Языки программирования для численных методов: Методические указания к спецкурсу

М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

Ф акультетп рикладной математикиимеханики

К афедравычислительной математики

Я З Ы К И ПРО Г РА М М И РО В А Н И Я Д Л Я Ч И С Л Е Н Н Ы Х М Е ТО Д О В М ет одические указания к спецкурсу Ч аст ь 1 для ст удент ов 4 курса д/о и м агист ров ф акульт ет а ПМ М

С оста вите л и: Гл уш а кова Т.Н . Е сипе нко Д .Г. Ш а ш кин А.И. Экса ре вска яМ .Е . В ороне ж 2001

2 В В ЕД ЕН И Е В п редлагаемом сп ец курсе вы освоите современные технолог ии создания п рог раммных п родуктов, вклю чая как основныеконц еп ц ии, так и конкретные инструменты, необходимые для нап исания п рог рамм реализац иитех илииных численных методов. В сп ец курсе изучаю тся наиболее расп ространенные всовременной мировой индустрииразработкип рог рамм языкиC, C++ иJava, объектноориентированное п рог раммирование, клиент-серверные технолог ии баз данных наоснове языказап росовSQL. Н ачинается сп ец курс с изучения языкаС. Я зык С является универсальным языком п рог раммирования, реализац ии которог о имею тся п рактически на лю бой ап п аратной п латформе. Среди языков высоког о уровня, он наиболее п риближ ен к архитектурным особенностям комп ью тера, что п озволяет п исать нанем наиболее эффективные п рог раммы. В месте с тем он содерж итдостаточно мощ ные конструкц ии языка высоког о уровня. Э ти факты сделали ег о языком п рог раммирования номер один для системног о п рог раммирования. К рометог о, развитость стандартных библиотек п озволяетсделать больш ое количество кода, нап исанног о наС п ереносимым меж ду п рог раммными ап п аратнымип латформами. Я зык С очень удобен для всевозмож ных математических расчетов. О днако он сохраняетсвою актуальность икак язык для п рог раммирования задач друг ог о рода. Н аязыке С нап исаны п рактически все современные оп ерац ионные системы, вклю чая разнообразные варианты Unix и Windows, мног ие среды разработки, системы уп равления базамиданных, офисныеп акеты ит.д. В данном п особииоп исываю тся конструкц ии, входящ ие вязык C, и некоторые рекомендац ии п о их исп ользованию . Стандартная библиотека функц ий (втом числеоп ерац ииввода-вывода) нерассматривается, так как неп осредственно вязык онаневходит. Зная основныеконструкц ииязыка, стандартную библиотеку освоить достаточно лег ко, учитывая больш ое количество сп равочных материалов, вклю чая автоматизированные

3 состав всех современных сред

сп равочные системы, входящ ие в разработки. О тдельный п араграф п освящ ен особенностям исп ользования массивов, указателей и динамической п амяти в языке C, так как этот воп рос обычно оказывается одним из самых слож ных для начинаю щ их п рог раммистовнаC. § 1. ЗН А К О М С Т В О С Я ЗЫ К О М С 1.1. Базовы е элем ент ы язы ка Програм м а — это совокуп ность п редп исаний для комп ью тера о вып олнении конкретных действий п о обработке информац ии, обесп ечиваю щ ая п олучениенуж ног о для п ользователя результата. П од термином "п рог рамма" часто п одразумеваю т: ее исходный текст, код, нап исанный п ользователем; загрузочный модуль, хранимый во внеш ней п амяти; системную п рог рамму, нап ример комп илятор, редактор связей и т.д. Д алее, г оворя "п рог рамма", мы будем иметь в виду код, нап исанный наязыке С, который формируется п утем комп озиц ииш ести базовых элементовязыка: констант, п еременных, оп ерац ий, разделителей, клю чевых слов, меток. В п рог рамме наС доп ускаю тся комментарии, но они не являю тся частью языка. К онстанты ип еременныесоставляю тда нные языкаС. 1.1.1 К онста нты К онст ант а — явное п редставление значения. П ри вып олнении п рог раммы значениеконстанты никог данеменяется. К онстанты вязыкеС мог ут быть оп ределенных тип ов: ц елые, длинные ц елые, символьные, с п лаваю щ ей точкой, строковые, п еречислимые. О днако, вязыкеС нетсп особаявно задать, что п еременная каког о-то тип а будет константой. В тех местах г де необходимо исп ользовать константы в истинном п онимании этог о слова, п ользую тся макроп одстановкой, нап ример: #define PI 3.1415

4 П осле таког о оп ределения п еред комп иляц ией в тексте п рог раммы PI будет заменено насимволы 3.1415. Н о и такой сп особ не является настоящ им исп ользованием константы, так как в настоящ ие константы залож енаинформац ия об их тип е, как ивобычной п еременной. Здесь ж е 3.1415 это п росто набор символов. В место них мы мог ли бы нап исать иabc, тог дап риисп ользованиизап исиPi мог лабы возникнуть ош ибка. Н ап ример, если вп рог рамме есть п еременная abc, то вданном случаеп олучится, что вместо PI мы обращ аемся к этой п еременной. Ц елы е конст ант ы мог ут быть зап исаны в десятичной, восьмеричной илиш естнадц атеричной системесчисления. Ц елочисленные константы в десятичной системе счисления зап исываю тся обычным сп особом, нап ример: 0, -15356, 25. И сп ользование восьмеричных и ш естнадц атеричных систем счисления удобно исп ользовать, ког даваж но соответствие конкретног о значения двоичным разрядам. Д ля зап иси восьмеричной константы необходимо начать с ц ифры 0, п осле которой следую твосьмеричные ц ифры (от0 до 7). Ш естнадц атеричныеконстанты начинаю тся с символов0x, п осле которых следую т ш естнадц атеричные ц ифры (0-9, a-f). Д линны е целы е конст ант ы явно оп ределяю тся буквой L, стоящ ей п ослеконстанты. С им вольны е конст ант ы п редставляю т единственный символ таблиц ы кодовASCII, заклю ченный вап острофы. Символьная константа мож ет исп ользоваться как ц елая константа, п ричем ее значением является интерп ретац ия в виде ц елог о значения внутреннег о п редставления символьной константы. Н е которые символ ы обозна ча ются с помощ ью упра вл яю щ е й посл е дова те л ьности, ка к пока за но ниж е : Т аблиц а1 С имвол

О бозначе ние

Н овая строка

‘\n’

Т абуляц ия

‘\t’

В озвратнасимвол

‘\b’

В озвраткаретки

‘\r’

5 П еревод формата А п остроф

‘\f’ ‘\'’

К авычки ‘\”’ О братная наклонная ‘\\’ К онст ант ы с плаваю щ ей т очкой всег дап редставляю тся числамис п лаваю щ ей точкой двойной точности, т.е. как имею щ ие тип double, и состоят из следую щ их частей: ц елой части - п оследовательности ц ифр; десятичной точки; дробной части - п оследовательности ц ифр; символа эксп оненты e; эксп оненты ввидец елой константы (мож етбыть со знаком). К онстанты с п лаваю щ ей точкой п редставляю тся только в десятичной системесчисления. С им вольны е ст роки п редставляю тся п оследовательностью символов, заклю ченной вдвойные кавычки, вмаш инном п редставлении оназаверш ается символом 0. П о этому символу оп ределяю тконец строки. Строки в языке С рассматриваю тся как символьные массивы. О ни ог раничиваю тся с п омощ ью символа ‘\0’. В строковые константы комп илятор автоматическидобавляет‘\0’. О днако п рог раммиствп роц ессе создания строки как массива символов долж ен п ри выделении п амяти п редусматривать доп олнительный байт на символ ‘\0’, а п ри иниц иализац иистрокикак массивасимволовп оследним следуетвклю чить вчисло иниц иализирую щ их элементовсимвол ‘\0’. Ч тобы п оместить символ кавычки(") ег о нуж но вклю чить встроку с п омощ ью уп равляю щ ей п оследовательности из таблиц ы 1. Слиш ком длинная строкамож етбыть п родолж енанаследую щ ую линию с п омощ ью символа\. Н ап ример: “ очень больш ая п ребольш ая длинная п редлинная \ длинная п редлинная строка” Строкимог утсодерж ать такж енеп ечатаемыесимволы из таблиц ы 1, такие, как, нап ример, символ п ереходанановую строку ит.п . Перечислим ы е конст ант ы трактую тся как ц елыеконстанты. 1.1.2 Пе ре ме нные Перем енная - это данное, которое мож ет иметь только одно значение в каж дый конкретный момент времени. В п роц ессе работы

6 п рог раммы значение п еременной мож ет меняться. Л ю бую п еременную п еред ее исп ользованием вп рог рамме нуж но оп исать, п ри этом указываю тся ее тип , класс п амяти, к которому она п ринадлеж ит, идентификатор, иниц иализатор. И нициализацией называется п роц есс п рисвоения п еременной п ервог о значения. П еременную мож но п роиниц иализировать: п ри ее оп исании; с п омощ ью функц ий ввода; исп ользуя оп ерац ию п рисваивания; п ростой макроп одстановкой. И дент иф икат ор – п оследовательность символов, закреп ляемая за п еременными, метками, функц иямиитип амиданных вкачественазвания. И дентификатор состоит из п роп исных илистрочных букв, ц ифр, символа п одчеркивания ( _ ), п ричем обязательно он долж ен начинаться с буквы или символап одчеркивания. В некоторых реализац иях идентификаторы, начинаю щ иеся с символап одчеркивания, резервирую тся для системных п рог рамм, п оэтому во избеж ание возмож ных ош ибок п ри именовании п рог раммных объектов следует избег ать таких идентификаторов. В се комп иляторы различаю тп роп исныеистрочныебуквы видентификаторах. Х отя вязыке нет явных ог раничений надлину идентификаторов, мног ие комп иляторы рассматриваю т только п ервые восемь символов. И дентификаторы мог ут облег чить или затруднить документирование п рог рамм. Х орош о выбранныеидентификаторы сп особствую тп ониманию п рог раммы, тог да как слиш ком п охож ие или не несущ ие смысловой нагрузкизатрудняю тег о. 1.1.3 О пе ра ц ии О перации информирую т комп ью тер, какие действия и в каком п орядке нуж но вып олнить. Н иж е п риводится п олный п еречень оп ерац ий языкаС: Т аблиц а2 () []

В ызовфункц ии И ндексац ия

. -> !

Д оступ к элементу структуры (объединения) Д оступ к элементу структуры (объединения) п о указателю Л ог ическоеотриц ание

7 отриц ание

~ ++ -& * (т ип) sizeof * / % + << >> < <= > >= == != & ^ | && ||

П обитовое И зменениезнака У величениенаединиц у У меньш ениенаединиц у П олучениеадреса(унарная) Д оступ п о указателю (разименование) П реобразованиетип а О п ределениеразмеравбайтах У множ ение Д еление Д елениеп о модулю Слож ение В ычитание Сдвиг влево Сдвиг вп раво М еньш е М еньш еилиравно Больш е Больш еилиравно Равно He равно П обитовая оп ерац ия И П обитовая оп ерац ия исклю чаю щ ееИ Л И П обитовая оп ерац ия И Л И Л ог ическая оп ерац ия И Л ог ическая оп ерац ия И Л И

?: =

У словная оп ерац ия П рисваивание

*=, /=, %=, +=, -=, <<=, >>=, &=, ^=, |= ,

Составныеоп ерац иип рисваивания О п ерац ия зап ятая

8 1.1.4 Р а зде л ите л и Разделит ели служ ат для выделения составляю щ их языка. В качестве разделителей в С исп ользую тся: фиг урные скобки { } - для выделения телафункц ииилиблока, элементовструктур илиобъединений; круг лые скобки ( ) - для г руп п ировкиэлементовввыраж ениях; двойные кавычки“ ” - для сп ец ификац иисимвольной строки; ап острофы ‘‘- для сп ец ификац ии символа; зап ятая - , - для разделения элементов. Д ля обозначения началаи конц акомментариевп рименяю тся соответственно п ары символов/* и */. Т очкас зап ятой ; - мож ет исп ользоваться: для ог раничения п ростог о оп ератора; внутри комментария, г де она будет рассматриваться как обычный символ; внутри оп ератора for; внутри ап острофовилидвойных кавычек. П равильное исп ользование круг лых скобок сущ ественно п овыш ает удобочитаемость п рог раммы. Т ак как п оследовательность вып олнения оп ерац ий оп ределяется их п риоритетами, то п ри нап исании п рог рамм мож но свести к минимуму количество скобок. О днако п ри этом в некоторых случаях затрудняется чтение п рог раммы. П оэтому в лю бой сомнительной ситуац ии рекомендуется во избеж ание ош ибок ставить в выраж ениях скобки. 1.1.5 К л юче вые сл ова Ряд идентификаторов являю тся зарезервированными. О ни называю тся кл юче выми сл ова ми. П риведем сп исок клю чевых словязыкаС иих русских эквивалентов. Т аблиц а3 Типы данны х int char float double long short unsigned enum

- ц елый; - символьный; - п лаваю щ ий; - двойная точность; - длинные; - короткие; - беззнаковые; - п еречислимый;

К лассы пам ят и auto extern register static

- автоматический; - внеш ний; - рег истровый; -статический.

9 struct union sizeof typedef void

- структура; - объединение; - размер; - оп ределить тип ; - тип функц ии, невозвращ аю щ ей значения. О перат оры

break - разрыв; for - для; case - вариант; goto - на; continue - п родолж ить; if - если; default - п рочий; return - возврат; do - п овторить; switch - п ереклю чатель; else - иначе; white - п ока. Заметим, что каж дое клю чевое слово долж но отделяться от текста п рог раммы одним илинесколькимип робелами. 1.1.6 М е тки М е тки исп ользую тся в языке С для идентификац ии оп ератора в п рог рамме, накоторый п ередаетуп равлениеоп ератор goto. М еткасостоит из идентификатора, п осле которог о следует двоеточие. О бластью оп ределения меткиявляется данная функц ия. Н ап ример: MET: printf ("\n К онец п рог раммы"); П ри уп отреблении оп ератора goto рекомендуется п ередавать уп равление наоп ератор п о ходу чтения п рог раммы. И г норирование этой рекомендац иизатрудняетчтениеиотладку. 1.1.7 К омме нта рии К омме нта рии начинаю тся с символов/* изаканчиваю тся символами */. К омментарии мож но п ереносить на следую щ ую строку п рог раммы. О ни не мог ут быть влож енными. П рог раммисту следует уделять значительное внимание стилю комментирования, так как комментарии п редставляю т собой сущ ественную часть документац ии п рог раммы. К омментарии долж ны п омог ать читать п рог рамму. Н еверный комментарий мож етввестивзаблуж дениеп риотладкеп рог раммы.

10 К омментарии, которые неадекватно отраж аю т текст п рог раммы, п орож даю т п роблему, состоящ ую в том, что на них бессознательно п олагаю тся и п оэтому не анализирую т п рог рамму критически. Ч тобы избеж ать этог о, рекомендуется зап исывать комментарий сп рава, а текст п рог раммы — слева, чтобы комментарии мог либыть закрыты вп роц ессеотладки. К омментарии долж ны сообщ ать новую информац ию и нести оп ределенную смысловую нагрузку, анеп ерефразировать оп ерац ииязыка. Ч тобы это было действительно так, следует п исать комментарии п араллельно с создаваемой п рог раммой, ане вставлять комментарии в г отовую . 1.2. Ф ункции и прог рам м а 1.2.1 О сновные све де ния М ног ие п рог раммы слиш ком г ромоздки, чтобы их мож но было восп ринимать ц еликом. И х следует разделять на небольш ие части – ф ункц ии. Э то единственный сп особ п овысить надеж ность п рог рамм, а такж еп равильно п рочитать ип онять их. Ф ункц ия в языке С является модулем. Ф ункц ия мож ет транслироваться отдельно, а п осле занесения в библиотеку она мож ет исп ользоваться вдруг их функц иях. Ф ункц иивС состоят из двух частей: заголовкафункц ииителафункц ии. В общ ем видеш аблон функц иивыг лядиттак: тип имя(описа ние па ра ме тров) { те л о ф ункц ии } П од (описа ние па ра ме тров) п одразумевается следую щ ее: тип1имя1[,тип2 имя2,… ,тип n имяn] или void – без п араметров. Заметим, что квадратные скобкиобозначаю т необязательную часть. Ф ункц ия мож ет иметь от 1 до n п араметров. Я зык C п озволяет такж е исп ользовать функц ии с п еременным числом п араметров. О днако, такие

11 функц ии п рог раммисту п риходится п исать очень редко. П оэтому здесь мы их нерассматриваем. З аг оловок ф ункции п редставляет собой идентификатор функц ии, за которым в круг лых скобках мож ет следовать сп исок п араметров, а за круг лыми скобками – оп исания каж дог о элементаиз сп искап араметров. И дентификатор функц ии формируется п о п равилам образования идентификаторов в языке С. Рекомендуется давать функц иям имена, которыераскрывалибы назначениефункц ии. Сп исок п араметров, атакж е их оп исания мог ут отсутствовать, но п устые круг лые скобкип осле имени функц ииоп ускать нельзя. Тело ф ункции – г руп п а оп ераторов, реш аю щ ая оп ределенную задачу. Т ело функц ии заклю чается в фиг урные скобки{}. Рекомендуется размещ ать открываю щ ую и закрываю щ ую фиг урные скобки в разных строчках с одной итой ж еп озиц ии. Т ело функц иисостоитиз двух частей: оп исаниелокальных п еременных; оп ераторы. К ак только заканчивается п ервая часть, начинается вторая. Н икаких сп ец иальных разделителей меж ду ниминет. П рог рамманаязыкеС мож етсостоять из нескольких функц ий, среди которых обязательно долж на быть функц ия с именем main ( ). Э та функц ия обычно п ервой п олучаетуп равление. Ч тобы быливып олнены все остальные функц ии п рог раммы, к ним долж ны быть обращ ения из функц ии main( ) или из друг их функц ий п рог раммы, которые в свою очередь такж евызываю тся из функц ииmain( ) . П ринап исаниип рог рамм наС рег истр вкотором набираю тся имена п еременных, функц ий имеетзначение. И если, нап ример, вфункц ииMain() сделать хотя бы одну букву заглавной, то это будетуж еимя совсем друг ой функц ии. П оэтому п ри нап исании п рог рамм на С необходимо точно следить заточным совп адением имен. К од функц иирасп олагается водном илинескольких файлах. Болееменее круп ная п рог раммавсег даимеет несколько файловс исходными текстами, вкоторыеп омещ аю тфункц ии, связанныекакой-то общ ей идеей. В С влож енных функц ий не бывает. Ф ункц ии мог ут расп олагаться г де

