Podstawy Programowania Wykład 1
Jak się uczyć programowania? Wykład i laboratorium Literatura Jerzy Grębosz Symfonia C++ Bjarne Stroustrup Język C++ Bruce Eckel Thinking in C++ Tony L. Hansen C++ zadania i odpowiedzi Tutoriale w Internecie Samodzielne pisanie programów!!!
Podstawowe pojęcia Komputer może być traktowany jako urządzenie służące do przechowywania i przetwarzania informacji. Działanie komputera jest kontrolowane przez wykonywany przez niego program.
Podstawowe pojęcia Procesor zawiera dwa podstawowe elementy element nadzorujący i koordynujący działania komputera (CU control unit) element odpowiedzialny za operacje arytmetyczne i logiczne (ALU arithmetic logic unit) Pamięć (wewnętrzna) Przechowuje m.in. uruchamiany program, dane niezbędne do poprawnego działania uruchamianego programu.
Pojęcia podstawowe Pamięć komputera może być traktowana jako ciąg komórek pamięci (nazywanych czasami słowami). Każda komórka pamięci ma pewien adres, określający jej pozycję w pamięci. Komórka pamięci składa sie z pewnej liczby bitów (zazwyczaj 8, 16, 32 lub 64).
Program Program to ciąg ciąg instrukcji Wykonywany program zajmuje grupę powiązanych z sobą komórek pamięci. Komórki lub grupy komórek zawierają poszczególne instrukcje programu. Różne instrukcje są reprezentowane przez różne kombinacje bitów w komórkach pamięci.
Program Instrukcja mówi komputerowi, że powinien wykonać jakieś zadanie (np. dodać dwie liczby w ALU) Podczas wykonywania programu CU czyta kolejne instrukcje z pamięci i zapewnia, że są one wykonywane w odpowiednim porządku.
Program Instrukcja może być traktowana jako pewien ciąg zer i jedynek. Instrukcja o takiej samej roli może mieć różną postać na różnych modelach komputerów.
Języki programowania Początkowo programy były pisane tylko w kodzie maszynowym. Obecnie programy pisze sie w językach wysokiego poziomu zrozumiałych dla człowieka. Przykładowe języki: Ada, Pascal, C, C++, Cobol, Fortran Programy napisane w językach wysokiego poziomu są tłumaczone na kod maszynowy za pomocą specjalnego translatora ( kompilator).
Języki programowania Kod maszynowy (przykład): 1100111101011000 100000011111010 1100110011001010 Język asembler: push beer call printf add esp,16 pop ecx Program jest tłumaczony na kod maszynowy przy użyciu programu asemblera. Język wysokiego poziomu: int c=a+b; cout<< dane o uzytkownikach ;
Etapy tworzenia programu określenie zadań programu (faza analizy wymagań i specyfikacji) zaprojektowanie sposobu rozwiązania problemu (algorytmu) (faza projektowa) zapis projektu w wybranym języku programowania (faza implementacji) kompilacja i uruchomienie programu sprawdzenie czy program działa poprawnie (faza testowania)
Etapy tworzenia programu Na wykładzie z Podstaw Programowania interesują nas 3 ostatnie punkty: zapis algorytmu w wybranym języku programowania (faza implementacji) kompilacja i uruchomienie programu sprawdzenie czy program działa poprawnie (faza testowania)
Tworzenie programu Uczymy się programować w języku C++
Tworzenie programu Program piszemy posługując się edytorem tekstu Powstaje wówczas tzw. kod źródłowy (w języku C++ plik z rozszerzeniem cpp). W czasie zajęć laboratoryjnych będziemy wykorzystywać darmową aplikację: Bloodshed Dev-C++
Bloodshed Dev C++ Kod źródłowy programu
Kompilacja programu Wersja źródłowa programu musi zostać przetłumaczona na język maszyny (procesora). Służy do tego kompilator danego języka programowania Kompilator sprawdza przy tym czy w programie nie ma błędów składniowych.
