Как записать на языке c что число находится в допустимых значениях

Свод правил по работе с целыми числами в C/C++

В основу статьи легли мои собственные выработанные нелегким путем знания о принципах работы и правильном использовании целых чисел в C/C++. Помимо самих правил, я решил привести список распространенных заблуждений и сделать небольшое сравнение системы целочисленных типов в нескольких передовых языках. Все изложение строилось вокруг баланса между краткостью и полноценностью, чтобы не усложнять восприятие и при этом отчетливо передать важные детали.

Всякий раз, когда я читаю или пишу код на C/C++, мне приходится вспоминать и применять эти правила в тех или иных ситуациях, например при выборе подходящего типа для локальной переменной/элемента массива/поля структуры, при преобразовании типов, а также в любых арифметических операциях или сравнениях. Обратите внимание, что типы чисел с плавающей запятой мы затрагивать не будем, так как это большей частью относится к анализу и обработке ошибок аппроксимации, вызванных округлением. В противоположность этому, математика целых чисел лежит в основе как программирования, так и компьютерной науки в целом, и в теории вычисления здесь всегда точны (не считая проблем реализации вроде переполнения).

Типы данных

Базовые целочисленные типы

Целочисленные типы устанавливаются с помощью допустимой последовательности ключевых слов, взятых из набора .

Несмотря на то, что битовая ширина каждого базового целочисленного типа определяется реализацией (т.е. зависит от компилятора и платформы), стандартом закреплены следующие их свойства:

Наличие знака

Дополнительные правила

Типы из стандартных библиотек

Преобразования

Представим, что значение исходного целочисленного типа нужно преобразовать в значение целевого целочисленного типа. Такая ситуация может возникнуть при явном приведении, неявном приведении в процессе присваивания или при продвижении типов.

Как происходит преобразование?

Главный принцип в том, что, если целевой тип может содержать значение исходного типа, то это значение семантически сохраняется.

Арифметика

Продвижение/преобразование

Неопределенное поведение

Счетчик цикла

Выбор типа

Отсчет вниз

Для циклов, ведущих отсчет вниз, более естественным будет использовать счетчик со знаком, потому что тогда можно написать:

При этом для беззнакового счетчика код будет таким:

Заблуждения

Все пункты приведенного ниже списка являются мифами. Не опирайтесь на эти ложные убеждения, если хотите писать корректный и портируемый код.

Источник

Область допустимых значений функции

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат (в правом нижнем углу экрана).

Допустимые и недопустимые значения переменных

В 7 классе заканчивается математика и начинается ее-величество-алгебра. Первым делом школьники изучают выражения с переменными.

Мы уже знаем, что математика состоит из выражений — буквенных и числовых. Каждому выражению, в котором есть переменная, соответствует область допустимых значений (ОДЗ). Если игнорировать ОДЗ, то в результате решения можно получить неверный ответ. Получается, чтобы быстро получить верный ответ, нужно всегда учитывать область допустимых значений.

Чтобы дать верное определение области допустимых значений, разберемся, что такое допустимые и недопустимые значения переменной.

Рассмотрим все необходимые определения, связанные с допустимыми и недопустимыми значениями переменной.

Выражение с переменными — это буквенное выражение, в котором буквы обозначают величины, принимающие различные значения.

Значение числового выражения — это число, которое получается после выполнения всех действий в числовом выражении.

Выражение с переменными имеет смысл при данных значениях переменных, если при этих значениях переменных можно вычислить его значение.

Выражение с переменными не имеет смысла при данных значениях переменных, если при этих значениях переменных нельзя вычислить его значение.

Теперь, опираясь на данные определения, мы можем сформулировать, что такое допустимые и недопустимые значения переменной.

Допустимые значения переменных — это значения переменных, при которых выражение имеет смысл.

Если при переменных выражение не имеет смысла, то значения таких переменных называют недопустимыми.

В выражении может быть больше одной переменной, поэтому допустимых и недопустимых значений может быть больше одного.

Пример 1

Рассмотрим выражение

В выражении три переменные (a, b, c).

Запишем значения переменных в виде: a = 1, b = 1, c = 2.

Такие значения переменных являются допустимыми, поскольку при подстановке этих значений в выражение, мы легко можем найти ответ:

Таким же образом можем выяснить, какие значения переменных — недопустимые.

Подставим значения переменных в выражение

На ноль делить нельзя.

Что такое ОДЗ

ОДЗ — это невидимый инструмент при решении любого выражении с переменной. Чаще всего, ОДЗ не отображают графически, но всегда «держат в уме».

Область допустимых значений (ОДЗ) — это множество всех допустимых значений переменных для данного выражения.

Пример 2

Рассмотрим выражение

Пример 3
Рассмотрим выражение

ОДЗ такого выражения будет выглядеть вот так: b ≠ c; a — любое число.