12 уг одно, не зависимо друг от друг а. О днако, для удобстваих формирую т п о разным файлам. И обычно водном файле расп олагаю т функц ии, имею щ иечто-то общ ее. Е слифункц ия, вызываемая внекотором файле, оп ределенавдруг ом файле, то она долж на быть оп исана п редварительно. Т акое п редварительное оп исание называется прот от ипом ф ункции. В общ ем видеп рототип функц иизап исывается следую щ им образом: тип имя(описа ние па ра ме тров); П рототип требуется такж е, если одна функц ия вызывает друг ую , которая ещ е не оп ределена. Заметим, что вязыке С отсутствие п рототип а не вызывает ош ибки п ри комп иляц ии п рог раммы. К омп илятор лиш ь выдастп редуп реж дение, но п рог раммабудетскомп илирована. О днако п ри этом онамож ет не всег дап равильно работать, п оэтому п рототип ы лучш е всег о всег даисп ользовать. Заметим, что лю бая п рог рамма не мож ет содерж ать тело всех п олезных функц ий, которые онаисп ользует. М ног ие функц иидостаточно слож ны инуж ны во мног их друг их п рог раммах. П оэтому такие функц ии выделяю т в библиотеки. Э ти библиотеки мож ет нап исать и сам п рог раммист. К роме тог о у языка С имеется больш ая стандартная библиотека, содерж ащ ая множ ество п олезных функц ий. Д ля тог о, чтобы исп ользовать библиотечные функц ии необходимо оп исание п рототип ов этих функц ий, атакж енекоторых сп ец иальных тип овданных, которыеэти функц ииисп ользую т. Т ак как этип рототип ы иоп исание тип овнуж ны во мног их файлах, их сами выделяю т втот или иной исходный файл п ри п омощ идирективы п реп роц ессора#include. В ней имя файлауказывается в уг ловых скобках #include <имяф а йл а > еслифайл берется из стандартных библиотек ивкавычках “ ” #include “ имяф а йл а ” еслифайл оп ределен п ользователем. Э ти файлы с оп исаниями называю т за гол овочными и им даю т расш ирение h. Т аким образом, п рилож ение на языке С обычно имеет несколько файловс расш ирением с, вкоторых находятся исходныетексты функц ий и несколько файлов с расш ирением h, в которых находятся п рототип ы нуж ных функц ий инекоторыедруг иеоп исания.

13 1.2.2 В ызов ф ункц ии и опе ра тор return. В ызовфункц ии имеетвид: имя(список па ра ме тров) Здесь сп исок п араметровэто ноль, одно илинесколько выраж ений, разделенных зап ятыми. В случае, еслип араметровнет, сп исок п араметров п уст, круг лые скобки () обязательны. П араметры п ередаю тся вфункц ию п о п орядку их следования. П ри вызове функц ии комп илятор п роверяет соответствие п редаваемых п араметров п араметрам, которые оп исаны в п рототип е функц ии. С доп ускает вызовфункц иибез п рототип а, но будет выдано п редуп реж дение ип рог раммамож ет работать не п равильно, если п ереданы нетеп араметры. Результатом вызова функц ии является значение, которое она возвращ аетоп ератором return. О п ератор return исп ользуется для возврата значений из функц иииимеетследую щ ий вид: return (выра ж е ние ); В ыраж ениемож етбыть без круг лых скобок, амож ет, ивообщ е, быть оп ущ ено, в функц ии тип а void. Е сли функц ия имеет тип void, то этот результатисп ользовать вболееслож ном выраж ениинельзя. 1.3. С реды разраб от ки К ак уж е было сказано во введении, средаразработки для языкаC есть влю бой современной оп ерац ионной системе, что делает этот язык одним из самых расп ространенных. Средаразработкидля языкаC вклю чаетследую щ иеэлементы: редактор исходных текстов(файлов) п рог раммы; комп илятор с п реп роц ессором, п реобразую щ ие исходные тексты в объектные файлы (объектный файл – это набор маш инных команд, реализую щ ий код функц ий, оп исанных висходном файле, п ричем ссылки на внеш ние функц ии и п еременные остаю тся в объектном файле неоп ределенными); библиотекифункц ий; редактор связей (комп оновщ ик), собираю щ ий из объектных файлов и библиотек исп олняемую п рог рамму или друг ую библиотеку (наэтап е комп оновкиразреш аю тся всессылкинавнеш ниефункц ииип еременные);

14 отладчик исп олняемых п рог рамм. Средаразработкимож етсостоять из отдельных п рог рамм (редактор, комп илятор, комп оновщ ик, отладчик), зап ускаемых п о отдельности, или мож ет быть инте грирова нной, ког да все модули лег ко и удобно зап ускаю тся из-п од одной п рог раммы. И нтег рированная средаудобнее в исп ользовании. В системах Windows сущ ествую т следую щ ие наиболее расп ространенныеинтег рированныесреды для языкаC: Microsoft Visual C++; Borland C++ Builder; атакж енеинтег рированная средаWatcom C/C++. В системах Unix наиболеерасп ространенанеинтег рированная среда наоснове комп илятораGNU C/C++, отладчикаGDB ип рог раммы make. Сущ ествую т отдельные п рог раммы, интег рирую щ ие эти средства, нап римерK Developer. В системеMS-DOS наиболеерасп ространенаинтег рированная среда Borland C++. В се эти среды п оддерж иваю т как язык C, так и объектноориентированный язык C++. М еж ду тем, это совсем разныеязыки(п росто язык C++ исп ользовал основные базовые элементы из языкаC, так что зная язык C нанег о п ерейтидостаточно лег ко). Здесь мы рассматриваем только язык C. Сущ ествует мног о разных оп ерац ионных систем, всоставкоторых входят комп иляторы C, не оп исанные здесь. Н о эти системы не так расп ространены. В се п еречисленные среды разработки отличаю тся п о составу библиотек, мог ут вводить свои расш ирения языка и т.д. О днако все основы, рассматриваемые вданном п особии, верны для лю бой из этих сред. 1.4. С т андарт ная б иб лиот ека Т акие оп ерац ии, как ввод-вывод, работа с п амятью , файлами, строкамиит.д. невходятвязык C, т.е. онинерасп ознаю тся комп илятором языка C. В место этог о они реализованы в виде функц ий стандартной

15 которым

библиотеки, обращ ение к осущ ествляется на этап екомп оновкип рог раммы. И склю чениеп еречисленных оп ерац ий из языкап озволило сократить количество клю чевых слов языка и уп ростить комп илятор. Н ап ример, оп ерац ииввода-выводас точкизрения комп илятора– обычные функц ии, которыеоп ределены невтекстеп рог раммы, аг де-то извне(вбиблиотеке). Н аличиеста нда ртной библиотекитребуетреализац иивсех еефункц ий во всех средах разработки для языкаC. В результате п рог раммист мож ет сп окойно п ользоваться этимифункц иямивлю бой оп ерац ионной системе, как еслибы это быливстроенныеоп ераторы языка. § 2. Т И ПЫ Д А Н Н Ы Х И ПЕ РЕ М Е Н Н Ы Е 2.1. О сновны е сведения Тип данны х характеризует: множ ество значений, которые мож ет п ринимать объект; множ ество оп ерац ий, которые мог ут п рименяться к объекту; размер п амяти, занимаемой объектом. О сновными элементами данных (объектами) языкаявляю тся п еременныеиконстанты. Перем енная - это реальный объект, который исп ользуется для хранения значения оп ределенног о, связанног о с ним тип а. Зап оминание новог о значения вп еременной уничтож аетстароезначение, котороедо сих п ор хранилось вп еременной. Т аким образом, п еременная мож ет менять своезначениевп роц ессевып олнения п рог раммы. К онст ант а — явное п редставление значения. К онстантане мож ет менять своезначение. В С различаю т две катег ориитип овданных: ба зовые (символьный, ц елый, п лаваю щ ий, которые такж е называю т арифметическими, п еречислимый) и производные (указатели, массивы, структуры, объединения, функц ии). 2.2. Базовы е т ипы данны х . П риведем сп исок различных тип ов данных, размер (в битах) и диап азон п ринимаемых значений, нап ример, для 32-разрадног о п роц ессора. Т ип

Размер, бит

Д иап азон п ринимаемых значений

16 char

8

-128… 127

enum

16

-32768… 32767

short

16

-32768… 32767

unsigned int

16

0… 65535

int

16

-32768… 32767

long

32

-2147483648… 2147483647

float

32

-3.4e-38… 3.4e+38

double

64

-1.7e-308… 1.7e+308

2.2.1 Ц е л ый тип Ц елые тип ы данных п озволяю т хранить ц елые числавразличных диап азонах. Н аиболее часто исп ользуемым ц елым тип ом является int. О днако насамом деле int не является самостоятельным тип ом, аявляется синонимом для одног о из тип овshort илиlong. Э титип ы неп осредственно связаны с архитектурой конкретной маш ины. short – обозначаеткороткоец елое, аlong – длинное, всоответствиис маш инным словом комп ью тера. Размер маш инног о словазависит от разрядностип роц ессора. Е сли п роц ессор32-разрядный, то размер маш инног о словаравен 32 битам или4 байтам. В этом случае 4 байтовому маш инному слову соответствует тип long, а тип short соответствует 2 байтовому маш инному слову. Соответственно диап азон значений, которые мог ут храниться в этих числах зависит от количестваразрядовисоставляет от 0 до 2 n − 1 , г де nколичество разрядов. Э та формула п рименяется только для п олож ительных чисел. Е сли п риходится хранить отриц ательные и п олож ительныечисла, то максимальноец елоечисло п о модулю вдвараза меньш е, чем 2 n − 1 . Н азвания тип а short и long обозначаю т числа в которые входит отриц ательная часть. Е сли отриц ательные числа не нуж ны, то зап исывается unsigned short илиunsigned long. Т ип int является синонимом тог о из двух тип ов(short илиlong), который соответствует оп тимальному размеру маш инног о словакомп ью тера. Д ля обозначения беззнаковог о int п иш утunsigned int илип росто unsigned.

17 Ц елочисленные константы зап исываю тся в двоичной, восьмеричной иш естнадц атеричной системах счисления. П одробнее они оп исывались вп .1.1.1. А рифметическиеоп ерац иис ц елымичислами: + , - , * , / , %. Е сли п ри вып олнении арифметической оп ерац ии с двумя ц елыми числами одно из них короткое, адруг ое – длинное, то результат будет длинным ц елым (long). Т о ж е относится и к оп ерац ии п рисвоения, если п еременная слеваотзнакаравенстватип аlong. П ри п оп ытке вып олнения оп ерац ии с одним знаковым и одним беззнаковым числом (или п рисвоении знаковог о беззнаковому) комп илятор выдаетп редуп реж дение, так как результатмож етбыть нетем, какой ож идается. О днако комп илятору мож но дать инструкц ию о том, как трактовать число. Д ля этог о есть оп ерац ия приведения т ипа, которая имет вид: (имятипа ) выра ж е ние Здесь имя типа – это short, long и т.д. (мож ет быть лю бым тип ом языкаС). 2.2.2 С имвол ьный тип Т ип char обозначаетсимвол. Символьный тип характеризуетданные, п редставляю щ ие один символ кодаASCII изанимаю щ ие п амять объемом один байт. Т аким образом, значением данног о символьног о тип аявляется ц елое число, равное коду данног о символа в конкретной реализац ии. Следовательно, символы мог ут трактоваться как ц елые, и наоборот. Э то п озволяет хранить до 256 кодовсимволов(от 0 до 255, если трактовать char как беззнаковое ц елое). В некоторых комп ью терах символы рассматриваю тся как знаковые, от– 127 до 128. Ч тобы рассматривать char как беззнаковоеп еред ним ставится unsigned. Символьная константа дифференц ируется от соответствую щ ег о числовог о значения п утем заклю чения символьной константы в ап острофы. Значением символьной константы является ц елое число, равное коду данног о символавтаблиц е кодовASCII. Н ап ример, значение символа‘0’ вкоде ASCII равно 48. И меется символьная константадля действительног о нулевог о числовог о значения. О накодируется ввиде‘\0’.

18 Сущ ествует ряд сп ец иальных символов, которые п редставляю тся ввиде уп равляю щ ей п оследовательности. У п равляю щ ие п оследовательности оп ределяю тся в языке С с п омощ ью обратной наклонной черты ‘\’, с которой начинается каж дая такая п оследовательность. Заобратной наклонной чертой следует один символ, или некоторый ог раниченный сп исок символов, или три ц ифры восьмеричног о числа. П еременные не мог ут исп ользоваться в уп равляю щ их п оследовательностях. Сп исок уп равляю щ их п оследовательностей п редставлен вп . 1.1.1. П еременные символьног о тип а долж ны быть оп ределены до их исп ользования с п омощ ью клю чевог о словаchar. Т ак как значением объектасимвольног о тип аявляется ц елое число, п редставляю щ ее код данног о символа в конкретной реализац ии, к символьным данным мож но п рименять все оп ерац ии, п редусмотренные в С. Н ап ример, выраж ение ‘b’+’%’-‘!’ вязыке С соверш енно законно. Э то выраж ение вычисляется вкоде ASCII иимеетзначениесимволаf, т.е. (98 + 37 - 33 = 102). Т акие символьные выраж ения встречаю тся редко, так как они не имею т смысла. Н о мож но п ривестип ример, ког давып олнение оп ерац ии слож ения с кодами символовимеет смысл и часто исп ользуется. К оды символовверхнег о и ниж нег о рег истровлатинског о алфавитавтаблиц е кодовASCII отличаю тся назначение 32. Н ап ример, символ ‘A’ имееткод 65, асимвол ‘а’ – код 97. Разниц амеж ду кодамиравна32. А так как все коды п оследую щ их символовувеличиваю тся наединиц у втаблиц еASCII, то, для тог о чтобы п олучить код алфавитног о символаниж нег о рег истра, нуж но п рибавить значение 32 к значению кода верхнег о рег истра, нап ример: char n_reg, v_reg; … … … n_reg=v reg+32;

19 2.2.3 Пл а ва ющ ий тип К онстанта с п лаваю щ ей точкой состоит из ма нтиссы и порядка . М антиссасодерж итц елую идробную части. Значениечислас п лаваю щ ей точкой п олучается умнож ением мантиссы на 10 в степ ени, задаваемой п орядком. Ц елая часть – это десятичная константа, дробная часть – точка, закоторой следуетдесятичная константа. Л ибо ц елая, либо дробная часть вмантиссе мож ет быть оп ущ ена. П орядок зап исывается буквой е , знаком п орядка и десятичной константой, п редставляю щ ей ег о значение. Знак п орядка мож ет быть оп ущ ен, и в этом случае п одразумевается знак «п лю с». В языке С имею тся два п лаваю щ их тип а: float (п лаваю щ ий нормальной точности) иdouble (п лаваю щ ий двойной точности). П еременные п лаваю щ ег о тип аоп ределяю тся с п омощ ью клю чевог о слова float или double, за которым через п робел следую т одно или несколько имен п еременных. В С п ри вып олнении оп ерац ий, а такж е п ри п ередаче значений арг ументовданныетип аfloat п реобразую тся к тип у double. К данным тип овfloat иdouble разреш ается п рименять всеоп ерац ии, п редусмотренныевязыке. 2.2.4 Пе ре числ имый тип П еречислимый тип п озволяет задать именованные ц елочисленные константы тип аint. П ричем п о умолчанию этиконстанты имею тзначения 0, 1, … иобычно ониисп ользую тся для обозначения различных вариантов чег о-либо. О бъявлениеп еречислимог о тип аимеетвид: enum имя{конста нта 1,… ,конста нта n}; Здесь конста нта i вп ростейш ем случае – это символическое имя. конста нта 1 п олучает значение 0, а каж дая п оследую щ ая – значение п редыдущ ей п лю с 1. О днако, конста нта i мож етиметь вид имя=зна че ние . В этом случае константа п олучает указанное значение (оно долж но быть больш е значений всех п редыдущ их констант). П оследую щ ие константы, как и раньш е, п олучаю тсвоизначения п утем увеличения на1, еслиониявно не заданы.

Д ля исп ользования тип а

20 enum исп ользуется следую щ ий

вид: enum имя Имя в enum мож но не указывать п ри оп исании только одной п еременной, еслиэтотenum больш ениг денеисп ользуется. 2.3. И нициализация перем енны х К ог давп рог рамме наязыке С создается п еременная, ее значение мож ет быть п роизвольным, в зависимости от тог о, что находилось в соответствую щ их ячейках п амятивмомент ее создания. П оскольку такое значение заранее п редуг адать невозмож но, ег о называю т «мусором». И сп ользование такой п еременной без п рисвоения ей явног о значения мож ет п ривести к неп редсказуемым результатам. П оэтому п еременные п еред их исп ользованием начтениедолж ны быть инициализированы , т.е. им необходимо п рисвоить начальное значение. Э то мож но сделать в оп ераторе п рисвоения, а мож но и п ри оп ределении п еременной. И ниц иализац ия п еременных обычных тип овне отличается от п ростог о п рисвоения изап исывается одним из следую щ их сп особов, нап ример, для ц елочисленной п еременной: 1. int i=0; 2. int i=0,j=0,k=0; 3. int i,j,k; int j=0; i=j=k=0; int k=0; Т акая ж еиниц иализац ия разреш енаидля структур, идля массивов. Д ля структур сп рава от знака равенства п еречисляю тся соответствую щ ие значения п олей п о п орядку и через зап ятую , заклю ченныевфиг урныескобки. Т .е. иниц иализац ия имеетвид: тип имя={зна че ние пол я1,… ,зна че ние пол яn}; П ричем, если само п оле является структурой, то для нег о задается такой ж е иниц иализатор. П ри иниц иализац ии структур в фиг урных скобках мож но указывать не все п оля. Т ог даоставш иеся п оля п олучат нулевыезначения. Э лементы массива, так ж е как п оля структур, п еречисляю тся через зап ятую и заклю чаю тся вфиг урные скобки. Е сли п еречислено меньш е элементов, оставш иеся обнуляю тся.