Kompilacja programu Dev C++ Wskazanie błędu Informacja o błędach w składni
Kompilacja programu Skompilowana wersja (zazwyczaj zapisywana w pliku na dysku jako tzw. plik obiektowy object file z rozszerzeniem obj) jest zapisana w języku maszynowym. Nie jest to jeszcze gotowy program. Aby tak się stało muszą zostać dołączone do niego tzw. biblioteki.
Linkowanie (konsolidacja) programu Biblioteki zawierają dodatkowe instrukcje programu, napisane wcześniej bądź przez kogoś innego i oddzielnie skompilowane. Proces łączenia (tzw. linkowanie, polska nazwa - konsolidacja) programu z bibliotekami wykonywany jest przez program zwany linkerem. Rezultatem linkowania jest gotowy do uruchomienia program (plik z rozszerzeniem exe)
Linkowanie (konsolidacja) programu Dołączanie bibliotek (include)
Uruchomienie programu Dev C++
Debugger W tworzeniu programów pomocnym narzędziem jest tzw. debugger (po polsku - odpluskiwacz). Debugger umożliwia śledzenie działania programu i usuwanie w nim błędów (ang. bug).
Debugger Dev C++
Jak stworzyć program? 1. Znajdź odpowiedni algorytm. 2. Stwórz wersje źródłową programu. 3. Uruchom kompilację. 4. Jeśli są błędy (kompilacji), wróć do punktu 2 (ewentualnie uruchom Debugger). 5. Uruchom program. 6. Jeśli są błędy (wykonania), wróć do punktu 2. 5. Sprzedaj program za ogromne pieniądze.
Język programowania Każdy język programowania ma swoją składnię: o nazwy o słowa kluczowe o znaki specjalne o struktura programu o operatory o instrukcje Operacje wejścia/wyjścia, nie są częścią definicji języka C++.
Operacje wejścia/wyjścia (obiektowo) Wejście cin>>... Wyjście cout<<... Strumienie cin i cout są zdefiniowane w bibliotece iostream (InputOutputStream)
Operacje wejścia/wyjścia - #include <iostream> using namespace std; int main() cout<<"niedziela-wyklad z Programowania"<<endl; system("pause"); return 0;
Operacje wejścia/wyjścia (obiektowo) #include <iostream> using namespace std; int main() cout<<"niedziela - "<<"wyklad z"<< "Programowania"<<endl; system("pause"); return 0;
Operacje wejścia/wyjścia (obiektowo) #include <iostream> using namespace std; int main() cout<<"niedziela - "; cout<<"wyklad z"<<" Programowania"<<endl; system("pause"); return 0;
Nazwy Nazwy (identyfikatory, ang. identifiers) mogą odnosić się do (pod)programów, zmiennych, stałych etc. Zwykle nazwą może być dowolnie długi ciąg liter (bez polskich!), cyfr i znaków podkreślenia zaczynający sie od litery. Nazwy poprawne: a_1, liczba1, y, dom1 Nazwy niepoprawne: 1a, 1_a, zm_1/2, Język C++ rozróżnia rozmiar liter w nazwach (ale np. język Pascal nie rozróżnia).
Słowa kluczowe W każdym języku programowania występują tzw. słowa kluczowe. Słowa takie mają specjalne znaczenie. Mogą być np. elementem instrukcji, nazwami predefiniowanego typu itp. Słów kluczowych nie można użyć jako nazw. Słowami kluczowymi w języku w C++ są np.: int, if, else, float, typedef, using... Słowa kluczowe są zwykle wyróżnione przez Edytor przystosowany do pracy z danym językiem.
Słowa kluczowe Słowa kluczowe są pogrubione
Znaki specjalne
Przykład #include <iostream> using namespace std; int main() cout<<"nie\tdzie\nla"<<endl; system("pause"); return 0;
Struktura programu W każdym języku program ma pewną ustalona strukturę: W języku C++ struktura ta jest następująca: #include <iostream> int main()
Struktura programu W języku C++ poszczególne instrukcje programu kończymy zazwyczaj średnikami. Zwykle układ tekstu w linii czy też fakt rozłożenia go na kilka linii nie ma znaczenia.