Такая запись означает, что область допустимых значений переменных b, c и a = это все значения переменных, при которых соблюдаются условия b ≠ c; a — любое число.

Как найти ОДЗ: примеры решения

Найти ОДЗ — это значит, что нужно указать все допустимые значения переменных для выражения. Часто, чтобы найти ОДЗ, нужно выполнить преобразование выражения.

Чтобы быстро и верно определять ОДЗ, запомните условия, при которых значение выражения не может быть найдено.

Мы не можем вычислить значение выражения, если:

Теперь, приступая к поиску ОДЗ, вы можете сверять выражение по всем этим пунктам.

Давайте потренируемся находить ОДЗ.

Пример 4

Найдем область допустимых значений переменной выражения a 3 + 4 * a * b − 6.

В куб возводится любое число. Ограничений при вычитании и сложении нет. Это значит, что мы можем вычислить значение выражения a 3 + 4 * a * b − 6 при любых значениях переменной.

ОДЗ переменных a и b — это множество таких пар допустимых значений (a, b), где a — любое число и b — любое число.

Ответ: (a и b), где a — любое число и b — любое число.

Пример 5

Найдем область допустимых значений (ОДЗ) переменной выражения

Здесь нужно обратить внимание на наличие нуля в знаменатели дроби. Одним из условий, при котором вычисление значения выражения невозможно явлется наличие деления на ноль.

Это значит, что мы может сказать, что ОДЗ переменной a в выражении — пустое множество.

Пустое множество изображается в виде вот такого символа Ø.

Пример 6

Найдем область допустимых значений (ОДЗ) переменных в выражении

Если есть квадратный корень, то нам нужно следить за тем, чтобы под знаком корня не было отрицательного числа. Это значит, что при подстановке значений a и b должны быть условия, при которых a + 3 * b + 5 ≥ 0.

Ответ: ОДЗ переменных a и b — это множество всех пар, при которых a + 3 * b + 5 ≥ 0.

Пример 7

Найдем ОДЗ переменной a в выражении

Прежде всего, нам нужно подобрать такое условие, при котором в знаменателе дроби не будет ноля —

Мы знаем, что выражение под знаком корня должно быть положительным. Это дает нам второе условие: a + 1 ≥ 0.

Мы не можем вычислить логарифм отрицательного выражения. Получаем третье условие: a 2 + 2 > 0.

Выражении в основании логарифма не должно быть отрицательным и не должно равняться единице. Получаем условие 4: a + 6 > 0.

Как видите, записывая ОДЗ, мы ставим квадратные и круглые скобки.

Запомните

Например, если х > 6, но х

Зачем учитывать ОДЗ при преобразовании выражения

Иногда выражение просто невозможно решить, если не выполнить ряд тождественных преобразований. К ним относятся: перестановки, раскрытие скобок, группировка, вынесение общего множителя за скобки, приведение подобных слагаемых.

Кроме того, что видов таких преобразований довольно много: нужно понимать, в каких случаях какое преобразование возможно. В этом может помочь определение ОДЗ.

Тождественное преобразование может:

Рассмотрим каждый случай в отдельности.

Пример 8

Поскольку мы должны следить за тем, чтобы в выражении не возникало деление ноль, определяем условие a ≠ 0.

Это условие отвечает множеству (−∞ ; 0) ∪ (0 ; +∞).

В выражении есть подобные слагаемые, если привести подобные слагаемые, то мы получаем выражение вида a.

ОДЗ для a — это R — множество всех вещественных чисел.

Преобразование расширило ОДЗ — добавился ноль.

Пример 9

Рассмотрим выражение a 2 + a + 4 * a

ОДЗ a для этого выражения — множество R.

В выражении есть подобные слагаемые, выполним тождественное преобразование.

После приведения подобных слагаемых выражение приняло вид a 2 + 5 * a

ОДЗ переменной a для этого выражения — множество R.

Это значит, что тождественное преобразование никак не повлияло на ОДЗ.

Пример 10

Рассмотрим выражение

Решить такое неравенство можно методом интервалов, что дает нам ОДЗ (−∞; 1] ∪ [4 ; +∞).

Затем выполним преобразование исходного выражения по свойству корней: корень произведения = произведению корней.

Приведем выражение к виду

Решив систему линейных неравенств, получаем множество [4; + ∞).

Отсюда видно, что тождественные преобразования сузили ОДЗ.
От (−∞; 1] ∪ [4 ; +∞) до [4; + ∞).

Решив преобразовать выражение, внимательно следите за тем, чтобы не допустить сужение ОДЗ.

Запомните, что выполняя преобразование, следует выбирать такие, которые не изменят ОДЗ.

Источник

Операции в языке Си

Над объектами в языке Си могут выполняться различные операции:

Результатом выполнения операции является число.

Операции могут быть бинарными или унарными.
Бинарные операции выполняются над двумя объектами, унарные — над одним.