Более детально оп исанап риих рассмотрении.

21 иниц иализац ия всех п еременных

2.4. О пределение т ипа В языке С п редусмотрена возмож ность оп ределения имен тип ов данных. Л ю бому тип у данных с п омощ ью клю чевог о словаtypedef мож но п рисвоить имя иисп ользовать ег о далееп риоп ределениип еременных. П усть вп рог раммеимеется оп ределениеименитип а: typedef struct {double re, im ;} complex; Д алее имя complex мож ет быть исп ользовано п ри оп ределении п еременных. Н ап ример: complex chislol; г де chislol является структурной п еременной. Э та зап ись эквивалентнаследую щ ей: struct {double re, im ;} chislol; Рекомендуется выделять втекстеп рог раммы всеимена, созданныес п омощ ью typedef иdefine с п омощ ью п роп исных букв: typedef int VOID; #defineVOID int О п ределениеtypedef рекомендуется исп ользовать: 1) для улучш ения документирования п рог рамм, так как мож но вводить именатип ов, соответствую щ иеих содерж анию . 2) для п овыш ения мобильности п рог рамм. Н ап ример, мож но оп ределить собственный ц елый тип , который наразных маш инах мож ет быть заменен одним из п одходящ их тип ов: int, short, long илиunsigned. 2.5. К лассы пам ят и 2.5.1 О бл а сть видимости и вре мяж изни пе ре ме нной В языкеС сущ ествую тчетыреклассап амяти: автоматический (auto); внеш ний (extern); статический (static); рег истровый (register). В основе деления наклассы п амятилеж ат две базовые конц еп ц ии: область видимостип еременной ивремя ж изнип еременной.

22 О бл а сть видимости оп ределяет ту часть п рог раммы, вп ределах которой известны имя итип п еременной. О бласть видимости мож ет быть локальной или глоб альной . Н ап ример, п еременные автоматическог о классап амяти являю тся локальными п о отнош ению к функц ии, в которой они оп ределены. П оп ытка исп ользовать эту ж е п еременную внетелафункц ии, г деэтап еременная оп ределена, п риведетк ош ибке. П еременная г лобально видима, если онавидиманап ротяж ении всег о файла. В ре мя ж изни оп ределяет время сущ ествования п еременной в п роц ессе вып олнения п рог раммы. В ремя ж изни п еременной мож ет быть г лоб альны м или локальны м . П еременная с гл оба л ьным вре ме не м ж изни обладает оп ределенными п амятью и значением на п ротяж ении всег о времени вып олнения п рог раммы. П еременная с л ока л ьным вре ме не м ж изни захватываетновую п амять п рикаж дом входевблок, вкотором она оп ределена. К ог дазаверш ается вып олнение блока, локальная п еременная п роп адает, азначитп роп адаетиеезначение. Т аким образом, время ж изни п еременной оказывает п рямое воздействие на возмож ность ее исп ользования, П еременные, п ринадлеж ащ ие различным классам п амяти, мог ут быть локальны м и или г лоб альны м и. П еременные, п ринадлеж ащ ие автоматическому (auto), рег истровому (register) и в некоторых случаях статическому (static) классу п амяти, являю тся л ока л ьными. П еременные, п ринадлеж ащ ие внеш нему (extern), а такж е в некоторых случаях статическому (static) классу п амяти, — гл оба л ьные . Т аким образом, п еременныестатическог о классап амятимог утбыть как локальными, так и г лобальными. 2.5.2 Л ока л ьные пе ре ме нные . Автома тиче ский кл а сс па мяти. Л окальной п еременной называется п еременная, доступ к которой возмож ен только внутринекоторог о блокаоп ераторовилифункц ии. П ри этом имя локальной п еременной мож ет совп адать с именем друг ой п еременной, оп ределенной снаруж и. Л окальная п еременная вэтом случае п ерекрываетвнеш ню ю во всем блокекодаилифункц ии. Л окальные п еременные мог ут быть автоматические. А вт ом ат ические – это теп еременные, которыесоздаю тся автоматически

23 п ри входе вфункц ию или блок кодаиуничтож аю тся п ривыходе из нег о. П амять п од автоматическиеп еременныевыделяется встеке. А втоматическими п еременными являю тся п араметры функц ии, а такж е п еременные, оп ределенные вее начале иливначале блокакодап о схеме [auto] тип имя[=на ча л ьное зна че ние ]; О бычно слово auto оп ускаю т, и, п о умолчанию , п ринимается, что п еременные, оп ределенные таким образом, в теле функц ии, являю тся автоматическими. О бласть видимости, а такж е время ж изни автоматических п еременных ог раничены телом функц ии. К ним невозмож но обратиться из друг их функц ий. 2.5.3 Л ока л ьные пе ре ме нные . С та тиче ский кл а сс па мяти С т ат ические локальные п еременные оп ределяю тся такж е как и автоматическиетолько со словом static вп ереди, нап ример, static тип имя[=на ча л ьное зна че ние ]; В отличие от автоматических п еременных, статические создаю тся один раз п ризап ускеп рог раммы (п ричем, п еред вызовом функц ииmain), и сущ ествую тдо самог о еезаверш ения. 2.5.4 Р е гистровый кл а сс па мяти. В языке С введен сп ец иальный класс п амяти, п одобный автоматическому, который п редусматривает, что значение п еременной будетразмещ аться врег истре. Э тоткласс п амятиназывается ре гистровым (register). П редп олагалось, что он будет обесп ечивать более быстрое вып олнение оп ерац ий. Н е все комп иляторы п оддерж иваю т этот класс п амяти. В этих случаях рег истровый класс п амяти рассматривается как автоматический. М ог ут быть оп ределены как рег истровые только п еременные тип аchar, short иint. О п ределение п еременной рег истровог о классап амятиначинается со словаregister. Н ап ример: register int i=0; П еременные рег истровог о классап амяти имею т такие ж е область видимостиивремя ж изни, как иавтоматическиеп еременные. О п ределение рег истровых п еременных обычно долж но быть вначалеблока. Сущ ествует

24 одно ог раничение: оп ерац ия указателей п рименяться к рег истровым п еременным.

(&)

не

мож ет

2.5.5 Гл оба л ьные пе ре ме нные . В не ш ний кл а сс па мяти. Глобальные п еременные, как и static локальные, создаю тся п ри зап уске п рог раммы и сущ ествую т до ее заверш ения. О тличие втом, что они оп ределяю тся за п ределами всех функц ий и доступ ны из лю бой функц ии (если только она не п ерекрывает г лобальную п еременную локальной). Глобальная п еременная долж набыть оп исанадо ее исп ользования. В неш ние(extern) п еременныеоп ределяю тся внетелафункц ии, чащ евсег о в начале исходног о файла. Н ап ример, оп ределение символьной п еременной с иц елой п еременной a с классом п амятиextern мож етиметь следую щ ий вид: int а=10; char c=’y’; main() {… } К лю чевое слово extern в этом случае не указывается. Т ак как п еременная оп ределенавкачествевнеш ней, онамож етбыть исп ользована неп осредственно в лю бой из функц ий, составляю щ их исходный файл. Е сли какая-либо функц ия изменяет значение внеш ней п еременной, то лю бая п оследую щ ая функц ия п олучитизмененноеновоезначение. Н о иног даследует объявить и внеш ню ю п еременную внутри тела какой-либо функц ии, и это объявление долж но начинаться с клю чевог о словаextern, котороенельзя оп ускать. Д елать это нуж но вследую щ их случаях: 1) ког да функц ия, которая исп ользует внеш ню ю п еременную , размещ енависходном файледо оп ределения этой внеш ней п еременной; 2) ког да функц ия, которая исп ользует внеш ню ю п еременную , размещ енавдруг ом исходном файле. В друг их случаях обычно г лобальные п еременные оп ределяю т в начале файлаили хотя бы до функц ий, исп ользую щ их эти п еременные.

25 Е сли необходимо исп ользовать г лобальную п еременную , оп ределенную вдруг ом файле, онадолж набыть оп исанавданном файле как extern: extern имятип; П рисвоение начальног о значения здесь не доп ускается, так как это неоп ределениеп еременной, аоп исаниетог о, что онаберется г де-то извне (ссылкананеебудетразреш енанаэтап екомп оновкип рог раммы). О п исание г лобальной п еременной, исп ользуемой в нескольких друг их файлах, часто выносят в заголовочный h-файл, так ж е как и п рототип ы функц ий. О бъявление внеш них п еременных информирует комп илятор, что такая п еременная уж е сущ ествует и п амять для нее уж е выделена. В неш няя п еременная имеет г лобальное время ж изни, т.е. обладает оп ределенными п амятью и значением на п ротяж ении всег о времени вып олнения п рог раммы, начиная с момента оп ределения внеш ней п еременной. В неш ние п еременные мож но иниц иализировать только выраж ениямис константамииуказателяминаранее оп исанные объекты. П о умолчанию , если не задана иниц иализац ия, внеш ние п еременные п олучаю тнулевыеначальныезначения. 2.5.6 Гл оба л ьные пе ре ме нные . С та тиче ский кл а сс па мяти. Глобальная п еременная мож етбыть сделанавидимой только водном файле. Д ля этог о п еред ееоп исанием ставятслово static. В разных файлах мог ут быть оп ределены и исп ользоваться разные static – г лобальные п еременные с одним и тем ж е именем без всяког о конфликта. Н икаког о сп особадоступ ак статической п еременной одног о файлаиз друг ог о нет. П еременные статическог о классап амяти мог ут быть внеш ними и внутренними. В обоих случаях п еременные долж ны быть оп ределены с п омощ ью клю чевог о словаstatic. В ремя ж изни статических п еременных г лобальное: начинается п ослеоп ределения п еременной ип родолж ается до конц а п рог раммы. О бласть видимости статических п еременных будет зависеть оттог о, являю тся лионивнеш нимииливнутренними. Статические п еременные мож но иниц иализировать только выраж ениями с константами или указателями на ранее оп исанные

26 п еременные. Статические п еременные иниц иализирую тся один раз – п рип ервом входе вту область, г де ониоп исаны (либо нулем, еслиначальные значения не заданы). П рип оследую щ их входах вданную область статические п еременные сохраняю т те значения, которые они имелип рип оследнем выходеиз области. В нутре нние ста тиче ские пе ре ме нные оп ределяю тся вначалеблока, вкотором онибудутисп ользоваться. О бласть видимостирасп ространяется только на этот блок. П оэтому внутренние статические п еременные п одобны автоматическим п еременным, за исклю чением тог о, что они сущ ествую тип ослевыходаиз функц ииилиблока. В не ш ние ста тиче ские пе ре ме нные оп ределяю тся вне всех функц ий, так ж екак ивнеш ние(extern) п еременные. О днако воп ределениивнеш них статических п еременных п ервым долж но быть клю чевоеслово static. Н ап ример, оп ределениевнеш ней double п еременной е истатической ц елой i, иниц иализированной единиц ей, долж но размещ аться п еред функц ией main() ииметь вид: double e=1.0; static int i=l; main( ) {… } И так, если нуж но сделать недоступ ной информац ию вфайле для друг их файлов, надо исп ользовать внеш ниестатическиеп еременные. § 3. О ПЕ РА Ц И И И В Ы РА Ж Е Н И Я 3.1. О сновны е сведения В ыра ж е ния являю тся объектами, конструируемыми с исп ользованием оп ерац ий, констант, п еременных (вклю чая структуры, массивы и вызовы функц ий). В ыраж ения состоят из опе ра ндов (элементов языка) и опе ра ц ий. В ыраж ения, ссылаю щ иеся на п еременную , которой мож ет быть п рисвоено значение, называю тся а дре сными (взарубеж ных комп иляторах и литературе адресноевыраж ениеобозначается символом lvalue). О п ерац ииклассифиц ирую тся п о числу участвую щ их вних оп ерандовили п о тип у действия, котороеонивып олняю т.

27 П ри классификац ии п о числу оп ерандоввсе оп ерац ии языка С мог утбыть разделены на4 катег ории: 1) п ервичные, оп ределяю щ ие разделители и комп оненты составных объектовязыка; 2) унарные, вып олняю щ ие оп ределенные действия только над одним оп ерандом; 3) бинарные, для вып олнения которых требую тся два оп еранда; больш инство оп ерац ий языкавходитвэту г руп п у; 4) тройная, для вып олнения которой требую тся три оп еранда; в С сущ ествуеттолько однатройная оп ерац ия — условная оп ерац ия. К лассификац ия оп ерац ий языка С п о тип ам вып олняемых действий п редставленавтаблиц е. Т аблиц а4 П риоритет

К ласс оп ерац ии

О п ерац ия Первичны е

1 вызовфункц ии

имя(п араметры)

индексац ия

[]

доступ к элементу структуры п о имени

.

доступ к элементу структуры п о указателю

-> У нарны е

2 разименование

*

п олучениеадреса

&

изменениезнака

-a

п риведениетип а

(тип ) выраж ение

размер

sizeof()

автоинкремент

++a

автодекремент

--a

инверсия

~a

лог ическоеотриц ание

!a Бинарны е

3

мул ьтипл ика тивные

28 умнож ение

a*b

деление

a/b

остаток отделения

a%b а ддитивные

4

5

слож ение

a+b

вычитание

a-b

побитовые сдвиги

a<>b отнош е ния

6 меньш е

a
меньш еилиравно

a<=b

больш е

a>b

больш еилиравно

a>=b ра ве нства

7 равно

a= = b

неравно

a! = b

8

побитовое И

a&b

9

искл юча ющ е е ИЛ И

a^b

10

побитовое ИЛ И

a|b

11

л огиче ское И

a&&b

12

л огиче ское ИЛ И

a||b

13

У словное вы раж ение

условие? выр1: выр2

14

Присваивания

a=b, a*=b, a+=b, a<<=b, a&=b, a^=b, a/=b, a- =b, a>>=b, a|=b, a%=b

15

З апят ая

выр1, выр2

Бинарные оп ерац ии разделяю тся на тип ы: мультип ликативные, аддитивные, сдвиг а, отнош ения, равенства, п обитовое И , п обитовоеИ Л И , исклю чаю щ ееИ Л И , лог ическоеИ , лог ическоеИ Л И . В се оп ерац ии языкаС имею т дваваж ных атрибута– п риоритет и п орядок. П риоритет мож но рассматривать как ранг оп ерац ии. П риоритет оп ерац ий имеет такой ж е смысл, как и в алг ебре. Самый высокий п риоритетимею тп ервичныеоп ерац ии.

29 П орядок мож но рассматривать как нап равление, вкотором вып олняю тся оп ерац ии, обладаю щ иеодинаковым п риоритетом. О п ерац ии, требую щ ие более одног о оп еранда, мог ут быть коммутативными и некоммутативными. Говорят, что оп ерац ия коммут ат ивна, еслип ерестановкаместамидвух ееоп ерандовнеизменяет значение результата оп ерац ии. К оммутативные оп ерац ии в языке С: умнож ение( * ), слож ение( + ), равно ( = = ), неравно ( ! =), п обитовоеИ ( & ), п обитовоеисклю чаю щ ееИ Л И (^) , п обитовоеИ Л И ( | ). В ыраж ения, вклю чаю щ ие одну из коммутативных оп ерац ий, даж е п ри наличии скобок мог ут быть п ереуп орядочены комп илятором. В о мног их случаях это несущ ественно, но втех ситуац иях, г деваж но оставить п орядок вычислений, мож но исп ользовать явную п ромеж уточную п еременную . В языке С не задан п орядок вычисления оп ерандовдля оп ерац ий. В этом случае для задания оп ределенног о п орядка вып олнения п ромеж уточный результат мож но сохранить внекоторой п ромеж уточной п еременной. Н о сущ ествую т четыре оп ерац иивязыке С, которые имею т ж есткий п орядок вычисления: лог ическое И (&&), лог ическое И Л И (||), зап ятая (,), условное выраж ение (? :). О п еранды в этих оп ерац иях вычисляю тся всег даслеванап раво. 3.2. Первичны е вы раж ения П ервичные выраж ения вклю чаю т оп ерац ии: доступ а к элементу структуры п о имени, доступ а к элементу структуры п о указателю , индексац ииивызовафункц ии. П олный сп исок п ервичных выраж ений вязыкеС: константа, строка, идентификатор, (выраж ение), п ервичное выраж ение [выраж ение], п ервичное выраж ение (сп исок выраж ений), п ервичный адрес.идентификатор, п ервичноевыраж ение-> идентификатор. К онстанта имеет тип в соответствии с ее видом. Символьные константы имею ттип int, константы с п лаваю щ ей точкой – тип double. Строкап редставляется указателем наначало массивасоставляю щ их еесимволов.