Program 1 #include <iostream> using namespace std; int main() cout<<"wyklad z programowania"; system("pause"); return 0;
Program 1 #include <iostream> using namespace std; int main() cout << "Wyklad z programowania" ; system("pause"); return 0;
Definicje zmiennych Zmienna to symboliczne oznaczenie identyfikujące określone miejsce w pamięci komputera. W miejscu tym przechowywana jest wartość zmiennej. Zwykle na początku programu musimy określić, jakiego typu będą używane przez nas zmienne oraz spowodować, żeby została zarezerwowana pamięć na ich przechowanie.
Deklaracje zmiennych C++ W języku C++ definicja zmiennej ma postać: typ_zmiennej nazwa_zmienej; Aby móc definiować zmienne musimy poznać tzw. typy predefiniowane w języku C++.
Typy predefiniowane Zwykle w każdym języku programowania istnieją pewne predefiniowane typy np.: liczbowe logiczne znakowe
Typy predefiniowane C++ Do przechowywania liczb całkowitych: short int int long int Do przechowywania znaków alfanumerycznych: char Wszystkie powyższe typy mogą występować w dwóch wersjach: ze znakiem (signed) i bez znaku (unsigned). Przyjmujemy, że zmienne całkowite są ze znakiem. Domyślne traktowanie typu char zależy od kompilatora.
Typy predefiniowane C++ Do przechowywania liczb zmiennoprzecinkowych: float double long double Zakresy poszczególnych typów mogą być albo ściśle określone, albo zależeć od implementacji (czyli od kompilatora)
Typy predefiniowane C++
Program 2 #include <iostream> using namespace std; int main() int a,b,xyz,liczbaosob; float wsp; system("pause"); return 0;
Operatory W każdym języku zdefiniowane są pewne operatory, których można używać do konstruowania różnych wyrażeń np. arytmetycznych, logicznych. Operatory arytmetyczne: + - * / Specyficzne operatory arytmetyczne: % (reszta z dzielenia, zdefiniowany dla liczb całkowitych) Typ zwracanego wyniku zależy zazwyczaj od typu argumentów operacji.
Operatory Operatory porównywania: <, <=, =<, > Operatory logiczne koniunkcji i alternatywy: && - i - lub
Operator przypisania Do przypisania zmiennej wartości innej zmiennej lub wyrażenia służy operator przypisania: = Program 3 #include <iostream> using namespace std; int main() int a,b,xyz; a=5; xyz=a+6; system("pause"); return 0;
Komentarze w programie Tekst ujęty w znaki komentarza nie jest kompilowany/wykonywany tekst ujęty w znaki /*... */ (uwaga - komentarzy tego typu nie można zagnieżdżać) tekst od znaku // do końca linii (komentarze tego typu można zagnieżdżać, w tym również w komentarzach /*... */
Program 4 #include <iostream> using namespace std; int main() //int a,b,xyz; /*a=5; xyz=z+6;*/ system("pause"); return 0;
Biblioteki Pewne operacje, np. związane z wprowadzaniem i wyprowadzaniem informacji na urządzenia takie jak np. ekran, mogą nie być częścią definicji języka programowania. Podprogramy odpowiedzialne za te czynności mogą znajdować sie w jednej ze standardowych bibliotek, w które zwykle wyposażane są kompilatory. Aby można było skorzystać z zawartości biblioteki, należy ją dołączyć do programu: #include <nazwa_biblioteki>
Program 5 #include <iostream> #include <cmath> using namespace std; int main() cout<<sqrt(4)<<endl; system("pause"); return 0; Funkcja sqrt jest zdefiniowana w bibliotece cmath.
Instrukcje sterujące Instrukcji sterujące umożliwiają warunkowe lub iteracyjne wykonywanie pewnych fragmentów kodu.