Операция присваивания

Операция присваивания обозначается символом = и выполняется в 2 этапа:

объект = выражение;

В случае если объекты в левой и правой части операции присваивания имеют разные типы используется операция явного приведения типа.
объект = (тип)выражение;

Операции отношения

Основные операции отношения:

Арифметические операции

Основные бинарные операции, расположенные в порядке уменьшения приоритета:

Основные унарные операции:

Результат вычисления выражения, содержащего операции инкрементирования или декрементирования, зависит от того, где расположен знак операции (до объекта или после него). Если операция расположена до объекта, то сначала происходит изменение значения переменной на 1, а потом это значение используется для выполнения следующих операций. Если операция ++ или — расположена после переменной, то сначала выполняется операция, а потом значение переменной изменяется на 1.

Бинарные арифметические операции могут быть объединены с операцией присваивания:

Логические операции

Логические операции делятся на две группы:

Условные логические операции чаще всего используются в операциях проверки условия if и могут выполняться над любыми объектами. Результат условной логической операции:

Вообще, все значения, отличные от нуля, интерпретируются условными логическими операциями как истинные.

Основные условные логические операции:

Побитовые логические операции оперируют с битами, каждый из которых может принимать только два значения: 0 или 1.

Основные побитовые логические операции в языке Си:

Для каждого бита результат выполнения операции будет получен в соответствии с таблицей.

aa ^ b000010010111100101111100

a; // e = 241 = 1111 0001
f = a ^ b; // f = 7 = 0000 0111

Для установки определенного бита необходимо соответствующий бит маски установить в 1 и произвести операцию побитового логического ИЛИ с константой, представляющей собой маску:

Для сброса определенного бита необходимо соответствующий бит маски сбросить в 0 и произвести операцию побитового логического И с константой, представляющей собой инверсную маску:

0x02); // a = 1, бит 1 сброшен

Бинарные побитовые логические операции могут быть объединены с операцией присваивания:

Сдвиговые операции

Операции арифметического сдвига применяются в целочисленной арифметике и обозначаются как:

Общий синтаксис осуществления операции сдвига:
объект = выражение сдвиг КоличествоРазрядов;

Арифметический сдвиг целого числа вправо >> на 1 разряд соответствует делению числа на 2.
Арифметический сдвиг целого числа влево на 1 разряд соответствует умножению числа на 2.

Источник

Как записать на языке c что число находится в допустимых значениях

Язык Си, созданный Денисом Ритчи в начале 70-х годов в Bell Laboratory американской корпорации AT&T, является одним из универсальных языков программирования. Язык Си считается языком системного программирования, хотя он удобен и для написания прикладных программ. Среди преимуществ языка Си следует отметить переносимость программ на компьютеры различной архитектуры и из одной операционной системы в другую, лаконичность записи алгоритмов, логическую стройность программ, а также возможность получить программный код, сравнимый по скорости выполнения с программами, написанными на языке ассемблера. Последнее связано с тем, что хотя Си является языком высокого уровня, имеющим полный набор конструкций структурного программирования, он также обладает набором низкоуровневых средств, обеспечивающих доступ к аппаратным средствам компьютера. С 1989 года язык Си регламентируется стандартом Американского института национальных стандартов ANSI С. В настоящее время, кроме стандарта ANSI C разработан международный стандарт ISO C (International Standard Organization C).

В пособии в разделах 1-6 рассматриваются основные конструкции языка Си (общие для Си и Си++). Примеры программ приведены в разделе 7.

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ДАННЫЕ

Основные понятия языка

Программа, написанная на языке Си, состоит из операторов. Каждый оператор вызывает выполнение некоторых действий на соответствующем шаге выполнения программы.

При написании операторов применяются латинские прописные и строчные буквы, цифры и специальные знаки. К таким знакам, например, относятся: точка (.), запятая (,), двоеточие (:), точка с запятой (;) и др. Совокупность символов, используемых в языке, называется алфавитом языка.

В персональном компьютере символы хранятся в виде кодов. Соответствие между каждым символом и его кодом задается специальной кодовой таблицей. На нее разработан стандарт ASCII, поэтому коды символов называют ASCII-кодами.

Для представления каждого символа в персональном компьютере используется один байт, поэтому общее число символов равно 2 8 = 256. Кодовая таблица, которая устанавливает соответствие между символом и его кодом, имеет 256 строк вида:

Первая половина кодовой таблицы является стандартной, а вторая используется для представления символов национальных алфавитов, псевдографических элементов и т.д.

Важным понятием языка является идентификатор, который используется в качестве имени объекта (функции, переменной, константы и др.). Идентификаторы должны выбираться с учетом следующих правил:

В программах на языке Си важная роль отводится комментариям. Они повышают наглядность и удобство чтения программ. Комментарии обрамляются символами /* и */. Их можно записывать в любом месте программы.