30 И дентификатор в п ервичном выраж ении обозначает п еременную или составной объект (массив, структура, функц ия). Значениями составных объектов являю тся указатели на эти объекты. 3.3. Первичны е операции 3.3.1 О пе ра ц ия() вызова ф ункц ии ил и изме не нияпорядка вычисл е ния выра ж е ния О п ерац ия вып олняется слеванап раво. О п ерац ия () оп ределяет п орядок вып олнения оп ерац ий и ог раничивает сп исок арг ументовот имени функц ии ввызове функц ии. Скобкитакж еисп ользую тся п риобразованиисоставных объектов. О бращ ение к функц ии – п ервичное выраж ение. Заним вскобках следует (через зап ятую ) ряд выраж ений, являю щ ихся фактическими арг ументамиэтой функц ии. Болееп одробно об этом оп исано вп .1.2 3.3.2 О пе ра ц ияинде кса ц ия О п ерац ия имеетвид: пе рвичное выра ж е ние [ц е л ое выра ж е ние ] О п ерац ия вып олняется слеванап раво. П ервичное выраж ение вэтой оп ерац ии п редставляет имя массива, которое является адресом п ервог о элементамассива. Ц е л ое выра ж е ние долж но находиться вп ределах г раниц массива. О но мож ет п ринимать значения в интервале от нуля до количества элементов в массиве минус единиц а. Э лементы массива в п амятиразмещ аю тся п острочно. О п ерац ия индексац ии исп ользуется как для оп ределения массивов, так идля обращ ения к оп ределенным элементам массива. n-мерный массивоп ределяется следую щ им образом: тип да нных имяма ссива [t][n]… [r] Буквы в квадратных скобках п редставляю т выраж ения, которые п риводятся к ц елому тип у. Э ти ц елые значения, называемые инде кса ми, обозначаю т размерность массива, азначение каж дог о индексаоп ределяет количество элементовп о каж дому измерению . О п ерац ия индексац ии исп ользуется п ри обращ ении к отдельному элементу массива. Э лементы массиванумерую тся, начиная с нуля икончая

31 значением индекса минус единиц а. Более п одробно мы рассмотрим это п риоп исаниимассивов. 3.3.3 О пе ра ц ии доступа к эл е ме нту структуры/объе дине ния О п ерац ииимею твид: п ервичный адрес.идентификатор п ервичноевыраж ение->идентификатор О п ерац иивып олняю тся слеванап раво. О п еранд пе рвичный а дре с воп ерац иидоступ к элементу структуры п о имени ( . ) есть адресное выраж ение, обозначаю щ ее структуру или объединение. О п еранд пе рвичное выра ж е ние в оп ерац ии доступ к элементу структуры п о указателю (->) есть указатель наструктуру илиобъединение. О п еранд иде нтиф ика тор для обеих оп ерац ий долж ен быть именем элементаструктуры илиобъединения. Результатом оп ерац ий является адресное значение, указываю щ ее на п оименованный элементструктуры илиобъединения. О п ерац ия доступ к элементу структуры п о имени( .) дает удобный метод для обращ ения к элементу п еременной структуры. Н ап ример, еслиs - п еременная тип аструктуры struct test_struct, содерж ащ ей п оле f, то к этому п олю удобно обращ аться п рип омощ иконструкц ии s.f Е слиж еу нас есть указатель натакую структуру ps, то мы мог либы исп ользовать зап ись (*ps).f Скобки вданном случае необходимы, так как п риоритет оп ерац ии доступ к элементу структуры п о имени( . ) выш е, чем унарной оп ерац ии доступ п о указателю (*). О днако, исп ользованиеоп ерац ии-> п озволяетсделать зап ись короче ип онятнее: ps->f Болееп одробно структуры иобъединения рассмотрены в§ 5.

32 3.4. У нарны е операции 3.4.1 О пе ра ц ии доступа по ука за те л ю и взятияа дре са О п ерац ииимею твид: *выра ж е ние &а дре сное выра ж е ние О п ерац иивып олняю тся сп раваналево. У нарная оп ерац ия * означает доступ п о указателю к значению п еременной. В ыраж ениесп раваотзвездочкидолж но быть указателем или иметь результат тип а указатель. Результатом оп ерац ии доступ п о указателю (*) является значение п еременной, на которую ссылается указатель. У нарная оп ерац ия ( & ) означает п олучение адреса некоторог о объекта. О п ерандом мож етбыть п еременная илиэлементмассива. Н ельзя п олучить адрес константы. Н ельзя п рименять оп ерац ию к п еременным рег истровог о классап амяти. О п ерац ия доступ п о указателю (*) мож ет исп ользоваться вобеих частях оп ераторап рисваивания ( *а== *b), вто время как оп ерац ия взятия адреса(&) — только вп равой частиоп ераторап рисваивания ( c=&d) . О п ерац иидоступ ап о указателю ивзятия адресап озволяю тработать с указателями. Н ап омним, что указатель — это п еременная, которая содерж ит адрес размещ ения в п амяти друг ой п еременной. О п ерац ия указатель дает адрес размещ ения в п амяти п еременной, элемента структуры илиэлементамассива. П реимущ ество исп ользования указателей особенно ярко п роявляется п ри работе с такими п роизводными тип ами данных, как массивы и структуры. Следует заметить, что различные тип ы данных п редъявляю т разные требования к объему выделяемой для них п амяти. П оэтому, ког дадля доступ а к п еременной исп ользуется указатель, стартовый адрес размещ ения в п амяти этой п еременной является необходимым, но не достаточным условием для доступ ак этой области п амяти. Зная только стартовый адрес размещ ения вп амяти п еременной, ни комп илятор, ни п рог раммист не мог ут оп ределить, г де ж е заканчивается область п амяти, на которую ссылается указатель. Т акж е неизвестен тип данног о, содерж ащ ег ося в этой области п амяти. Д ля реш ения этих п роблем

33 необходимо оп исать указатели п еред их исп ользованием. У казатели оп исываю тся так ж е, как и данные друг их тип ов, заисклю чением тог о, что тип данног о воп исаниинеявляется тип ом указателя, аотносится к п еременной, накоторую ссылается указатель. Н ап ример: int (* р) [4]; - указатель намассивиз четырех ц елых; int *р[4]; - массив из четырех элементов, каж дый из элементов массиваявляется указателем нац елое; int *р; - указатель нац елое; int a; - ц елая п еременная. 3.4.2 О пе ра ц ияизме не ниязна ка О п ерац ия имеетвид: - (выра ж е ние ) О п ерац ия вып олняется сп рава налево и только над объектами арифметическог о тип а. Результатом является оп еранд, взятый с п ротивоп олож ным знаком. Т ип результатасохраняется. У нарный минус следуетотличать отоп ерац иивычитания. Н ап ример, оп ератор а=b--с; мож ет вызвать ош ибку в некоторых реализац иях, так как оп ерац ии вычитания и унарный минус, следую щ ие друг за друг ом, мог ут быть ош ибочно ассоц иированы с оп ерац ией уменьш ения. 3.4.3 О пе ра ц ии а втоуве л иче нияи а втоуме ньш е ния О п ерац ииимею твид: ++ а дре сное выра ж е ние или а дре сное выра ж е ние ++ --а дре сное выра ж е ние или а дре сное выра ж е ние -О п ерац иивып олняю тся сп раваналево. О п ерац ия увеличения увеличивает значение своег о оп еранда на единиц у, оп ерац ия уменьш ения уменьш аетег о значениенаединиц у. Различаю т п рефиксную и п остфиксную формы оп ерац ий. Е сли оп ерац ия п омещ ается п еред оп ерандом, онаназывается пре ф иксной, если п осле оп еранда, — постф иксной. В результате вып олнения п рефиксной оп ерац ии значением всег о выраж ения является измененное значение

34 оп еранда, в результате вып олнения п остфиксной оп ерац ии- п реж нее, неизменноезначениеоп еранда. Д ля п римерасравним результаты вып олнения оп ераторов: int а=5; b=++а; (1) П еременная b п олучитзначение6. int a=5; b=a++; (2) П еременная b п олучитзначение5. О п ерац ии увеличения и уменьш ения мог ут п рименяться только к одиночным п еременным. В ыраж ение вида(а+b)++ недоп устимо, так как (a+b) неявляется адресным выраж ением. Следуетзап омнить, что оп ерац ии увеличения и уменьш ения вотличие от больш инстваоп ерац ий языкаС, действительно изменяю ттекущ еезначениеп еременной благодаря неявной оп ерац иип рисваивания. 3.4.4 опе ра ц ияпре обра зова ниятипа О п ерац ия имеетвид: (тип) (выра ж е ние ) О п ерац ия вып олняется сп раваналево. Заклю ченное вкруг лые скобки обозначение тип аданных, стоящ ее п еред выраж ением, вызываетп реобразованиезначения этог о выраж ения к заданному тип у. О бозначение тип азап исывается п о тем ж е п равилам, что и обозначение объекта в оп исаниях, за исклю чением тог о, что здесь отсутствуетидентификатор объекта. П римеры обозначений тип а: int -ц елый; int* - указатель нац елое; int *[4] — массивиз четырех указателей нац елое; int (*)[4 ] - указатель намассивиз четырех ц елых; int *() - функц ия, возвращ аю щ ая указатель нац елое; int (*)()- указатель нафункц ию , возвращ аю щ ую ц елое. В ыраж ение (int).359е02 дает ц елое значение 35, так как п ри п реобразовании к ц елому дробная часть отбрасывается. О п ерац ия п реобразованиетип аисп ользуется втех случаях, ког дап о контексту не п редп олагается автоматическог о п реобразования тип ов,

нап ример п ри сог ласовании п риобращ ениик функц ии.

35 тип ов арг ументов и п араметров

3.4.5 О пе ра ц ияsizeof - опре де л е ние ра зме ра па мяти (в ба йта х) О п ерац ия имеетвид: sizeof (выра ж е ние ) sizeof(тип) . О п ерац ия вып олняется сп раваналево. О п ерац ия sizeof выдаетразмер своег о оп ерандавбайтах. О п ерандом мож ет быть лю бое выраж ение или тип . Е сли значением выраж ения является составной объект, выдается размер всег о объекта. Е сли оп ерандом является обозначение тип а, выдается размер лю бог о объекта данног о тип а. Результатоп ерац ииsizeof имееттип int. 3.5. Бинарны е операции 3.5.1 М ул ьтипл ика тивные опе ра ц ии - умнож е ние , де л е ние , де л е ние по модул ю О п ерац ииимею твид: выра ж е ние 1 * выра ж е ние 2 выра ж е ние 1 / выра ж е ние 2 выра ж е ние 1 % выра ж е ние 2 О п ерац иивып олняю тся слеванап раво. О п еранды воп ерац иях умнож ения и деления мог ут иметь лю бой арифметический тип , авоп ерац ии деления с остатком оп еранды только ц елог о тип а. Результатоп ерац ий имеетарифметический тип int илиdouble всоответствиис п равиламип реобразования тип ов. О п ерац ия умнож ения * вып олняется п о обычным п равилам ц елочисленной и п лаваю щ ей арифметики. Е сли результат оп ерац ии п ревыш ает максимально доп устимое для данног о тип а значение, п роисходит п отеря старш их битов, и результат п олучается неоп ределенный. О п ерац ия деления / вып олняется п о обычным п равилам ц елочисленной и п лаваю щ ей арифметики. Д ля ц елых чисел результат всег да усекается в сторону нуля. Результат оп ерац ии неоп ределенный,

36 если делитель (второй оп еранд) равен нулю (обычно в такой ситуац иип роисходитаварийноезаверш ениеп рог раммы). О п ерац ия модульное деление % п рименяется только к ц елочисленным тип ам оп ерандов. Результат имеет значение остаткаот деления п ервог о оп еранданавторой. Знак остаткавсег дасовп адает со знаком п ервог о оп еранда. Н ап ример: 9%5 - результат4;-9% 5 - результат-4; 9%-5-результат4; 9%3 -результат0. 3.5.2 Аддитивные опе ра ц ии - сл ож е ние и вычита ние О п ерац ииимею твид: выра ж е ние 1 + выра ж е ние 2 выра ж е ние 1 - выра ж е ние 2 О п ерац иивып олняю тся слеванап раво. О п ерандами мог ут быть лю бые скалярные выраж ения. Результат будет арифметическог о тип а либо тог о ж е тип а, что и у оп еранда указателя. О п ерац ия слож ения вычисляет сумму оп ерандов, оп ерац ия вычитания — разность п ервог о и второг о оп ерандов. Е слиобаоп еранда арифметическог о тип а, оп ерац ии вып олняю тся п о обычным п равилам ц елочисленной арифметики. В языке п редусмотрены оп ерац ии над указателями, которые п озволяю тп рибавить к указателю (иливычесть из нег о) лю боевыраж ение ц елог о тип а. Результатом такой адресной оп ерац ии будет значение указателя п лю с (или минус) значение второг о оп еранда, умнож енное на размер объекта, накоторый ссылается указатель (т.е. п рип рибавленииили вычитаниииз указателя ц елог о числаn, п олучаем адрес объектаданног о тип а, смещ енног о наn элементоввп раво иливлево относительно объекта, накоторый ссылается указатель). К роме слож ения и вычитания с ц елым, возмож на оп ерац ия вычитания двух указателей одинаковог о тип а. Результат п реобразуется к количеству объектов данног о тип а, расп олож енных в области п амяти меж ду двумя указателями, п утем деления разностинаразмер объекта, на который ссылаю тся указатели. П одробнее этивоп росы рассмотрены вп . 6.2.

37 3.5.3 О пе ра ц ии сдвига О п ерац ииимею твид: выра ж е ние 1 << выра ж е ние 2 выра ж е ние 1 >> выра ж е ние 2 О п ерац иивып олняю тся слеванап раво. В ыра ж е ние 2 долж но быть ц елог о тип а, оно не мож ет быть отриц ательным или быть больш е, чем длиналевог о оп ерандавбитах. В ыра ж е ние 1 долж но п реобразовываться к ц елому тип у. О п ерац ия сдвиг а влево начинается с размещ ения левог о оп ерандаво временную область п амяти, достаточную для размещ ения тип аint. Биты внутриэтой области п амятисдвиг аю тся влево начисло п озиц ий, заданноеп равым оп ерандом. О п ерац ия сдвиг а вп раво вып олняется аналог ично, но сдвиг п роисходитвп раво. П ри сдвиг е влево освобож даемые биты зап олняю тся нулями. П ри сдвиг евп раво освобож даемые биты зап олняю тся нулями, еслитип левог о оп ерандаunsigned. Д ля друг их тип оврезультатзависитотреализац ии. Т ип результатавсег дасовп адаетс тип ом левог о оп еранда. 3.5.4 О пе ра ц ии отнош е нияи ра ве нства - ме ньш е , бол ьш е , ме ньш е ил и ра вно, бол ьш е ил и ра вно, ра вно, не ра вно О п ерац ииимею твид: выра ж е ние 1 < выра ж е ние 2 выра ж е ние 1 > выра ж е ние 2 выра ж е ние 1 <= выра ж е ние 2 выра ж е ние 1 >= выра ж е ние 2 выра ж е ние 1 == выра ж е ние 2 выра ж е ние 1 != выра ж е ние 2 О п ерац иивып олняю тся слеванап раво. О п ерац ииравенствареализую тся так ж е, как иоп ерац ииотнош ения, различиемеж ду нимисостоиттолько вп риоритете: у оп ерац ий отнош ения он выш е. О п ерандами мог ут быть лю бые скалярные тип ы. В ычисляю тся значения обоих выраж ений, п риводятся к одному тип у и сравниваю тся. Результат оп ерац ии - ц елое значение 1, если отнош ение истинно, или ц елое значение 0, если отнош ение лож но. О п еранды - указатели п еред

38 сравнением п реобразую тся к ц елому тип у, п оэтому в сравнениивэтом случае участвую т значения адресовп амяти. У казатели, следовательно, мог утсравниваться с ц елымичислами. 3.5.5 Побитовые опе ра ц ии - отриц а ние , ил и, и, искл юча ющ е е ил и О п ерац ииимею твид: ^выра ж е ние выра ж е ние | выра ж е ние выраж ение& выра ж е ние выра ж е ние ^ выра ж е ние О п ерац ии вып олняю тся слева нап раво, кроме оп ерац ии (~). П обитовая оп ерац ия отриц ания (~) имеет самый высокий п риоритет из всех оп ерац ий над битами. Д ля вып олнения этих оп ерац ий мог ут исп ользоваться только выраж ения, п риводимыек ц елому тип у. У казанные оп ерац ии манип улирую т со значениями своих оп ерандов на уровне битовог о п редставления. Т ри бинарные оп ерац ии ( | , & , ^ ) формирую т каж дый бит результата сог ласно значениям каж дой п ары бит своих оп ерандов в соответствиисо следую щ ей схемой: & 0 1 | 0 1 ^ 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 У нарная оп ерац ия (~) формируетрезультат, вкотором каж дому биту оп еранда, равному 1, соответствует0 инаоборот(п обитовоеотриц ание). 3.5.6 Л огиче ские опе ра ц ии - И и ИЛ И О п ерац ииимею твид: выра ж е ние && выра ж е ние выра ж е ние || выра ж е ние В лог ической оп ерац ии И (&&) оп ерандами мог ут быть лю бые скалярные выраж ения. О п ерац ия вып олняется слева нап раво. Сначала вычисляется выраж ениеслева. Е слионо равно нулю , то выраж ениесп рава не вычисляется и результатом оп ерац ии будет нуль; вп ротивном случае вычисляется выраж ение сп рава. Е сли оно равно нулю , результатом оп ерац иибудетнуль; еслинеравно нулю , результатом будетединиц а.

