.3. Operatory Operator jest symbolem, który powoduje, że kompilator rozpoczyna działanie. Operatory działają na operandach, zaś wszystkie operandy w C++ są wyrażeniami. W C++ istnieje kilka kategorii operatorów. Dwie z tych kategorii to: operatory przypisania, operatory matematyczne. Operator przypisania Operator przypisania (=) powoduje, że operand znajdujący się po lewej stronie operatora przypisania zmienia wartość na wartość operandu znajdującego się po prawej stronie operatora. To wyrażenie: x = a + b; przypisuje operandowi x wynik dodawania wartości a i b. Operatory matematyczne Piątka operatorów matematycznych to: a) dodawanie (+), b) odejmowanie ( ), c) mnożenie (*), d) dzielenie (/), e) reszta z dzielenia (%), przykład: 17 % 5 = 2. Dodawanie i odejmowanie działają rutynowo, choć odejmowanie liczb całkowitych bez znaku może prowadzić do zadziwiających rezultatów gdy wynik będzie ujemny. Poniższy przykład pokazuje, co się stanie gdy odejmiesz dużą liczbę całkowitą bez znaku od małej liczby całkowitej bez znaku.
3.4. Inkrementacja i dekrementacja Operator inkrementacji (++) zwiększa wartość zmiennej o jeden. Operator dekrementacji (--) zmniejsza wartość zmiennej o jeden. Jeśli chcemy inkrementować zmienną C, możemy użyć następującej instrukcji: C++; // zaczynamy od C i inkrementujemy Ta instrukcja stanowi odpowiednik bardziej jawnie zapisanej operacji: C = C + 1; którą, jak wiemy, możemy zapisać w nieco prostszy sposób: C += 1; Przedrostki i przyrostki Zarówno operator inkrementacji (++), jak i dekrementacji (--) występuje w dwóch odmianach: przedrostkowej i przyrostkowej. Odmiana przedrostkowa jest zapisywana przed nazwą zmiennej (++x), zaś odmiana przyrostkowa po niej (x++). Na początku może to wydawać się dość niezrozumiałe, ale jeśli x jest zmienną całkowitą o wartości 5, to gdy napiszesz int a = ++x; poinformujesz kompilator, by inkrementował zmienną x (nadając jej wartość 6), po czym pobrał tę wartość i przypisał ją zmiennej a. Zatem po wykonaniu tej instrukcji zarówno zmienna x, jak i zmienna a mają wartość 6. Jeśli następnie napiszesz int b = x++; to poinformujesz kompilator, by pobrał wartość zmiennej x (wynoszącą 6) i przypisał ją zmiennej b, po czym powrócił do zmiennej x i inkrementował ją. W tym momencie zmienna b ma wartość 6, a zmienna x ma wartość 7. Operatory relacji Operatory relacji są używane do sprawdzania, czy dwie liczby są równe, albo czy jedna z nich jest większa lub mniejsza od drugiej. Każdy operator relacji zwraca prawdę lub fałsz.
Tabela 4.1. Operatory relacji Nazwa Operator Przykład Wynik Równe == 100 == 50; false (fałsz) 50 == 50; true (prawda) Nie równe!= 100!= 50; true (prawda) 50!= 50; false (fałsz) Większe > 100 > 50; true (prawda) 50 > 50; false (fałsz) Większe lub równe >= 100 >= 50; true (prawda) 50 >= 50; true (prawda) Mniejsze < 100 < 50; false (fałsz) 50 < 50; false (fałsz) Mniejsze lub równe <= 100 <= 50; false (fałsz) 50 <= 50; true (prawda) Uwaga: 1. Pamiętaj, że operatory relacji zwracają wartość true (prawda) lub false (fałsz). 2. Nie myl operatora przypisania (=) z operatorem relacji równości (==). Jest to jeden z najczęstszych błędów popełnianych przez programistów C++. 3.5. Operatory logiczne Tabela 4.2. Operatory logiczne Operator Symbol Przykład I (AND) && wyrażenie1 && wyrażenie2 LUB (OR) wyrażenie1 wyrażenie2 NIE (NOT)!!wyrażenie Logiczne I Instrukcja logicznego I (AND) oblicza dwa wyrażenia, jeżeli oba mają wartość true, wartością całego wyrażenia I także jest true.
Zatem if ( (x == 5) && (y == 5) ) będzie prawdziwe, gdy zarówno x, jak i y ma wartość 5, zaś będzie nieprawdziwe, gdy któraś z tych zmiennych będzie miała wartość różną od 5. Zapamiętaj, że aby całe wyrażenie było prawdziwe, prawdziwe muszą być oba wyrażenia. Logiczne LUB Instrukcja logicznego LUB (OR) oblicza dwa wyrażenia, gdy któreś z nich ma wartość true, wtedy wartością całego wyrażenia LUB także jest true. Jeśli prawdą jest, że masz gotówkę LUB prawdą jest że, masz kartę kredytową, WTEDY możesz zapłacić rachunek. Nie potrzebujesz jednocześnie gotówki i karty kredytowej, choć posiadanie obu jednocześnie nie przeszkadza. Zatem if ( (x == 5) (y == 5) ) będzie prawdziwe, gdy x lub y ma wartość 5, lub gdy obie zmienne mają wartość 5. Logiczne NIE Instrukcja logicznego NIE (NOT) ma wartość true, gdy sprawdzane wyrażenie ma wartość false. Jeżeli sprawdzane wyrażenie ma wartość true, operator logiczny NIE zwraca wartość false. Zatem if (!(x == 5) ) jest prawdziwe tylko wtedy, gdy x jest różne od 5. Identycznie działa zapis: if (x!= 5) Literatura: 1. Jesse Liberty C++ dla każdego, Helion