В языке Си++ введена еще одна форма записи комментариев. Все, что находится после знака // до конца текущей строки, будет также рассматриваться как комментарий. Отметим, что компилятор языка Си, встроенный в систему программирования Borland C++, позволяет использовать данный комментарий и в программах на Си.

Пробелы, символы табуляции и перехода на новую строку в программах на Си игнорируются. Это позволяет записывать различные выражения в хорошо читаемом виде. Кроме того, строки программы можно начинать с любой позиции, что дает возможность выделять в тексте группы операторов.

Типы данных

Дадим им краткую характеристику:

Объект некоторого базового типа может быть модифицирован. С этой целью используются специальные ключевые слова, называемые модификаторами. В стандарте ANSI языка Си имеются следующие модификаторы типа:

Модификаторы записываются перед спецификаторами типа, например: unsigned char. Если после модификатора опущен спецификатор, то компилятор предполагает, что этим спецификатором является int. Таким образом, следующие строки:

являются идентичными и определяют объект а как длинный целый. Табл. 1 иллюстрирует возможные сочетания модификаторов (unsigned, signed, short, long) со спецификаторами (char, int, float и double), а также показывает размер и диапазон значений объекта (для 16-разрядных компиляторов).

Переменные и константы

Все переменные до их использования должны быть определены (объявлены). При этом задается тип, а затем идет список из одной или более переменных этого типа, разделенных запятыми. Например:

В языке различают понятия объявления переменной и ее определения. Объявление устанавливает свойства объекта: его тип (например, целый), размер (например, 4 байта) и т.д. Определение наряду с этим вызывает выделение памяти (в приведенном примере дано определение переменных).

Переменные можно разделять по строкам произвольным образом, например:

Переменные в языке Си могут быть инициализированы при их определении:

Выясним теперь, где в тексте программы определяются данные. В языке возможны глобальные и локальные объекты. Первые определяются вне функций и, следовательно, доступны для любой из них. Локальные объекты по отношению к функциям являются внутренними. Они начинают существовать, при входе в функцию и уничтожаются после выхода из нее. Ниже показана структура программы на Си и возможные места в программе, где определяются глобальные и локальные объекты.

Отметим, что выполнение программы всегда начинается с вызова функции main( ), которая содержит тело программы. Тело программы, как и тело любой другой функции, помещается между открывающей и закрывающей фигурными скобками.

В языке Си все определения должны следовать перед операторами, составляющими тело функции. В языке Си++ это ограничение снято и определения могут находиться в любом месте программы. Если они сделаны в функции, то соответствующие объекты будут локальными, а если вне функций, то глобальными.

Наряду с переменными в языке существуют следующие виды констант:

Как вводить и выводить информацию

Операции ввода/вывода в языке Си организованы посредством библиотечных функций (причем их довольно много).

Здесь определен тип единственного аргумента (void) и тип возвращаемого функцией значения (int).

присваивает переменной х очередной вводимый символ. Переменная х должна иметь символьный или целый тип.

Объявления getchar( ) и putchar( ) сделаны в заголовочном файле stdio.h, содержащем описания заголовков библиотечных функций стандартного ввода/вывода. Чтобы библиотечные функции стали доступны программе, к ней необходимо подключить данный файл. Подключение осуществляется с помощью директивы препроцессора

помещаемой в начало программы (подробнее см. в разделе 5).

Форматированный вывод данных

Функция printf( ) (прототип содержится в файле stdio.h) обеспечивает форматированный вывод. Ее можно записать в следующем формальном виде:

Управляющая строка содержит компоненты трех типов: обычные символы, которые просто копируются в стандартный выходной поток (выводятся на экран дисплея); спецификации преобразования, каждая из которых вызывает вывод на экран очередного аргумента из последующего списка; управляющие символьные константы.

Каждая спецификация преобразования начинается со знака % и заканчивается некоторым символом, задающим преобразование. Между знаком % и символом преобразования могут встречаться другие знаки в соответствии со следующим форматом:

Все параметры в квадратных скобках не являются обязательными.

На месте параметра c_n (символ преобразования) могут быть записаны:

Необязательные параметры в спецификации преобразования:

Если после знака % записан не символ преобразования, то он выводится на экран. Таким образом, строка %% приводит к выводу на экран знака %.

Функция printf( ) использует управляющую строку, чтобы определить, сколько всего аргументов и каковы их типы. Аргументами могут быть переменные, константы, выражения, вызовы функций; главное, чтобы их значения соответствовали заданной спецификации.

При наличии ошибок, например, в числе аргументов или типе преобразования, результаты будут неверными.