39 В лог ической оп ерац ии И Л И ( || ) оп ерандамимог утбыть лю бые скалярные выраж ения. О п ерац ия вып олняется слева нап раво. Сначала вычисляется выраж ение слева. Е сли оно не равно нулю , выраж ениесп раваневычисляется ирезультатом оп ерац иибудетединиц а. В п ротивном случае вычисляется выраж ение сп раваи, если оно равно нулю , результатом оп ерац иибудет нуль; есливыраж ение сп раване равно нулю , результатом будетединиц а. П риоритет лог ической оп ерац ии И выш е п риоритета лог ической оп ерац ииИ Л И . 3.5.7 О пе ра ц ии присва ива ния-простого и соста вного О п ерац ииимею твид: а дре сное выра ж е ние опе ра ц ия выра ж е ние г деопе ра ц ия— однаиз оп ерац ий п рисваивания: =, *=, /=, %=, +=, - =, &=, ^=, |=, >>=, <<= О п ерац иип рисваивания вып олняю тся сп раваналево. В левой части оп ерац ии п рисваивания мож ет исп ользоваться адресное выраж ение: п еременная базовог о тип аданных; п еременная п роизводног о тип аданных; элемент массива; имя структурной п еременной или элемент структуры; выраж ение, ссылаю щ ееся нап еременную одног о из п еречисленных выш е тип ов, которой мож етбыть п рисвоено значение. Е слиобаоп ерандаарифметическог о тип а, атип выраж ения вп равой частинесовп адаетс тип ом объектавлевой части, то он п риводится к тип у левой частидо вып олнения оп ерац ии. Зап ись составной оп ерац иип рисваивания х опе ра ц ия= у эквивалентназап иси х = х опе ра ц ияу г де опе ра ц ия - однаиз бинарных оп ерац ий; х, у — выраж ения. Н ап ример, зап ись d* = 4+6; эквивалентназап исиd=d*(4+6); И сп ользование составной оп ерац ии п рисваивания сокращ ает время кодирования исоздаетболееэффективный объектный код.

40 Составноеп рисваиваниене п олностью эквивалентно п ростому п рисваиванию . В составном п рисваивании выра ж е ние 1 опе ра ц ия= выра ж е ние 2 оп еранд выра ж е ние 1 вычисляется только один раз, а в п ростом п рисваивании выра ж е ние 1 = выра ж е ние 1 опе ра ц иявыра ж е ние 2 выра ж е ние 1 вычисляется дваж ды. Т ак как п рисваивание является выраж ением, оно мож ет исп ользоваться всоставеболееслож ног о выраж ения, нап ример: s:=n+(j=k++); m=n=p=0; 3.5.8 О пе ра ц ияза пята я О п ерац ия имеетвид: выра ж е ние , выра ж е ние В ыраж ение с зап ятой вычисляется слева нап раво. Сначала вычисляется левоевыраж ение, ирезультатег о вычисления отбрасывается. Затем вычисляется п равое выраж ение. Значение и тип результата вычисления п равог о выраж ения и будут результатом оп ерац ии зап ятая. Н ап ример: s=(3.14,i%9,200); П еременной s п рисваивается значение200. s=3,i%9, t=100 Э то выраж ение п рисваивает три независимые величины трем различным п еременным. 3.5.9 У сл овна яопе ра ц ия О п ерац ия имеетвид; выра ж е ние 1 ? выра ж е ние 2 : выра ж е ние 3 О п ерац ия имеетфиксированный п орядок вычисления. П ервым вычисляется выра ж е ние 1. Е сливыра ж е ние 1 — "истина" (не нуль), вычисляется выра ж е ние 2. Значениевыра ж е ния2 будетрезультатом условной оп ерац ии. Е сли выра ж е ние 1 — "лож ь" (нуль), вычисляется выра ж е ние 3. Значениевыра ж е ния3 будетрезультатом оп ерац ии.

41 3.6. А риф м ет ические преоб разования П ри вып олнении арифметических оп ерац ий вязыке С действую т следую щ иеп равилап реобразования тип ов: 1) оп еранды тип аchar иshort п реобразую тся к тип у int, атип аfloat — к тип у double; 2) если один из двух оп ерандовимеет тип double, друг ой оп еранд п реобразуется к тип у double (п редп олагается, что второй оп еранд неимеет тип double) ирезультатоп ерац иибудеттакж етип аdouble; 3) если один из двух оп ерандовимеет тип long, друг ой оп еранд п реобразуется к тип у long (п редп олагается, что он не имеет тип long), и результатбудеттакж еиметь тип long; 4) если один из оп ерандов имеет тип unsigned, тог да и друг ой оп еранд п реобразуется к тип у unsigned (п редп олагается, что он не был тип аunsigned),. ирезультаттакж ебудетиметь тип unsigned; 5) еслиневып олнены условия 1 -4, обаоп ерандадолж ны быть тип а int, ирезультатимееттип int. Т аким образом, значения п риводятся к тому тип у, который п озволяет п редставить больш ий диап азон значений (во избеж ание п ереп олнения). 3.7. К онст ант ны е вы раж ения К онста нтным называется выраж ение, которое всег да дает единственноезначение. В языкеС константныевыраж ения требую тся: п ри иниц иализац иивнеш них статических п еременных; п ослеклю чевог о слова case воп ераторе switch; п ри оп ределении г раниц массива. В п оследних двух случаях константное выраж ение мож ет состоять из ц елых и/или символьных константиоп ерац ииsizeof. Д ля объединения констант в выраж ения мог ут исп ользоваться бинарныеоп ерац ии, унарный минус итройная оп ерац ия. П ри иниц иализац ии внеш них или статических п еременных мож ет такж еисп ользоваться оп ерац ия взятия адреса( & ), еслионап рименяется к п редварительно оп ределенным внеш ним или статическим объектам и внеш ним или статическим массивам, индексированным константными выраж ениями.

42 Т аким образом, иниц иализирую щ ее значение долж но сводиться либо к константе, либо к адресу п редварительно оп исанног о внеш нег о илистатическог о объектап лю с/ минус п остоянное значение(смещ ение). § 4. О ПЕ РА Т О РЫ 4.1. О б щ ие сведения О пе ра тор - единиц авып олнения п рог раммы. О п ераторы делятся на п ростыеисоставные. К простым относится оп ератор выраж ения, который состоит из лю бог о выраж ения, заканчиваю щ ег ося точкой с зап ятой. Н ап ример: ++j; Ч ащ евсег о исп ользую тся п ростыеоп ераторы, содерж ащ иеоп ерац ии п рисваивания значений п еременным и/иливызовы функц ий, нап ример: а=10; funl(argl, arg2); П олезным действием таких оп ераторовявляется изменениезначений п еременных и/или действия, вып олняемые внутри функц ии п осле ее вызова. Е щ е один вид п ростог о оп ератора- оп ератор return, рассмотренный п . 1.2.2. К п ростым относится такж е пустой оп ератор, который состоит только из точкис зап ятой. П устой оп ератор нег енерируетникаког о кодаи исп ользуется обычно для обозначения п устог о тела уп равляю щ ег о оп ератора. Н ап ример: while(getchar () ! = '\n') ; В данном случае п устой оп ератор указывает, что тело оп ератора ц икла while п усто. П риведенный фрагмент п оказывает, как мож но очистить буфер стандартног о входног о п отокап рог раммы, чтобы п рочесть новую строку. Е щ е два п ростых оп ератора - break и continue - мы рассмотрим п озж е. Т аким образом, п ростыеоп ераторы заверш аю тся точкой с зап ятой.

43 С оста вной оп ератор содерж ит друг ие оп ераторы. О н мож етвклю чать друг иесоставныеоп ераторы. Б л оком называется составной оп ератор, который содерж ит заклю ченный в фиг урные скобки сп исок составных оп ераторов (п осле закрываю щ ей фиг урной скобкиточкас зап ятой не ставится, так как это составной оп ератор). О п ераторы, содерж ащ иеся всп иске, вып олняю тся один раз вп орядкеих следования п о сп иску. Н ап ример: … .. { ++i ; а=Ь ; с=100; } Л ю бой оп ератор вязыке С мож ет быть п омечен. М еткасостоит из идентификатора, закоторым следуетдвоеточие(:). О бластью оп ределения метки является данная функц ия. М еткаслуж ит для тог о, чтобы мож но было п ерейтинаэтотоп ератор с п омощ ью оп ератораgoto. Н ап ример: loop: х=1; 4.2. О перат ор if О п ератор if называется иног да усл овным. О н исп ользуется для орг анизац ии разветвления вычислительног о п роц есса в зависимости от вып олнения некоторог о условия. О п ератор if имеетвид: if(выра ж е ние ) опе ра тор1 else опе ра тор2 г де опе ра тор1 и опе ра тор2 мог ут быть лю бым оп ератором языка C, вклю чая п ростые и составные оп ераторы, блоки (в том числе, и сам оп ераторif). К лю чевоеслово else иопе ра тор2 мог утотсутствовать. Н ап ример: if (а
44 а=0; if (a<0) а=b; else a=b; В ып олнениеоп ератораif сводится к следую щ ему: 1) вычисляется выраж ение, заклю ченноевкруг лыескобки; 2) оп ределяется факт вып олнения условия: если выраж ение имеет ненулевое значение, условие считается вып олненным (истинным); если выраж ениеимеетнулевоезначение, условиеневып олнено (лож но); 3) еслиусловие истинно, вып олняется оп ератор1, аоп ератор2 (если он есть) иг норируется; 4) если условие не вып олнено и ветви else нет, уп равление п ередается следую щ ему оп ератору п о тексту п рог раммы; 5) если условие не вып олнено и имеется ветвь else, уп равление п ередается оп ератору 2 и затем следую щ ему оп ератору п о тексту п рог раммы. Ч ащ е всег о выраж ения, которые рассматриваю тся как условия в оп ераторе if, вклю чаю т оп ерац ию п роверки на равенство и оп ерац ию отнош ения. П оскольку в качестве оп ератора1 и оп ератора2 мож ет исп ользоваться сам оп ератор if, мож но исп ользовать конструкц ии с влож еннымиоп ераторамиif, нап ример: if (выраж ение1) if (выраж ение2) if (выраж ение3) оп ератор1 Э тотп ример эквивалентен if (выраж ение1 && выраж ение2 && выраж ение3) оп ератор1 М ож но исп ользовать болееслож ныеконструкц ии, нап ример: if (выраж ение) оп ератор

45 else

if (выраж ение) оп ератор else if (выраж ение) оп ератор else оп ератор

Т акую конструкц ию удобнеезап исывать так: if (выраж ение) оп ератор else if (выраж ение) оп ератор else if (выраж ение) оп ератор else оп ератор О на п озволяет оп исать п ринятие не одног о из двух, аодног о из мног их реш ений. В ыраж ения вычисляю тся п о п орядку; если какое-либо выраж ение истинно, вып олняется соответствую щ ий оп ератор, и наэтом конструкц ия заверш ается. П ри исп ользовании влож енных оп ераторов if следует п омнить о следую щ их особенностях, вытекаю щ их из оп ределения оп ератора. 1. К л юче вые сл ова else ил и if могут име ть тол ько по одному опе ра тору, приче м он мож е т быть простым ил и соста вным. В се другие опе ра торы будут инте рпре тирова ны ка к не за висимые . Та кие опе ра торы будут огра ничива ть вл ож е нность на да нном уровне . Н ап ример: if (выраж ение) оп ератор1 оп ератор2 еlsе оп ератор3 Э та конструкц ия ош ибочная, так как оп ератор 2 будет рассматриваться комп илятором как независимый, не относящ ийся к клю чевому слову if, аналичие ветвиelse вданном случаевосп ринимается

46 комп илятором как ош ибка. Д ля тог о чтобы исп равить ош ибку, надо заклю чить оп ератор 1 иоп ератор 2 вфиг урныескобки: if (выраж ение) { оп ератор1 оп ератор2 } else оп ератор3 2. В нутри одного бл ока ка ж дое кл юче вое сл ово else относится к пе рвому изпре дш е ствующ их if, которое е щ е не име е т соотве тствующ е го else. Н ап ример: if (выраж ение1) if (выраж ение2) { оп ератор За оп ератор ЗЬ } else { оп ератор4а оп ератор4Ь } Н есмотря нато, что клю чевоеслово else зап исано с той ж еп озиц ии, что ип ервое клю чевое слово if, оно будет относиться ко второму if. Е сли требуется, чтобы else относилось к выраж ению 1, нуж но ввестиещ е один составной оп ератор, заклю чиввторой оп ераторif вфиг урныескобки. 4.3. О перат ор switch В языке С сущ ествует ещ е одна разновидность оп ератора орг анизац ииразветвленног о вычислительног о п роц ессавзависимостиот вып олнения некоторог о условия - оп ератор switch. О п ератор switch имеет следую щ ий вид: switch (выраж ение) { case конста нтное выра ж е ние 1:

47 оп ератор1а оп ератор1b … case конста нтное выра ж е ние 2: оп ератор2а оп ератор2b … case конста нтное выра ж е ние n: оп ераторnа оп ераторnb … default: оп ераторda оп ераторdb … } В этой конструкц иимог утбыть оп ущ ены частис п рефиксом default, a такж е лю бая часть с п рефиксом case или оп ераторы меж ду case (несколько case мог ут идти п одряд). В ыраж ение в скобках п осле клю чевог о словаswitch долж но п риводиться к тип у int. К онстантноевыраж ение, указываемоевп рефиксеcase, долж но быть ц елым. О но не мож ет вклю чать п еременные или вызовы функц ии. В се константные выраж ения в одном оп ераторе switch долж ны быть различными. В отличие от оп ератораif-else не требуется заклю чать вфиг урные скобки г руп п у оп ераторов, относящ ую ся к одному п рефиксу case или default. Н о нельзя оп ускать фиг урные скобки, формирую щ ие блок, п осле строкиswitch (выраж ение.). П орядок вып олнения оп ератораswitch: 1) вычисляется выраж ениевскобках п ослеклю чевог о словаswitch; 2) вычисленноезначениеп риводится к тип у int; 3) каж дая константаиз п рефиксаcase сравнивается со значением выраж ения п ослеклю чевог о словаswitch;

48 4) еслинайдется константа, совп адаю щ ая со значением выраж ения, уп равление п ередается п ервому оп ератору, следую щ ему за найденным п рефиксом case; 6) далее вып олняю тся п оследовательно все оп ераторы, относящ иеся к выбранному п рефиксу case; 7) если среди этих оп ераторовнет оп ератораbreak, п родолж ается п оследовательное вып олнение оп ераторовиз следую щ ег о п рефиксаcase и/или default, п ока не будет достиг нут оп ератор break или вп лоть до заверш ения оп ератораswitch; 8) еслисредиоп ераторов, относящ ихся к выбранному п рефиксу case, есть оп ератор break, то п ри ег о вып олнении п роисходит выход из оп ератораswitch. П оэтому оп ератором break обычно заверш аю т г руп п у оп ераторов, относящ ую ся к одному п рефиксу case; 9) если не будет найденаконстанта, совп адаю щ ая с вычисленным выраж ением, вып олняю тся оп ераторы с п рефиксом default, если он имеется; 10) если п рефикс default отсутствует и совп адения значений константы ивыраж ения небыло, то воп ератореswitch невып олняется ни один оп ератор. О сновная особенность оп ератора switch - необходимость явног о указания места, в котором п рерывается п оследовательное исп олнение оп ераторовдо конц аоп ератораswitch, п рип омощ иоп ератораbreak. Э та особенность п озволяет формировать такие конструкц ии, в которых некоторыеоп ераторы являю тся общ имисразу для нескольких ветвей case. О днако если неумыш ленно забыть оп ератор break, то п рог раммабудет вып олнять совсем не то, что хотел п рог раммист. Т аким образом, п редоставляя больш ие возмож ности п о нап исанию слож ног о и эффективног о кода, оп ератор switch, тем не менее, требует внимательности. 4.4. О перат оры орг анизации циклов. 4.4.1 О пе ра тор ц икл а while Синтаксис оп ератораwhile: while(выра ж е ние ) опе ра тор

49 г де опе ра тор - п ростой или составной оп ератор (втом числе, мож етисп ользоваться друг ой оп ератор ц икладля орг анизац иивлож енных ц иклов). В ып олняется опе ра тор до тех п ор, п ока значение выра ж е ния истинно (неравно нулю ). П роверказначения выраж ения п роисходитп еред каж дым вып олнением опе ра тора . К ог да значение выраж ения лож но (равно нулю ), вып олняется оп ератор п рог раммы, следую щ ий за опе ра тором. Е сли выраж ение лож но с самог о начала, опе ра тор не вып олняется ниразу. О пе ра тор иног даназывается те л ом ц икл а . В теле ц икладолж ны вып олняться действия, в результате которых меняется значение уп равляю щ ег о выраж ения. В п ротивном случае мож ем п олучить бесконечный ц икл. Н ап ример: while(l) а++; Значениеп еременной абудеткаж дый раз увеличиваться наединиц у, иэтот п роц есс никог дане окончится. Н адо следить затем, чтобы ц иклы заканчивались, авслучае всег даистинног о условия ц икла(как вп римере выш е) нуж но п редусмотреть выход из ц иклас п омощ ью оп ератораbreak. В ц икле while мог ут исп ользоваться довольно слож ные выраж ения, вклю чаю щ ие и оп ерац ию п рисваивания. П риведем в качестве п римера фрагментп рог раммы коп ирования вводанаэкран терминала: while((c=getchar())! =EOF) putchar(c); Здесь ввыраж енииисп ользую тся оп ерац ия п рисваивания иоп ерац ия сравнения. Т ак как оп ерац ия сравнения имеет более высокий п риоритет, чем оп ерац ия п рисваивания, то оп ерац ия п рисваивания заклю чена в скобки. Т акой сп особ зап иси выраж ения в ц икле while короче и п редп очтительнее, чем следую щ ая конструкц ия c=getchar(); while (c!=EOF) { putchar(c);