Instrukcja warunkowa Wersja 1 Wersja 2 Wersja 3 jeżeli warunek to instrukcje jeżeli warunek to instrukcje1 w_przeciwnym_wypadku instrukcje2 jeżeli warunek1 to instrukcje1 jeżeli warunek2 to instrukcje2... w_przeciwnym_wypadku instrukcje3
Instrukcja warunkowa C++ Wersja 1 Wersja 2 Wersja 3 if(warunek) then instrukcje If(warunek) then instrukcje1 else instrukcje2 if(warunek1) then instrukcje1 else if(warunek2) then instrukcje2... else instrukcje3
Program 6 #include <iostream> using namespace std; int main() int a; cin>>a; if(a>0) cout<<"liczba dodatnia"<<endl; system("pause"); return 0;
Program 7 #include <iostream> using namespace std; int main() int a; cin>>a; if(a>0) cout<<"liczba "; cout<<"dodatnia"<<endl; system("pause"); return 0;
Program 7
Program 8 #include <iostream> using namespace std; int main() int a; cin>>a; if(a>0) cout<<"liczba "; cout<<"dodatnia"<<endl; system("pause"); return 0;
Program 9 int a; cin>>a; if(a>0) cout<<"liczba dodatnia"<<endl; else cout<<"liczba nie jest dodatnia"<<endl;
Program 10 int a; cin>>a; if(a>0) cout<<"liczba dodatnia"<<endl; else if(a<0) cout<<"liczba ujemna"<<endl; else cout<<"zero"<<endl;
Instrukcje pętli Pętle służą do iteracyjnego wykonywania pewnych kroków. Istnieją dwa rodzaje pętli: pętle wykonujące się określoną liczbę razy pętle wykonujące się wtedy gdy jest spełniony pewien warunek
Pętle wykonujące się określoną liczbę razy Liczba powtórzeń pętli jest z góry zadana. W pętli funkcjonuje pewna zmienna, zwana licznikiem pętli, pamiętająca ile razy pętla została wykonana. for(instr_incjalizujaca;warunek;instr_kroku) zawartosc_petli;
Pętle wykonujące się określoną liczbę razy licznik pętli należy wcześniej zadeklarować. Zawartość pętli jest wykonywana tylko gdy warunek jest spełniony. Instrukcji inicjalizujących może być kilka (wtedy są oddzielone przecinkami), podobnie jest w przypadku instrukcji kroku. Jeżeli zawartość pętli to kilka instrukcji, to grupujemy je za pomocą nawiasów klamrowych.
Program 11 #include <iostream> using namespace std; int main() for(int i=0;i<4;i++) cout<<"x"; system("pause"); return 0;
Program 12 #include <iostream> using namespace std; int main() for(int i=4;i>0;i--) cout<<"x"; system("pause"); return 0;
Program 13 #include <iostream> using namespace std; int main() int a; cin>>a; for(int i=4;(i>0)&&(a>0);i--) cout<<"x"; system("pause"); return 0;
Program 14 #include <iostream> using namespace std; int main() int a; cin>>a; for(int i=4;i>0,a>0;i--) cout<<"x"; system("pause"); return 0;
Pętle których wykonanie zależy od warunku W pętlach wykonujących się dopóki zachodzi pewien warunek: warunek sprawdzamy PRZED pierwszym wykonaniem instrukcji wewnątrz pętli, a wiec pętla może nie być wykonana ani razu. while(warunek) zawartosc_petli;
Program 15 #include <iostream> using namespace std; int main() int a=5; while(a>1) cout<<"x"; a--; system("pause"); return 0;
Program 16 #include <iostream> using namespace std; int main() int a=5; while(a>1) cout<<"x"; system("pause"); return 0;
Program 17 #include <iostream> using namespace std; int main() int a=5; while(a>1) cout<<"x"; a--; system("pause"); return 0;
Pętle których wykonanie zależy od warunku W pętli do..while warunek sprawdzamy PO pierwszym wykonaniu instrukcji wewnątrz pętli, a wiec pętla będzie wykonana przynajmniej raz. do zawartosc_petli; while(warunek);
Program 18 #include <iostream> using namespace std; int main() int a=5; do cout<<"x"; while(a<0); system("pause"); return 0;
Program 18 #include <iostream> using namespace std; int main() int a=5; do cout<<"x"; a--; while(a>1); system("pause"); return 0;
Wyjście z pętli Wyjście z pętli umożliwiają nam instrukcje break i continue. break - przerywa wykonanie pętli w której jest bezpośrednio umieszczone. contimue - przerywa dany obieg pętli, przechodząc do wykonywania następnego obiegu.