Среди управляющих символьных констант наиболее часто используются следующие:

Например, в результате вызова функции:

сначала выполняется горизонтальная табуляция (\t), т.е. курсор сместится от края экрана, затем на экран будет выведено слово Computer, после этого курсор переместится в начало следующей строки (\n), затем будет выведено целое число i по формату %d (десятичное целое), и, окончательно, курсор перейдет в начало новой строки (\n).

Напечатать строку символов можно и так:

Форматированный ввод данных

Функция scanf( ) (прототип содержится в файле stdio.h) обеспечивает форматированный ввод. Ее можно записать в следующем формальном виде:

Аргументы scanf( ) должны быть указателями на соответствующие значения. Для этого перед именем переменной записывается символ &. Назначение указателей будет рассмотрено далее.

Управляющая строка содержит спецификации преобразования и используется для установления количества и типов аргументов. В нее могут включаться:

Рассмотрим символы преобразования функции scanf( ) (указываются после символа %):

Перед некоторыми символами преобразования могут записываться следующие модификаторы:

Ввести целое число (int a;), символ (char b;) и вещественное число (float t;) можно так:

РАЗДЕЛ 2. ОПЕРАЦИИ И ОПЕРАТОРЫ

Операции языка Си

Операции выполняются в строгой последовательности. Величина, определяющая преимущественное право на выполнение той или иной операции, называется приоритетом. В табл. 2 перечислены различные операции языка Си. Их приоритеты для каждой группы одинаковы (группы выделены цветом). Чем большим преимуществом пользуется соответствующая группа операций, тем выше она расположена в таблице. Порядок выполнения операций может регулироваться с помощью круглых скобок.

присваивает переменной х значение переменной у. Операцию «=» разрешается использовать многократно в одном выражении, например:

Битовые операции можно применять к переменным, имеющим типы int, char, а также их вариантам (например, long int). Их нельзя применять к переменным типов float, double, void (или более сложных типов). Эти операции задаются следующими символами:

(поразрядное отрицание), > (сдвиг вправо), & (поразрядное «И»), ^ (поразрядное исключающее «ИЛИ»), | (поразрядное «ИЛИ»).

Примеры: если a = 0000 1111 и b = 1000 1000, то

Предположим, что b = b1 = 2, c = c1 = 4. Тогда после выполнения операций: a = 6, b = 2, c = 5, a1 = 7, b1 = 2, c1 = 5.

y = a, если x не равно нулю (т.е. истинно), и y = b, если х равно нулю (ложно). Следующее выражение

позволяет присвоить переменной у значение большей переменной (а или b), т.е. y = max(a, b).

Еще одним отличием языка является то, что выражение вида а = а + 5; можно записать в другой форме: a += 5;. Вместо знака + можно использовать и символы других бинарных операций (см. табл. 2).

Другие операции из табл. 2 будут описаны в последующих параграфах.

Преобразование типов

Предположим, что вычислено значение некоторого выражения в правой части оператора присваивания. В левой части оператора присваивания записана некоторая переменная, причем ее тип отличается от типа результата в правой части. Здесь правила преобразования очень простые: значение справа от оператора присваивания преобразуется к типу переменной слева от оператора присваивания. Если размер результата в правой части больше размера операнда в левой части, то старшая часть этого результата будет потеряна.

В языке Си можно явно указать тип любого выражения. Для этого используется операция преобразования («приведения») типа. Она применяется следующим образом:

(здесь можно указать любой допустимый в языке Си тип).

(переменная a целого типа явно преобразована к типу float; если этого не сделать, то результат будет потерян, т.к. a * 12 > 32767).

Преобразование типа также может использоваться для преобразования типов аргументов при вызове функций.

Указатели и операции с ними

Унарная операция & дает адрес объекта, поэтому оператор

присваивает адрес переменной х переменной у. Операцию & нельзя применять к константам и выражениям; конструкции вида &(х+7) или &28 недопустимы.

Унарная операция * воспринимает свой операнд как адрес некоторого объекта и использует этот адрес для выборки содержимого, поэтому оператор

присваивает z значение переменной, записанной по адресу у. Если

Объекты, состоящие из знака * и адреса (например, *а), необходимо определить. Делается это, например, так:

Определение вида char *d говорит о том, что значение, записанное по адресу d, имеет тип char.

Первое из них заносит число 7 в ячейку памяти по адресу у, второе увеличивает значение по адресу х в пять раз, третье добавляет единицу к содержимому ячейки памяти с адресом z. В последнем случае круглые скобки необходимы, так как операции с одинаковым приоритетом выполняются справа налево. В результате если, например, *z = 5, то (*z)++ приведет к тому, что *z = 6, а *z++ всего лишь изменит сам адрес z (операция ++ выполняется над адресом z, а не над значением *z по этому адресу).

Любой адрес можно проверить на равенство (==) или неравенство (!=) со специальным значением NULL, которое позволяет определить ничего не адресующий указатель.