50 c=getcbar() } В этом п римере п роисходит дублирование кода, которое всег да вызывает трудности во время соп ровож дения. Гораздо п рощ е сделать изменение в одной из п овторяю щ ихся в ц икле конструкц ий, чем п росматривать всеостальные. 4.4.2 О пе ра тор ц икл а do-while В ц икле while уп равляю щ ее выраж ение п роверяется п ри входе в ц икл. В языке С сущ ествует оп ератор ц икла, в котором выраж ение уп равляю щ ееп рохож дением ц икла, п роверяется только вконц ец икла- dowhiie. О н имеетвид: do опе ра тор while (выраж ение); г де опе ра тор - п ростой или составной оп ератор языкаС (в том числе, мож ет исп ользоваться друг ой оп ератор ц икла для орг анизац ии влож енных ц иклов). В этом оп ераторе точкас зап ятой ставится п осле уп равляю щ ег о выраж ения, заклю ченног о вскобки. В оп ератореdo-while тело ц иклавып олняется п о крайней мереодин раз, не зависимо от значения уп равляю щ ег о выраж ения. Затем, если выра ж е ние истинно (не равно нулю ), тело ц икла снова вып олняется. И начеуп равлениеп ередается наоп ератор, следую щ ий п ослеdo-while. 4.4.3 О пе ра тор ц икл а for О п ератор ц иклаfor удобно исп ользовать втех случаях, ког дац икл необходимо вып олнить заданное число раз. Д ля этог о мож но восп ользоваться и лю бым из двух друг их ц иклических оп ераторов, но ц икл for лучш евсег о п одходитдля этой ц ели. О п ератор for имеетвид: for(выра ж е ние 1; выра ж е ние 2; выра ж е ние 3) опе ра тор

51 г де опе ра тор - п ростой или составной оп ератор языкаС (втом числе, мож етисп ользоваться друг ой оп ератор ц икладля орг анизац иивлож енных ц иклов). выра ж е ние 1 оп исывает иниц иализац ию ц икла; выра ж е ние 2.- п роверка условия заверш ения ц икла; выра ж е ние 3 оп исывает изменения вц икле на очередном ш аге (часто это п риращ ение счетчикац икла) и вычисляется п ослекаж дой итерац иип ослеопе ра тора . О п ератор for эквивалентен такой п оследовательностиоп ераторов: выраж ение1; while (выраж ение2) { оп ератор выраж ение3; } В ыра ж е ние 1, выра ж е ние 2 и выра ж е ние 3 не являю тся обязательными. Л ю бое из трех или все три выраж ения воп ераторе for мог ут отсутствовать, однако разделяю щ ие их точкис зап ятыми оп ускать нельзя. Е слиоп ущ ено выра ж е ние 2 (п роверкаусловия заверш ения ц икла), считается, что оно п остоянно истинно. Значит, оп ератор for вида for( ; ; ) оп ератор Е сли отсутствую т выраж ения 1 и 3, ц икл for становится эквивалентным while. К аж дое из выраж ений 1-3 мож ет быть лю бой слож ности, вклю чать оп ерац ии п рисваивания, инкремента/декремента, состоять из нескольких выраж ений, объединенных оп ерац ией зап ятая ит.д. Н ап ример: for(i=0,j=99 ; i<100 ; i++,j--) a[i]=b[j]; В этом п римере вп ервые 100 элементовмассиваa коп ирую тся 100 элементовмассиваb вобратном п орядке.

52 4.5. О перат ор break О п ератор break обесп ечиваетп рекращ ениевып олнения ближ айш ег о влож енног о или внеш нег о оп ератора switch, while, do-while, for. У п равлениеп ередается оп ератору, следую щ ему зазаверш аемым. Ф орматоп ератора break; О п ератор break исп ользуется вследую щ их случаях: 1) для п рекращ ения вып олнения ц иклаиз-заобнаруж ения ош ибки; 2) для орг анизац иидоп олнения к условию взаголовкец икла; 3) для п рекращ ения бесконечног о ц икла; 4) для п редотвращ ения вып олнения всех оп ераторовп ереклю чателя switch. 4.6. О перат ор continue О п ератор continue мож ет исп ользоваться только внутри ц иклов while, do-whiie илиfor. К ог давып олняется оп ератор continue, уп равление п ередается навычислениеусловия ближ айш ег о внеш нег о оп ераторац икла, вызывая начало следую щ ей итерац ии. Т аким образом, п ри вып олнении оп ератораcontinue все п оследую щ ие заним втеле ц иклаоп ераторы на данной итерац ииневып олняю тся. Ф орматоп ератора continue; Заметим, что оп ератор continue, встреченный внутри оп ератора switch, будетвызывать п ереход наследую щ ую итерац ию внеш нег о ц икла, если он есть. Е сли внеш нег о ц икла нет, комп илятор будет выдавать сообщ ениео синтаксической ош ибке. 4.7. О перат ор перех ода goto О п ератор goto имеетвид: goto ме тка ;

53 В результате вып олнения этог о оп ераторауп равлениеп ередается на оп ератор с меткой ме тка . Н аязыке С п рип омощ иоп ераторовц икламож но п рог раммировать лю бые ц иклические конструкц ии. П оэтому п рог раммист мож ет и не исп ользовать оп ератор goto. В частности, оп ератор goto никог даненуж но уп отреблять для п остроения ц икла. Н о в некоторых ситуац иях п ри обработке ош ибок, ког да надо, нап ример, выйти из влож енных уп равляю щ их оп ераторов, исп ользование оп ератора goto бывает ц елесообразно. О бласть действия оп ератора goto - текущ ая функц ия. Н ельзя с п омощ ью оп ератораgoto п ередать уп равлениедруг ой функц ии.

§ 5. С О С Т А В Н Ы Е Т И ПЫ Д А Н Н Ы Х 5.1. С т рукт уры Я зык С п озволяет оп ределить свой тип данных, состоящ ий из нескольких элементов разных тип ов. Т акой тип называю т структурой. С т рукт ура – это комбинированный тип , вклю чаю щ ий совокуп ность нескольких п еременных тог о илииног о тип а. У добство структуры втом, что онап озволяетрассматривать такую совокуп ность как единоец елоеи, в то ж евремя, иметь доступ отдельно к лю бой еечасти. П еременные, входящ иевсоставструктуры, называю тся ееп олями. В общ ем видеоп исаниеструктуры выг лядиттак: struct имя{ тип 1 имяпол я1; тип 2 имяпол я2; : . тип n имяпол яn; }; В место одног о имени п оля конкретног о тип а мож ет быть п еречислено несколько, через зап ятую . Д ля массивов п осле имени ставится размерность вквадратных скобках (как обычно).

54 О п исание структуры оп ределяетновый тип , ссылаться накоторый мож но п ри п омощ и двух словstruct имя (мож но сократить ссылку наструктуру до одног о словап рип омощ иоп ределения синонима для тип а(typedef)). Т ип ом п оля мож ет быть лю бой, в том числе, и структура. Э та структура долж на быть оп исанаранее или мож ет быть оп исанап рямо вместо тип а. В этом случаеимя структуры мож но оп устить, но тог дак ней нельзя будетобратиться ниг де, кромеэтог о п оля. П еременная тип а«структура» оп исывается такж е как ип еременные лю бог о друг ог о тип а: struct имя имяпе ре ме нной; Д ля работы с такими п еременными исп ользуется оп ерац ия (.), п озволяю щ ая п олучить доступ к п олю структуры. имяпе ре ме нной. имяпол я Я зык С п озволяет п ередавать п еременные тип а «структура» как п араметры функц ий и п рисваивать их друг друг у. П ри этом коп ирую тся значения всех п олей. П равильный размер структуры, как и лю бог о друг ог о тип а, мож но узнать через оп ерац ию sizeof. Е сли п араметры или возвращ аемое значение функц ии имею т тип «структура», то для исп ользования этой функц иивместе с ее п рототип ом долж но быть доступ но и оп исание самой структуры. П оэтому оно такж е обычно п омещ ается вh-файл. 5.2. О б ъединения О бъединения, как и структуры, оп исываю тся как набор п олей разных тип ов. О тличие в том, что все п оля структуры хранят одновременно свои оп ределенные значения. В объединении все п оля занимаю т одну и ту ж е область п амяти, т.е. в оп ределенный момент временизначение только одног о п оля верно. таким образом, объединение исп ользуется тог да, ког давозмож ен только один из имею щ ихся вариантов п редставления данных. П ри этом друг ие, не исп ользуемые варианты, не расходую т лиш ней п амяти. В таких случаях объединения п озволяю т экономить п амять. П еременные, входящ ие в состав объединения, называю тся ег о п олями. В общ ем видеоп исаниеобъединения выг лядиттак:

55 union имя{ тип 1 имяпол я1; тип 2 имяпол я2; : . тип n имяпол яn; }; О бщ ий размер объединения равен размеру п оля с максимальным размером. Е г о мож но как всег даузнать через оп ераторsizeof. Д ля доступ а к п олям объединения, как и к п олям структуры, исп ользуется «.». Ч тобы узнать какое из п олей объединения содерж ит п равильное значение, часто создаю т сп ец иальную п еременную , п озволяю щ ую это выяснить. Т акую п еременную называю т «тег ». Ч тобы п еременная-тег быласвязанас объединением, их удобно п оместить водну структуру. В качестве значений «тег а» часто исп ользую т символические имена, которыезадаю тп рип омощ ип еречислимог о тип а. § 6. М А С С И В Ы И УК А ЗА Т Е ЛИ 6.1. Понят ие указат еля У казат ель- это п еременная, в которой хранится не конкретное значение конкретног о тип а, аадрес некоторог о значения, хранящ ег ося в п амяти. Э тот адрес указывает, г де данное значение хранится. И сп ользуя указатель, это значение мож но п рочитать или изменить. О сновная возмож ность, которую даю т указатели – возмож ность иметь доступ к различным значениям, вклю чая значения различных п еременных, через одну и ту ж е п еременную – указатель. Д ля этог о необходимо п рисвоить указателю нуж ный адрес. В языке С указатели типизирова нные , т.е. п еременная-указатель конкретног о тип ап озволяетработать со значениямиэтог о тип а. У казатель назначения заданног о тип аоп ределяется вС следую щ им образом: имя_типа * Н ап ример, int* - это тип «указатель нац елое». П еред «*» мож но ставить п робел, амож но инеставить, так ж екак ип осленее. П еременнаяуказатель оп ределяется так ж екак друг иеп еременные. Н ап ример, int * pi;

56 Ч тобы исп ользовать указатель, ему долж ен быть п рисвоен адрес значения, на которое он будет указывать. А дрес п еременной мож но п олучить п рип омощ исп ец иальной оп ерац ии: &пе ре ме нна я О п ерац ия п олучения адресане п утается с «п обитовым И », так как онаимееттолько один оп еранд (унарная), а«п обитовоеИ » - дваоп еранда. П ри работе с указателем п росто имя п еременной обозначает указатель, ане значение, накоторое он указывает. Э тот указатель мож но сравнить с друг им на равенство, неравенство, п рисвоить друг ому или п ередать как п араметр функц ии. Н о чтобы п олучить доступ к самому значению , исп ользуется оп ерац ия ра зыме нова ния (п олучение значения п о указателю ): *имя О наобратнаоп ерац иивзятия адреса&. Е сли п оп ытаться исп ользовать оп ерац ию разыменования для указателя, не содерж ащ ег о п рисвоенный ранее п равильный адрес, то п рог рамма скорее всег о «уп адет» п о ош ибке чтения или зап иси п о недоп устимому адресу. Э то п роизойдет п отому, что неиниц иализированный указатель, как и п еременные друг их тип ов, содерж ит«мусор». В о внутреннем п редставленииуказатели– это ц елыечисла, которые являю тся номерами ячеек п амяти комп ью тера. Н улевая ячейка п амяти всег данедоп устимадля исп ользования, п оэтому нулевой указатель мож но исп ользовать вкачестве п ризнакатог о, что этот указатель не содерж ит каког о-либо п равильног о адреса, т.е. никудане указывает. Э то важ но, так как п ри нап исании п рог рамм указатели часто исп ользую тся так, что они указываю т, то наодни, то надруг иезначения, то временно вообщ еникуда неуказываю т. Ч тобы отличить п оследню ю ситуац ию , исп ользую тнулевой указатель. Е г о вводим искусственно. П росто исп ользовать ноль вкачестве нулевог о указателя не вп олне корректно, так как ноль – это число, ауказатель – это самостоятельный тип , который хоть иявляется внутричислами, но с точкизрения языкаС несет друг ую нагрузку. В о мног их вклю чаемых файлах (h-файлах) стандартной библиотеки, в том числе stdio.h, оп ределено имя NULL,

57 которое и необходимо исп ользовать для п рисвоения и сравнения нулевог о указателя. Н ап ример: #include <stdio.h> : int*p=NULL; /*p вначаленеуказываетникуда*/ : if (p!=NULL) /*еслиp куда-то уж еуказывает, то ег о мож но исп ользовать*/ : К ак известно, хранящ иеся в физической п амяти комп ью тера единиц ы инули, расп олож енные водной итой ж е ячейке п амяти, мог ут трактоваться п о-разному: как int, как float, как char. У казатели соответствую щ их тип овмож но установить наодин итот ж е адрес, п осле чег о разыменование данног о указателя п озволяет обратиться к ячейке п амяти как к значению соответствую щ ег о тип а. У казатели разных тип ов мож но п рисваивать друг друг у, однако для этог о необходимо явное п риведениетип а, нап ример: int i; int*pi; float*pf; : pi = & i; pf = (float*) pi; *pf = 3.14; Т еп ерь значение 3.14 в двоичном виде будет занесено в ячейки п амяти, занимаемыеп еременной i. В языке С есть ещ е один тип указателя – void*. Ф актически, это не тип изированный указатель. Д ля указателя тип аvoid* нельзя исп ользовать оп ерац ию разыменования для чтения илип рисвоения значения, так как тип этог о значения неизвестен. Зато, указатель void* мож но п рисваивать указателю налю бой тип инаоборотбезо всяких оп ерац ий п реобразования тип ов. Void* мож но исп ользовать для п ромеж уточног о хранения указателя лю бог о тип а. У казателичащ евсег о исп ользую тся:

58 для п ередачи п араметров по ссылке, т.е. ког да необходимо, чтобы функц ия мог ла изменить значение п араметра так, чтобы это изменение сохранилось п ри выходе из нее (п ри п ередаче п араметровп о значению вфункц ииисп ользуется коп ия п араметраиона п оэтому немож етизменить ег о так, чтобы это сохранилось п ривыходе); для работы с динамической п амятью . П од динамической п амятью п онимается п амять, которую мы резервируем не п ри нап исании п рог раммы, авыделяем уж евмомент, ког дап рог раммавып олняется. Э то требуется, ког да заранее неизвестно, сколько п амяти будет нуж но и оп ределяется это уж е только п ри вып олнении п рог раммы. Н ап ример, п ользователь вводит массив такой какой он хочет. В этих ситуац иях п рог рамма вызывает стандартную функц ию и п ередает ей п араметром столько п амятисколько нуж но. Э тафункц ия находит свободную область п амяти вкомп ью тере, резервирует ее для нас и возвращ ает указатель на нее, чтобы мы п олучилик ней доступ . Т ак как мы заранеенемож ем знать, г де эта п амять будет выделена, работа с ней возмож на только через указатели(т.е. ееадрес); для удобства обращ ения к разным участкам области п амяти, п еремещ ая указатель п рип омощ иадресной арифметики. О дин из самых п ростых п римеровисп ользования указателей – это п ередача в функц ию п араметров п о ссылке. В С нет тип а «ссылка на объект», есть только указатели. Соответствую щ ий п араметр функц ии необходимо оп ределить, как указатель нануж ный тип , ап ри ее вызове п ередавать нуж ный адрес. Н ап ример: int func(int*param) { : *param = … .; /*меняем что-то*/ } : void main(… ) { int k; i = func(&k); /*п еременная k будетизменена*/ }

59 Я зык С п озволяет оп ределить указатель на указатель, указатель науказатель науказатель и т.д. Д ля этог о ставятся доп олнительные «звездочки» в оп исании тип а. В этих случаях п ри разыменованииуказателя ставятся одна, две, триит.д. «звездочки». 6.2. М ассивы 6.2.1 Понятие ма ссива М ассив – это п оследовательность заданног о количествазначений оп ределенног о тип авп амяти. П еременная оп ределяется как массив, если п осле ее имени вквадратных скобках указывается размерность массива, нап ример: int m[10]; оп исывает массивиз 10 элементовтип аint. Разм ерност ь м ассива – это ц елое п олож ительное число. П од массивотводится заданное количество значений вп амятирасп олож енных п одряд друг задруг ом. Д ля доступ ак конкретному элементу массиваисп ользуется оп ерац ия индексирования: имя[инде кс] г де инде кс – выраж ение ц елог о тип а. И ндекс задает смещ ение от начала массива, п оэтому п ервый элемент всег даимеет индекс 0, ап оследний – размерность массиваминус 1. Э то необходимо учитывать п ри работе с массивами. С не п роверяет выход индексазаг раниц у массивап риобращ ениик ег о элементам. П ри нап исании п рог раммы мы мож ем обращ аться за п ределы массива. В результатебудетзап орченаячейкап амяти, следую щ ая замассивом, имож ет п роизойтивсе что уг одно: начиная от неп онятных эффектоввработе п рог раммы и до ее «п адения». П оэтому необходимо внимательно следить заиндексамимассивов. И мя п еременной-массива в С мож ет быть исп ользовано без квадратных скобок. В этом случае оно означает указатель на п ервый элемент массиваилиуказатель наобласть п амяти, вкоторой размещ ается массив. Э тот указатель доступ ен начтение, но п рисваивать ему друг ое значениенельзя. М ассивы иуказателивС очень тесно связаны. П одробнее мы рассмотрим это вадресной арифметике.