Операторы цикла

Выражение_1 присваивает начальное значение управляющей переменной, выражение_З изменяет его на каждом шаге, а выражение_2 проверяет, не достигло ли оно граничного значения, устанавливающего необходимость выхода из цикла.

Любое из трех выражений в цикле for может отсутствовать, однако точка с запятой должна оставаться. Таким образом, for ( ; ; ) <. >— это бесконечный цикл, из которого можно выйти лишь другими способами.

В языке Си принято следующее правило. Любое выражение с операцией присваивания, заключенное в круглые скобки, имеет значение, равное присваиваемому. Например, выражение (а=7+2) имеет значение 9. После этого можно записать другое выражение, например: ((а=7+2)

позволяет вводить значение переменной сh и давать истинный результат только тогда, когда введенным значением является буква ‘i’. В скобках можно записывать и несколько формул, составляющих сложное выражение. Для этих целей используется операция запятая. Формулы будут вычисляться слева направо, и все выражение примет значение последней вычисленной формулы. Например, если имеются две переменные типа char, то выражение

определяет следующие действия: значение переменной у присваивается переменной х; вводится символ с клавиатуры и присваивается переменной у; z получает значение переменной у. Скобки здесь необходимы, поскольку операция запятая имеет более низкий приоритет, чем операция присваивания, записанная после переменной z. Операция запятая находит широкое применение для построения выражений цикла for и позволяет параллельно изменять значения нескольких управляющих переменных.

Допускаются вложенные конструкции, т.е. в теле некоторого цикла могут встречаться другие операторы for.

Оператор while формально записывается в таком виде:

Выражение в скобках может принимать ненулевое (истинное) или нулевое (ложное) значение. Если оно истинно, то выполняется тело цикла и выражение вычисляется снова. Если выражение ложно, то цикл while заканчивается.

Оператор do-while формально записывается следующим образом:

В теле цикла могут использоваться новые операторы break и continue. Оператор break обеспечивает немедленный выход из цикла, оператор continue вызывает прекращение очередной и начало следующей итерации.

Операторы условных и безусловных переходов

Оператор switch позволяет выбрать одну из нескольких альтернатив. Он записывается в следующем формальном виде:

Здесь вычисляется значение целого выражения в скобках (его иногда называют селектором) и оно сравнивается со всеми константами (константными выражениями). Все константы должны быть различными. При совпадении выполнится соответствующий вариант операторов (один или несколько операторов). Вариант с ключевым словом default реализуется, если ни один другой не подошел (слово default может и отсутствовать). Если default отсутствует, а все результаты сравнения отрицательны, то ни один вариант не выполняется.

Для прекращения последующих проверок после успешного выбора некоторого варианта используется оператор break, обеспечивающий немедленный выход из переключателя switch.

Допускаются вложенные конструкции switch.

Рассмотрим правила выполнения безусловного перехода, который можно представить в следующей форме:

РАЗДЕЛ 3. СТРУКТУРИРОВАННЫЕ ТИПЫ ДАННЫХ

Массивы

Массив состоит из элементов одного и того же типа. Ко всему массиву целиком можно обращаться по имени. Кроме того, можно выбирать любой элемент массива. Для этого необходимо задать индекс, который указывает на его относительную позицию. Число элементов массива назначается при его определении и в дальнейшем не изменяется. Если массив объявлен, то к любому его элементу можно обратиться следующим образом: указать имя массива и индекс элемента в квадратных скобках. Массивы определяются так же, как и переменные:

Двумерный массив представляется как одномерный, элементами которого так же являются массивы. Например, определение char а[10][20]; задает такой массив. По аналогии можно установить и большее число измерений. Элементы двумерного массива хранятся по строкам, т.е. если проходить по ним в порядке их расположения в памяти, то быстрее всего изменяется самый правый индекс. Например, обращение к девятому элементу пятой строки запишется так: а[5][9].

Пусть задан массив:

Тогда элементы массива а будут размещаться в памяти следующим образом: a[0][0], a[0][1], a[0][2], a[1][0], a[1][1], a[1][2].

В языке Си существует сильная взаимосвязь между указателями и массивами. Любое действие, которое достигается индексированием массива, можно выполнить и с помощью указателей, причем последний вариант будет работать быстрее.

задает массив из пяти элементов а[0], a[1], a[2], a[3], a[4]. Если объект *у определен как

Язык Си позволяет инициализировать массив при его определении. Для этого используется следующая форма:

В последнем случае: b[0][0] = 1, b[0][1] = 2, b[0][2] = 3, b[1][0] = 4, b[1][1] = 5, b[1][2] = 6.

Строки символов

Инициализировать строку при таком способе определения можно следующим образом: (при определении массива с одновременной инициализацией пределы изменения индекса можно не указывать).

Массив указателей можно инициализировать, т.е. назначать его элементам конкретные адреса некоторых заданных строк при определении.

Для ввода и вывода строк символов помимо scanf( ) и printf() могут использоваться функции gets( ) и puts( ) (их прототипы находятся в файле stdio.h).

(ввод оканчивается нажатием клавиши ). Вывести строку на экран можно следующим образом:

Отметим также, что для работы со строками существует специальная библиотека функций, прототипы которых находятся в файле string.h.

Наиболее часто используются функции strcpy( ), strcat( ), strlen( ) и strcmp( ).

Эта функция служит для копирования содержимого строки string2 в строку string1. Массив string1 должен быть достаточно большим, чтобы в него поместилась строка string2. Так как компилятор не отслеживает этой ситуации, то недостаток места приведет к потере данных.

Вызов функции strcat( ) имеет вид:

Эта функция присоединяет строку string2 к строке string1 и помещает ее в массив, где находилась строка string1, при этом строка string2 не изменяется. Нулевой байт, который завершал первую строку, заменяется первым байтом второй строки.

Функция strcmp( ) сравнивает две строки и возвращает 0, если они равны.

Структуры

Объявление структуры осуществляется с помощью ключевого слова struct, за которым идет ее тип и далее список элементов, заключенных в фигурные скобки:

Именем элемента может быть любой идентификатор. Как и выше, в одной строке можно записывать через запятую несколько идентификаторов одного типа.

Следом за фигурной скобкой, заканчивающей список элементов, могут записываться переменные данного типа, например:

(при этом выделяется соответствующая память). Описание без последующего списка не выделяет никакой памяти; оно просто задает форму структуры. Введенное имя типа позже можно использовать для объявления структуры, например:

Теперь переменная days имеет тип date.

При необходимости структуры можно инициализировать, помещая вслед за описанием список начальных значений элементов.

Разрешается вкладывать структуры друг в друга, например:

Здесь определен массив man_, состоящий из 100 структур типа man.

Чтобы обратиться к отдельному элементу структуры, необходимо указать его имя, поставить точку и сразу же за ней записать имя нужного элемента, например:

Унарная операция & позволяет взять адрес структуры. Предположим, что определена переменная day:

В этом случае для выбора элементов d, m, у структуры необходимо использовать конструкции:

Оператор typedef

Рассмотрим описание структуры:

В язык Си введено специальное средство, позволяющее назначать имена типам данных (переименовывать). Таким средством является оператор typedef. Он записывается в следующем виде:

После этого можно сделать объявление:

Оно будет выполнять то же самое, что и привычное объявление int a,b;. Другими словами, INTEGER можно использовать как синоним ключевого слова int.

Битовые поля

В полях типа signed крайний левый бит является знаковым.

Поля используются для упаковки значений нескольких переменных в одно машинное слово с целью экономии памяти. Они не могут быть массивами и не имеют адресов, поэтому к ним нельзя применять унарную операцию &.

Объединение (union)

Пусть задано определение:

Перечислимый тип данных

Перечислимый тип данных предназначен для описания объектов из некоторого заданного множества. Он задается ключевым словом enum. Рассморим пример:

Здесь введен новый тип данных seasons. Теперь можно определить переменные этого типа:

Каждая из них (а, b, c) может принимать одно из четырех значений: spring, summer, autumn и winter. Эти переменные можно было определить сразу при описании типа:

Рассмотрим еще один пример:

Имена, занесенные в days (также как и в seasons в предыдущем примере), представляют собой константы целого типа. Первая из них (mon) автоматически устанавливается в нуль, и каждая следующая имеет значение на единицу больше, чем предыдущая (tues=1, wed=2 и т.д.).

Можно присвоить константам определенные значения целого типа (именам, не имеющим их, будут, как и раньше, назначены значения предыдущих констант, увеличенные на единицу). Например:

После этого mon=5, tues=8,wed=10, thur=11, fri=12, sat=13, sun=14.

Тип enum можно использовать для задания констант true=1 и false=0, например:

РАЗДЕЛ 4. ФУНКЦИИ

Общие сведения

Программы на языке Си обычно состоят из большого числа отдельных функций (подпрограмм). Как правило, эти функции имеют небольшие размеры и могут находиться как в одном, так и в нескольких файлах. Все функции являются глобальными. В языке запрещено определять одну функцию внутри другой. Связь между функциями осуществляется через аргументы, возвращаемые значения и внешние переменные.

В общем случае функции в языке Си необходимо объявлять. Объявление функции (т.е. описание заголовка) должно предшествовать ее использованию, а определение функции (т.е. полное описание) может быть помещено как после тела программы (т.е. функции main( )), так и до него. Если функция определена до тела программы, а также до ее вызовов из определений других функций, то объявление может отсутствовать. Как уже отмечалось, описание заголовка функции обычно называют прототипом функции.

Функция объявляется следующим образом:

Тип функции определяет тип значения, которое возвращает функция. Если тип не указан, то предполагается, что функция возвращает целое значение (int).