60 Я зык С п озволяет оп ределять такж е массивы массивов, в результате чег о п олучаю тся мног омерные массивы. М ног омерный массив оп ределяется так ж е как одномерный, но указывается нуж ное число размерностей, каж дая в своих квадратных скобках. Н ап ример: int a[10][20][5]; будет трехмерным массивом. К оличество размерностей (измерений) не ог раничено. Д ля доступ ак элементу мног омерног о массиваисп ользуется нуж ноеколичество квадратных скобок с индексами, нап ример: a[i][j][k]=0; Ф актическизап ись int a[10][20][5] означает10 массивов, состоящ ие из 20 массивов, каж дый из которых, всвою очередь, содерж ит5 элементов тип аint. П риобращ енииa[i][j][k] будет означать один элемент тип аint, a[i][j] – массивиз 5 элементовтип аint (адрес п ервог о элемента), a[i] – 20 массивовиз 5 элементовтип аint. М ассивы мог ут быть п араметрами функц ии. В этом случае размерность указывать необязательно. В место этог о мож но указать п устые квадратные скобки []. П ри этом функц ия смож ет работать с массивами лю бой размерности. О днако, для работы с такимимассивамией необходим ещ еодин ц елочисленный п араметр – размерность массива. С п ередачей двумерных и мног омерных массивов дело обстоит слож нее. В них мож ет быть не задан только п ервый размер, остальные долж ны быть известны. И наче комп илятор не смож ет оп ределить, как п равильно интерп ретировать индексирование. П одробнее эта п роблема рассматривается вадресной арифметике. И ниц иализирую тся массивы следую щ им образом. Н аиболееп ростой сп особ иниц иализац иимассива- это п еречисление элементоввфиг урных скобках, нап ример double d[2]={3.15,9.81}; Е слип оследние элементы нули, то п ризап исивфиг урных скобках онимог утбыть оп ущ ены, нап ример int a[5]={1,2,3}; П ри иниц иализац ии массива мож но такж е не указывать ег о размерность. В этом случае комп илятор сам считает размерность массива п о количеству значений виниц иализаторе:

61 int m[] = {1,2,3,4}; В данном случаебудетмассивиз четырех элементов. Д ля тип а«массив», как идля друг их тип ов, мож но задать синоним п ри п омощ и конструкц ии typedef. В этой конструкц ии имя тип а указывается наместеименип еременной, нап ример typedef double matrix[20][20]; Здесь оп ределяется новый тип matrix – двумерный массив размерности20 на20 чисел double. Т еп ерь мож но зап исывать так: matrix m; П олучилимассивdouble m[20][20]. 6.2.2 С троки ка к ма ссивы В ыш еуж еуп оминалось о том, что строкавС – это массивсимволов тип аchar, заверш аю щ ийся символом с кодом 0. П оэтому, чтобы хранить строку, нуж но знать каког о онаразмерап о максимуму изарезервировать п од нее массив данног о размера п лю с 1 (1 на заверш аю щ ий ноль), нап ример в char name[20]; п еременная name мож ет хранить строки длиной до 19 символов. Д ля хранения строк п роизвольног о размера мы мож ем восп ользоваться техникой создания динамическог о массива, которая будетоп исанадальш е. Д ля массивовтип аchar п редусмотрен особый сп особ иниц иализац ии массива: сп раваотзнакап рисвоения мож но указать строку вкавычках: char name[20] = “ И ван”; В этом случае name[0]==’И’, name[1]==’в’, name[2]==’а ’, name[3]==’н’, name[4]==’0’. Д ля доступ ак конкретному символу строки исп ользуется оп ерац ия индексирования. Н ап ример, мож но нап исать функц ию , которая заменяет встроке-п араметре все символы п робелы на символ п одчеркивания, п ользуясь тем, что строказаверш ается нулем: void spacetoul (char str[]) { int i; for (i=0; str[i]; ++i) if (str[i]= =’ ‘) str[i]=’_’;

62 } Н а самом деле, вместо оп исания п араметра str как массива, п равильнее ег о оп исать как указатель на char (char*str). П онятие «указатель на char» охватывает больш е случаев п редставления строки: динамическивыделенная п амять возвращ ается через указатели, вкачестве указателя наchar рассматривается лю бая константная строкавп рог рамме (строкавкавычках). О днако зап исанную ранее функц ию spacetoul нельзя вызывать со строкой в кавычках в качестве п араметра, так как она изменяет содерж имое строки, атакая п оп ыткадля константной строкив кавычках некорректна. К онстантнымистрокамимож но иниц иализировать п еременныетип а char, нап ример char*constname = “ В адим”; Здесь вызов функц ии spacetoul(char*constname) п о-п реж нему некорректен. У добство строки, заверш енной нулем, в том, что такой формат п озволяет хранить строкинеог раниченной длины, хотя саму длину мож ет оказаться оп ределить довольно долг о (надо п осчитать количество символовдо нуля – это делаетстандартная функц ия strlen()). 6.3. А дресная ариф м ет ика Я зык C кроме п рисвоения указателю адреса п еременной (через оп ерац ию &) и друг ог о указателя, сравнения указателей наравенство и неравенство, п озволяет такж е п рибавлять и вычитать ц елочисленные значения к указателю , сравнивать 2 указателя на больш е и меньш е и вычитать их друг из друг а. Э тивозмож ностиназываю та дре сной а риф ме тикой. Приба вл е ние к указателю ц елог о числаозначаетсме щ е ние указателя назаданное количество ячеек п амятивпе ре д, авычита ние ц елог о числа– смещ ение на за д. П ричем размер ячейкиравен размеру тог о тип аданных, накоторый оп ределен указатель. П усть, нап ример, вп амятип оследовательно хранятся ц елыечисла, и нанекотороечисло указываетуказатель p:

63

p

… p-1

p+2

int

int

int

int

…

p+1

Т ог да п рибавление к p 1 даст указатель на следую щ ий элемент, п рибавление 2 – наэлемент через один, вычитание 1 – нап редыдущ ий элементит.д. Д ля доступ ак такому элементу, смещ енному наi ячеек относительно указателя, исп ользуется оп ерац ия разыменования следую щ им сп особом: *(p+i) Здесь скобки необходимы, т.к. п риоритет оп ерац ии * выш е, чем оп ерац ии+. Я зык C п озволяет исп ользовать и более короткую зап ись, с исп ользованием оп ерац иииндексирования: p[i] Т аким образом, оп ерац ия индексирования п рименимане только к массивам, но к лю бым друг им указателям (мы г оворили, что имя массива есть указатель наег о п ервый элемент). Т о есть зап ись m[0] для массиваm означаетсмещ ениенануль ячеек относительно ег о п ервог о элемента. И менно п оэтому массивы в C индексирую тся с нуля. В место оп ерац ии разыменования указателя *p мож но такж е исп ользовать p[0], но втакой ситуац иизап ись *p корочеиболееп онятна. Т аким образом, п ри п ередаче массивавфункц ию мы фактически п ередаем указатель наег о п ервый элемент. Э то даетвозмож ность работать с массивами лю бой длины, п рименяя к указателю оп ерац ию индексирования. П оэтому п ри нап исании функц ий, п ринимаю щ их через п араметры массивы, вместо тип а «массив» мож но исп ользовать тип «указатель». И склю чение составляю т мног омерные массивы, вкоторых комп илятору долж ны быть известны все размерности массива, кроме одной. Т ак, п риоп исаниип араметракак int m[][] идоступ ак нему через m[i][j], [i][j] будут рассмотрены как две оп ерац ии индексирования, и это

64 будет эквивалентно *(*(m+i)+j), т.е. как будто бы вi-м элементе массивахранится указатель наэлементы друг ог о массива, и j-й элемент этог о массиваиесть нуж ный нам m[i][j]. Графическиэтакартинавыг лядиттак: m[0] m

m[i][0]

m[i][j]

m[i]

Т .е. как будто бы m – это массивуказателей намассивы тип аint. Н о двумерныемассивы хранятся вп амятип о строкам, значения одной строки сразу следую т задруг ой. Н икаких указателей там нет. П оэтому п оп ытка п ередачи двумерног о массива, нап ример int m[5][10], как п араметраint m[][], п риведетк ош ибкеп ривып олнениип рог раммы. Е слиж еоп исать п араметркак int m[][10], то комп иляторбудетзнать, что m - это двумерный массив, который хранится п о строкам, п ричем в каж дой строке 10 элементов. И оп ерац ия m[i][j] будет трактоваться комп илятором как *(m+i*10+j). Е сли все ж е необходимо исп ользовать в качестве п араметра мног омерные массивы, для которых на этап е комп иляц ии неизвестно больш ей одной размерности, необходимо явно в тексте п рог раммы исп ользовать доступ п о этой схеме, т.е. п исать *(m+i*N+j) вместо m[i][j] для матриц ы с N столбц ами, г де N п ередается как ещ е один п араметр функц ии. Заметим, что зап ись int m[][] насамом деле и обозначает массив указателей на int. О на эквивалентна зап иси int *m[], которая лучш е отраж ает то, что есть насамом деле. М ассивы указателей исп ользую тся для создания динамических мног омерных массивов. Э то мы рассмотри п одробнеениж е. О тметим ещ е раз, что в оп ерац иях адресной арифметики п рибавление/уменьш ение адреса, который содерж ит указатель, вып олняется с учетом ег о тип а. Т .е. еслимы имеем, нап ример, указатель int*, то п рибавление к нему 1 сместит реальный адрес ячейкип амятина

65 sizeof(int) байт (4 байта для п роц ессораPentium), аесли это указатель наchar, смещ ениеп роисходитна1 байт(sizeof(char)). В озмож ность изменения п еременной-указателя удобно исп ользовать, нап ример, для п роходап о элементам массива. Н аш у функц ию spacetoul из п . 6.2.2 мы мог либы нап исать итак: void spacetoul(char *str) { char *p; for(p = str ; *p ; p++) if(*p == ‘‘) *p = ‘_’; } Здесь указатель p п оследовательно «п робег ает» п о всем символам строки, п оканевстретится нуль (несработаетп роверка*p). И ног да оп ерац ии автоинкремента/автодекремента указателя п рименяю т вместе с разыменованием. Здесь надо п омнить, что п риоритет оп ерац ий ++ и– выш е, чем оп ерац ии*, ивконструкц иях *p++ ++*p *p---*p изменяется не значение, ауказатель, а* уж е п озволяет выбрать значение до или п осле изменения указателя. Ч тобы изменить не указатель, а значение, *p необходимо заклю чить вскобки, нап ример (*p)++. У казателимож но сравнивать набольш е именьш е. Т от указатель из двух, который указывает наячейку с больш им относительным индексом, всег дабольш е. Слож ение ивычитание двух указателей – оп ерац ия вобщ ем случае бессмысленная. О днако, п ользуясь тем, что указатели реально содерж ат адресаячеек п амятикомп ью тера, выраж енныевбайтах, мож но п ривести2 указателя к тип у int ип олучить разниц у вбайтах. Затем, зная размер тип а указателя, мож но узнать и расстояние меж ду ними, выраж енное в количествеячеек данног о тип а. Н ап ример, еслиm – массивтип аint, аp – указатель накакой-то из ег о элементов, то индекс этог о элементамож но оп ределить из выраж ения ((int)p – (int)(void *)m)/sizeof(int)

66 Здесь п риведение тип а (void*)m абстрагирует от тог о, что m является массивом, итрактует ег о как «п росто указатель», т.е. как п росто адрес ячейкип амяти. З а ме ча ние . Э таформулавнекоторых случаях мож ет не работать в О С MS-DOS. В MS-DOS сущ ествует такое п онятие, как модель п амяти. Сог ласно моделип амяти, указатель мож етиметь модификатор: near – «ближ ний» указатель, т.е. указатель в п ределах одног о сег ментап амятив64 К байт; far – «дальний» указатель, мож етссылаться кудауг одно. В MS-DOS near указатель имеетразмер 2 байта, аfar – 4 байта. Сам модификатор указателя мож ет указываться меж ду тип ом и *, нап ример char far *p – дальний указатель на p. Ближ ние и дальние указатели смеш ивать нельзя, и в наш ей формуле п равильно было бы сначала п ривестиобауказателя (p иm) к тип у void far *. В се сказанное о моделях п амятиотносится только к MS DOS (или Windows 3.x, которая является надстройкой для DOS). В друг их оп ерац ионных системах п роблемы с видамиуказателей нет, асловаnear и far неявляю тся стандартнымидля языкаC. 6.4. И спользование указат елей У казатели – очень мощ ный инструмент языка C. Сущ ествует достаточно мног о сп особовисп ользования указателей. О дин из очевидных вариантовсоответствуетназванию указателей: исп ользовать их для ссылки одног о объекта данных на друг ой. П ри этом в зависимости от п отребностей п рог раммы мог утстроиться самые разнообразные варианты взаимосвязанных данных: сп иски, деревья, г рафы итак далее. О днако, есть ещ е ряд ситуац ий, ког да п рименение указателей необходимо. Э тиситуац иирассматриваю тся вданной г лаве. 6.4.1 Пе ре да ча па ра ме тров по ссыл ке К ог данеобходимо, чтобы функц ия мог лаизменить значения своих п араметров, ане только вернуть одно значение оп ератором return, такие п араметры оп исываю тся как указатель на соответствую щ ий тип , а п ри вызовефункц иивнееп ередается адрес нуж ной п еременной.

67 Н ап ример, один из случаев, ког да всег да необходимо п ередавать п араметр через указатель – это вызовстандартной функц ииscanf, которая вводит данные со стандартног о вводап рог раммы (с клавиатуры). П ервым п араметром вscanf п ередается форматная строка, авторым – адрес п еременной, которую необходимо ввести, нап ример: printf(“ введитеn:\n”); scanf(“ %d”,&n); Е слифункц ия имеет п араметр, оп исанный как указатель, тог даона мож етизменить значениеп араметра. Рассмотрим двап римера: void func(int *n) void func(int n) { { *n = 10; n = 10; } } void func2() { int n; func(&n); /* n будетизменена*/ }

void func2() { int n; func(n); /* n не мож ет быть изменена*/ } В п равом столбц евфункц ииfunc() создается копия п еременной n (в стеке), и ее изменения нап еременную n вфункц ииfunc2() п овлиять не мог ут. В п ервом ж еслучаеп араметром func() п ередается адрес п еременной n вфункц ииfunc2(), ип утем разыменования указателя func() имеетдоступ неп осредственно к этой п еременной. М ассивы всег дап ередаю тся через указатель (т.к. имя массиваесть указатель наег о п ервый элемент). П оэтому функц ия п ри п рисваивании элементам массивановог о значения всег даизменяетисходный массив. Е сли функц ия п олучает входным п араметром указатель и долж на изменить ег о, то вместо самог о указателя надо п ередавать ег о адрес, т.е. указатель науказатель. З а ме ча ние . Е сли п араметр функц ии оп исан как указатель, это не означает, что п ри ее вызове обязательно указывается адрес какой-то п еременной. Н а самом деле в функц ию мож ет быть п ередан какой-то сущ ествую щ ий ранееуказатель.

68 6.4.2 Д ина миче ское ра спре де л е ние па мяти В реальных п рог раммах часто оказывается слож но заранее оп ределить, сколько п еременных каког о тип а, или какой размерности массивы необходимо зарезервировать в тексте п рог раммы. Э то мож ет оп ределяться только наэтап е вып олнения п рог раммы, взависимости от выборап ользователя п рог раммы илиотдруг их обстоятельств. К рометог о, некоторые объекты п амяти мог ут быть нуж ны только вкакой-то момент работы п рог раммы. В друг их случаях онимог ут быть бесп олезны илиш ь занимать п амять зря. В таких случаях исп ользуется дина миче ское ра спре де л е ние па мяти. Д инамическое расп ределение п амяти – это ког да п амять п од п еременную или массив выделяется в оп ределенный момент времени работы п рог раммы, а не заранее, п утем резервирования п еременной в тексте п рог раммы. Д инамически выделенная п амять мож ет быть освобож денавлю бой моментвремени, сразу, как только онастановится не нуж на. Н икакая реальная п рог рамма обычно не обходится без динамическог о расп ределения (выделения иосвобож дения) п амяти. Ч тобы динамически выделить п амять, в языке C необходимо восп ользоваться функц ией стандартной библиотекиmalloc илиcalloc. Э ти функц ии оп исаны в заголовочных файлах stdio.h или stdlib.h, один из которых необходимо вклю чить в п рог рамму, чтобы п ользоваться динамическим расп ределением п амяти. Ф ункц ия malloc имеетодин п араметр: размер выделяемой областив ба йта х. Э та функц ия находит в п амяти комп ью тера свободный блок заданног о размераи возвращ ает указатель нанег о (тип аvoid *). Е сли такую область п амятивыделить неудается, malloc возвращ аетNUL. malloc ничем не зап олняет выделенную область п амяти, т.е. она содерж ит неоп ределенныезначения («мусор»). Т ак как malloc п ринимает размер вбайтах, то п рип одсчете размера выделяемой п амятиудобно исп ользовать оп ерац ию sizeof. Рассмотрим п ример динамическог о выделения п амяти п од структуру: #include <stdio.h>

69 … … … … struct a { int i; char c[30]; double d; }; … … … … struct a *s; if((s = malloc(sizeof(struct a))) == NULL) { /*!*/ printf(“ Н ехватаетп амяти!\n”); /* обработкаош ибкивыделения п амяти*/ return … } /* Т еп ерь п амять п од структуру выделенаимы мож ем обращ аться к ееп олям*/ s->i = 10; /* эквивалентно (*s).i = 10 */ strcpy(s->c, “ динамическая структура”); s->d = 3.1415; Здесь встроке, п омеченной /*!*/, вызывается функц ия malloc, чтобы выделить п амять п о размеру структуры a. П роверканаNULL нуж нана случай, еслип амять окаж ется исчерп ана(хотя нап рактикетакая ситуац ия встречается достаточно редко, чащ е malloc возвращ ает NULL вслучае, ког да зап рош ен отриц ательный, нулевой или недоп устимо больш ой размер). Т от факт, что выделяемая malloc п амять содерж ит «мусор», не удобен. П оэтому выделенную п амять чащ е всег о сразу как-то иниц иализирую т. В наш ем п римере мы явно п рисвоили оп ределенные значения п олям структуры (функц ия strcpy коп ирует строку из второг о п араметравп ервый). И ниц иализировать участок п амяти одним и тем ж е байтовым значением мож но п рип омощ ифункц иистандартной библиотекиmemset. Н ап ример, п одходящ им значением во мног их случаях оказывается нуль. О бнулить п оля наш ей структуры мы мог либы так: memset(s, 0, sizeof(struct a));

70 П ервым п араметром в функц ию memset п ередается указатель на область п амяти, вторым – значение байта (от 0 до 0xff), третьим – размер области в байтах (в результате все байты п олучаю т одинаковыезначения). Т ак как необходимость зап олнения выделенной п амяти нулями встречается часто, встандартной библиотеке есть сп ец иальная функц ия calloc, которая выделяет п амять и сразу обнуляет ее. У этой функц ии, в отличие от malloc, двап араметра: размер элементавбайтах иколичество элементов. Т о есть функц ия calloc ориентировананавыделение п амяти сразу п од несколько элементов одинаковог о размера (а значит, как п равило, и тип а), и врезультате мы п олучаем динамически созданный массивэлементов. Д инамическиемассивы мы рассмотрим п озж е. В наш ем ж е случае для выделения п амяти п од структуру struct a мы мог ли бы зап исать s = calloc(sizeof(struct a),1) Н асамом деле calloc работаетчерез malloc п римерно так: void *calloc(unsigned long size, unsigned long cnt) { unsigned long n = size*cnt; void *p = malloc(n); if(p == NULL) return NULL: memset(p, 0, n); return p; } К ог дадинамическивыделенная п амять п рог раммебольш ененуж на, ее мож но освободить п рип омощ истандартной функц ииfree, п араметром которой п ередается указатель наобласть п амяти, нап ример: free(s); Ф ункц ия free ничег о не возвращ ает. Е й не надо п ередавать размер выделенной ранееп амяти, онамож етузнать ег о сама. Секретздесь кроется втом, что функц ииmalloc иfree работаю твп аресо сп иском свободных и занятых блоков п амяти, отведенных п рог рамме. Э ти блоки называю т «кучей» (от анг л. heap), т.к. всредиэтих блоковвп роизвольном п орядке выделяется п амять п од данные разных тип ов, как бы внутри все

71 сваливается в одну кучу. У каж дог о занятог о блока есть внутренняя информац ия о ег о размере, которую иисп ользует free. П осле освобож дения п амяти free п о возмож ности сливает меньш ие участки свободной п амятивболеекруп ный неп рерывный блок, т.е. функц ииfree и malloc оп тимизирую тработу со свободной п амятью внутрисебя. О днако бол ьш ие не приятности возникнут, если в функц ию free п ередать указатель, который не был п олучен функц ией malloc илиcalloc (или realloc – см. далее), либо п ередать указатель на область п амяти, которая уж ебылаосвобож денаfree. Здесь язык C требуетвнимательности со стороны п рог раммиста, стремясь максимально п овысить п роизводительность п рог раммы вущ ерб защ ищ енностиот неп равильных действий п рог раммиста: если п рог раммист нап исал что-то не так, то п рог раммап росто «уп адет» (аварийно заверш ится). Е сливп роц ессе работы п рог раммы оказывается, что размераранее выделенной области динамической п амяти недостаточно, то ее мож но п еревыделить п ри п омощ и функц ии realloc, у которой двап араметра– указатель настарую область п амятиитребуемый размер новой областив байтах. Ф ункц ия realloc выделяет новую область, коп ирует в нее содерж имое старой области, п осле чег о освобож дает старую область и возвращ ает указатель нановую область (есливыделить новую область не удается, возвращ ается NULL истарая область остается неизменной). Е сли вфункц ию realloc п ередать неп равильный указатель, то она, как ифункц ия free, аварийно заверш итп рог рамму. Н еобходимо п омнить, что указатель, возвращ аемый функц ией realloc, отличается от старог о указателя. П оэтому, еслинаобласть п амяти ссылались несколько указателей, то всеих необходимо п ереп рисвоить. З а ме ча ние . В языке C++ для динамическог о выделения и освобож дения п амяти вместо malloc/free ц елесообразнее исп ользовать оп ерац ииnew иdelete, которыеявляю тся частью языка. Ф ункц ииmalloc и free входятвстандартную библиотеку языкаC, но невходятвсам язык. 6.4.3 Д ина миче ские ма ссивы Т ак как указателимож но индексировать, то реализовать одноме рные дина миче ские ма ссивы очень лег ко: надо лиш ь выделить п амять п од нуж ное количество элементов N заданног о тип а (т.е. область п амяти

72 размера N*sizeof(тип ) байт), п осле этог о п олученный указатель мож но индексировать, обращ аясь к нему как к обычному массиву. Н адо только не забыть освободить п амять, ког да массив становится не нуж ен. Е сли п ри работе окаж ется, что размер массива недостаточный, ег о мож но увеличить п рип омощ ифункц ииrealloc. С многоме рными дина миче скими ма ссива ми ситуац ия слож нее: мы не мож ем выделить неп рерывный участок п амяти и п равильно индексировать ег о несколькими индексами. Н ап ример, чтобы п равильно обработать индексы [i][j], комп илятор долж ен знать, сколько элементовв каж дой строке двумерног о массива, а в конструкц ии [i][j] такой информац ии нет (вп . 6.3 этап роблемауж е обсуж далась). К ог дамассив статический, комп илятор мож ет взять эту информац ию из ег о оп исания (нап ример, вмассиве int m[5][10] вкаж дой строке п о 10 элементов).Д ля динамическог о массиватаког о сп особанет. О днако сымитировать мног омерный динамический массивмож но через массивуказателей. Рассмотрим указатель науказатель double **m. Е сли выделить динамически п амять п од N указателей наdouble, адля каж дог о их этих указателей выделить п амять п од M элементовтип аdouble, мы п олучим следую щ ую схему:

0 m i 0

M-1

N-1

Т о есть мы как бы имеем матриц у NxM, г де каж дая из N строк хранится в виде отдельног о массива, на который указывает соответствую щ ий элемент всп омог ательног о массива указателей m. И индексирования m[i][j] всег дабудетработать п равильно! Т аким образом, через массивуказателей мы мож ем сымитировать двумерный динамический массив. К од, который выделяетп амять п од нег о, мож етвыг лядеть так: typedef double **DynMatrix;

73 DynMatrix alloc_matrix(N int, M int) { int i; DynMatrix m = calloc(sizeof(double*),N); if(m == NULL) return NULL; for(i = 0 ; i < N ; ++i) if((m[i] = calloc(sizeof(double),M)) == NULL) { /* неудача: освободить сначалауж ето, что усп еливыделить */ for(--i ; i>=0 ; --i) free(m[i]); free(m); return NULL; } return m; } М ы оп ределили для тип а double** синоним DynMatrix (динамическая матриц а). Ф ункц ия alloc_matrix выделяет п амять п од матриц у размерности NxM. В случае неудачи возвращ ается NULL (п ри этом освобож дается вся лиш няя п амять, которая уж е былавыделенак моменту неудачи). В случае усп еха возвращ ается указатель, который мож но индексировать как обычный двумерный массив. Д ля освобож дения таког о массиванеобходимо сначалаосвободить п амять, занимаемую каж дой строкой, азатем уж есам массивуказателей: for(i = 0 ; i < N ; ++i) free(m[i]); free(m); Т рех- и более мерные динамические массивы мог ут быть реализованы аналог ично двумерным, п рип омощ имассивовнауказатели намассивы указателей. В заклю чение отметим, что так как строкиявляю тся одномерными массивами тип аchar, то для работы с динамическими строками мож но

74 исп ользовать ту ж е технику, что и для обычных массивов (не забывая только, что вконц е строки всег дарасп олагается символ 0, п од который тож енадо отвестиместо). А массивуказателей наchar (тип аchar **) мож етисп ользоваться как динамический массивстрок.

§ 7. ПРЕ ПРО Ц Е С С О Р 7.1. О сновны е сведения Пре проц е ссор п озволяет осущ ествлять макрообработку, условную комп иляц ию , вклю чать файлы втекст п рог раммы, уп равлять обработкой ош ибок П ервым ш агом комп илятора является вызов п реп роц ессора. Д ирективы п реп роц ессоракодирую тся висходной п рог рамме так ж е, как обычные оп ераторы языкаС, но п реп роц ессорные директивы отличаю тся от обычных элементов п рог раммы п о форме: они не следую т синтаксически п равилам для оп ераторов. Д ля зап иси п реп роц ессорных директивсущ ествую тсвоип равила: 1) всеп реп роц ессорныедирективы долж ны начинаться с символа# ; 3) засимволом # следуетнаименованиедирективы. В п рог раммах на С исп ользую тся следую щ ие директивы п реп роц ессора: #include, #define, #if, #else, #endif, #line,#undef, #ifndef, #ifdef. В седирективы п реп роц ессора неявляю тся клю чевымисловамиязыкаС; 4) в отличие от оп ераторов директивы не заверш аю тся точкой с зап ятой. Д ирективы не являю тся оп ераторами языка в традиц ионном смысле. П осле работы п реп роц ессора директивы удаляю тся из текста п рог раммы. Д ирективы мог утбыть разделены натрикатег ории: 1) вклю чениефайла; 2) макроп одстановка; 3) уп равлениекомп иляц ией. 7.2. В клю чение ф ай ла Различные объектные модули мог ут объединяться с п омощ ью редактора связей (комп оновщ ика). П реп роц ессорная директива #include вып олняет аналог ичную , но более п ростую функц ию объединения

75 директиве мы уж е уп оминали в

исходных файлов. О б этой п . 1.2.1. О наимеетвид: #include "имя файла" или #include <имя_файла> Д иректива #include заменяется в тексте п рог раммы содерж имым файлас заданным именем. Е сли имя файлазаклю чено вкавычки, файл ищ ется втекущ ем каталог е п ользователя; если имя файлазаклю чено в уг ловые скобки, - встандартном каталог е системы. П онятия текущ ег о и стандартног о каталог ов, атакж е действия вслучае необнаруж ения файла оп ределяю тся реализац ией. Д оп ускаю тся влож енныедирективы #include. 7.3. М акроподст ановка 7.3.1 Проста яма кроподста новка Ч асто п олезно иметь возмож ность указывать значения константы без явног о ее нап исания. Я зык C п озволяет исп ользовать для этог о п ростую макроп одстановку. П ростая макроп одстановкаимеетследую щ ий вид: #define иде нтиф ика тор строка Иде нтиф ика тор строится по п равилам образования идентификаторов в языке С. К онец идентификатора оп ределяется п о п оявлению п ервог о символап робела. И дентификатор вдирективе #define иног даназываю тсимвол иче ской конста нтой. П осле тог о как директива#define обнаруж енап реп роц ессором, все п оследую щ ие п оявления втексте п рог раммы идентификаторазаменяю тся соответствую щ ей строкой, за исклю чением тех случаев, ког да идентификатор п оявляется внутри двойных или одинарных кавычек. Н ап ример: #define ZERO 0 И дентификаторы, которые п оявляю тся в макроп одстановке, рекомендуется зап исывать п роп иснымибуквами, для тог о чтобы указать, что ониявляю тся символическимиконстантами. В качестве строки, исп ользуемой в директиве #define, мож ет указываться лю бая конструкц ия, доп устимая в языке С. Строка

76 размещ ается вдирективе #define п осле второг о п робела (п ервый п робел указывается п оследирективы #define). Е слизап оследним неп робельным символом встроке указывается \ (обратная наклонная черта), это означает, что строкаимеет п родолж ение наследую щ ей линии, нап ример: #define STR ((a>b||c>b)&&\ ((d%f)==0)) 7.3.2 М а кроподста новка с а ргуме нта ми П реп роц ессор п озволяет исп ользовать более слож ную и п олезную форму директивы #define: #define иде нтиф ика тор (иде нтиф ика тор,...,иде нтиф ика тор) строка г де иде нтиф ика тор символический макроидентификатор; (иде нтиф ика тор,..., иде нтиф ика тор) - сп исок п араметров; строка п одставляемая строка(обычно онавклю чаетп араметры). Н е долж но быть п робелов меж ду макроидентификатором и открываю щ ей скобкой. В п ротивном случае п реп роц ессор будет рассматривать директиву как п ростую п одстановку, асп исок п араметров трактовать как п одставляемую строку. М акроп одстановкас арг ументамиобычно исп ользуется аналог ично функц ии. И ног да макроп одстановку с арг ументами называю т псе вдоф ункц ие й или ма кроопре де л е ние м. М акроп одстановки мог ут быть влож енными. Н ап ример, мож но задать макрооп ределения UP и LOW для п реобразования латинских символовсоответственно всимволы верхнег о и ниж нег о рег истров: #define UP(c) ((c)-'a'+ 'A') #define LOW(c) ((с) -'A'+ 'а') Следуетотметить, что каж доеп оявлениеп араметравп одставляемой строке долж но заклю чаться в скобки; вся п одставляемая строка тож е долж назаклю чаться вскобки. Н ап ример, макрооп ределение, вычисляю щ ее квадрат некоторог о значения, мож но зап исать так:

77 #define SQ(x) ((x)*(x)) Зап ись этог о макрооп ределения, нап ример, ввиде #define SQ(x) x * х мож етп ривестик неверному результату. П усть мы хотим исп ользовать SQ следую щ им образом: s = SQ(a+b); П ослевып олнения макроп одстановкип олучим s = a+b*a+b; ирезультат будет неверным. Скобкиг арантирую т сохранение п риоритета вып олнения оп ерац ий. 7.4. Д ирект ива #undef Д иректива #undef ог раничивает область действия директивы #define. Д ирективаимеетследую щ ий вид: #undef иде нтиф ика тор г де идентификатор — идентификатор, ранее оп ределенный в директиве#define. Д иректива#undef исп ользуется: 1) для изменения условия вдирективе#ifdef; 2) для исклю чения дублирования макроимен. П оследний случай мож ет иметь место п ри вклю чении файлов с п омощ ью директивы #include. В клю чаемый файл мож ет содерж ать макрооп ределения. П ри такой ситуац ии возмож но дублирование имен. П реп роц ессор будет руководствоваться п ервым встретивш имся макрооп ределением. 7.5. У словная ком пиляция У сл овна я компил яц ия — это выборочная комп иляц ия только тех частей п рог раммы, которые удовлетворяю т некоторым условиям. Н ап ример, мог ут быть комп илированы только те части п рог раммы, которые относятся к оп ределенному окруж ению или к реализац ии системно-зависимых функц ий в каж дой оп ерац ионной системе п ри нап исаниип ереносимых п рог рамм. У словная комп иляц ия имеетследую щ иеп реимущ ества:

78 1) п озволяет задавать п араметры временикомп иляц ии, т.е. мож но создавать п рог раммы различной конфиг урац ии; 2) п риводит к эффективному исп ользованию п амяти, так как ненуж ный код нехранится вп амятиво время вып олнения; 3) реш ение о вклю чении той или иной части п рог раммы п ринимается на этап е комп иляц ии, а не во время вып олнения. Э то п овыш аетэффективность п рог раммы (но уменьш аетеег ибкость). Д ля условной комп иляц ииисп ользуется п реп роц ессорная директива #if. О наимеетдвеформы. 1) без else-части. за гол овок if те кст програ ммы 1 #endif 2) с else-частью : за гол овок if те кст програ ммы 1 #else те кст програ ммы 2 #endif Здесь за гол овок1 содерж ит условие, в зависимости от значения котором комп илируется те кст програ ммы 1 илите кст програ ммы 2. Заголовок_if имееттриформы. 1) #if конста нтное _выра ж е ние 2) #ifdef иде нтиф ика тор 3) #ifndef иде нтиф ика тор В п ервой форме условие оп ределяется константным выраж ением. Е сли константное выраж ение отличается от нуля, условие истинно; если равно нулю , условиелож но. В о второй форме условие истинно, если идентификатор п редварительно был оп ределен с п омощ ью директивы #define (ине было для нег о директивы #undef). В п ротивном случаеусловиелож но. В третьей форме условие истинно, если идентификатор не был оп ределен ранее с п омощ ью директивы #define (илион был оп ределен, а затем к нему былап римененадиректива#undef). П ример условной комп иляц ии:

79 #ifndef SIZE #define SIZE 128 #endif В результате оп ределяется макроп одстановка, заменяю щ ая SIZE на 128, еслиранееонанебылаоп ределенап рог раммистом. Следует заметить, что п ри исп ользовании влож енных директив условной комп иляц ии мног ие комп иляторы не доп ускаю т смещ ения вп раво влож енных директив #if, #else. О ни все долж ны начинаться с п ервой п озиц ии. ЛИ Т Е РА Т УРА 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

БолоскиМ .И . Я зык п рог раммирования С. – М .: Радио исвязь. 1988. – 96 с. И вановА .Г. Я зык п рог раммирования С: П редварительное оп исание / П рикладная информатика. – 1995. – В ып .1. – С. 68-113. Stroustrup B. Data Abstraction in C// AT&T Bell Lab.Techn.J. – 1992. – Vol.63, № 8. – P.1701 – 1732. Rosler L. The evolution of C – past and future // AT&T Bell Lab.Techn.J. – 1992. – Vol.63, № 8. – P.1685 – 1699. Берри Р., М икинг з Б. Я зык С. В ведение для п рог раммистов. – М .: Ф инансы истатистика, 1998. – 75 с. У эйтМ ., П ратаС., М артин Д . Я зык С: Руководство для начинаю щ их. – М .: М ир, 1998. – 512 с. Х энкок Л ., К риг ер М . В ведениевп рог раммированиенаязыкеС. – М .: Радио исвязь. 1996. – 192 с. Chirlian P.M. Introduction to C. – Beaverton: Matrix publ., 1997. – 187 p.

Составители: Глуш акова Т атьяна Н иколаевна, Е сип енко Д митрий Георг иевич, Ш аш кин А лександр И ванович, Э ксаревская М арина Е вгеньевна. Редактор: Т ихомироваО .А .