В языке Си разрешается создавать функции с переменным числом параметров. Тогда при задании прототипа вместо последнего из них указывается многоточие.

Определение функции имеет следующий вид:

Передача значения из вызванной функции в вызвавшую происходит с помощью оператора возврата return, который записывается следующим образом:

Таких операторов в подпрограмме может быть несколько, и тогда они фиксируют соответствующие точки выхода. Например:

Вызвать эту функцию можно следующим образом:

Вызвавшая функция может, при необходимости, игнорировать возвращаемое значение. После слова return можно ничего не записывать; в этом случае вызвавшей функции никакого значения не передается. Управление передается вызвавшей функции и в случае выхода «по концу» (последняя закрывающая фигурная скобка).

В языке Си аргументы функции передаются по значению, т.е. вызванная функция получает свою временную копию каждого аргумента, а не его адрес. Это означает, что вызванная функция не может изменить значение переменной вызвавшей ее программы. Однако это легко сделать, если передавать в функцию не переменные, а их адреса. Например:

Вызов swap(&b, &c) (здесь подпрограмме передаются адреса переменных b и с) приведет к тому, что значения переменных b и c поменяются местами.

Если же в качестве аргумента функции используется имя массива, то передается только адрес начала массива, а сами элементы не копируются. Функция может изменять элементы массива, сдвигаясь (индексированием) от его начала.

Рассмотрим, как функции можно передать массив в виде параметра. Здесь возможны три варианта:

Независимо от выбранного варианта вызванной функции передается указатель на начало массива. Сами же элементы массива не копируются.

Если некоторые переменные, константы, массивы, структуры объявлены как глобальные, то их не надо включать в список параметров вызванной функции.

Классы памяти

В языке Си различают четыре основных класса памяти: внешнюю (глобальную), автоматическую (локальную), статическую и регистровую память.

Внешние (глобальные) переменные определены вне функций и, следовательно, доступны для любой из них. Они могут быть определены только один раз. Выше уже говорилось, что сами функции всегда глобальные. Язык не позволяет определять одни функции внутри других. Область действия внешней переменной простирается от точки во входном файле, где она объявлена, до конца файла. Если на внешнюю переменную нужно ссылаться до ее определения или она определена в другом входном файле, то в подпрограмме или файле она должна быть объявлена как extern.

Автоматические переменные по отношению к функциям являются внутренними или локальными. Они начинают существовать при входе в функцию и уничтожаются при выходе из нее (для них можно использовать ключевое слово auto). Однако оно практически не используется, так как при отсутствии ключевого слова переменные по умолчанию принадлежат к классу auto.

Статические переменные объявляются с помощью ключевого слова static. Они могут быть внутренними (локальными) или внешними (глобальными). Внутренние статические переменные, как и автоматические, локальны по отношению к отдельной функции. Однако они продолжают существовать, а не возникают и не уничтожаются при каждом ее вызове. Другими словами, они являются собственной постоянной памятью для функции. Внешние статические переменные доступны внутри оставшейся части файла после того, как они в нем объявлены, однако в других файлах они неизвестны. Это, в частности, позволяет скрыть данные одного файла от другого файла.

Регистровые переменные относятся к последнему классу. Ключевое слово register говорит о том, что переменная, о которой идет речь, будет интенсивно использоваться. Если возможно, значения таких переменных помещаются во внутренние регистры микропроцессора, что может привести к более быстрой и короткой программе (разработчики компиляторов фирмы Borland утверждают, что оптимизация компиляторов данной фирмы по использованию регистровых переменных сделана так хорошо, что указание использовать переменную как регистровую может только снизить эффективность создаваемого машинного кода). Для регистровых переменных нельзя взять адрес; они могут быть только автоматическими с допустимыми типами int или char.

Таким образом, можно выделить четыре модификатора класса памяти: extern, auto, static, register. Они используются в следующей общей форме:

Указатели на функции

В языке Си сама функция не может быть значением переменной, но можно определить указатель на функцию. С ним уже можно обращаться как с переменной: передавать его другим функциям, помещать в массивы и т.п.

Код функции в персональном компьютере занимает физическую память. В этой памяти есть точка входа, которая используется для того, чтобы войти в функцию и запустить ее на выполнение. Указатель на функцию как раз и адресует эту точку входа. Это уже будет обычная переменная и с ней можно делать все, что можно делать с переменной.

Через указатель можно войти в функцию, т.е. запустить ее на выполнение. Объявление вида:

Аргументы функции main( )

Любая такая строка представляется в виде:

Последнюю строку можно найти по двум заключительным нулям.

Назовем аргументы функции main( ) соответственно: argc, argv и env (возможны и любые другие имена). Тогда допустимы следующие описания:

Предположим, что на диске A: есть некоторая программа prog.exe. Обратимся к ней следующим образом:

Рекурсия

Рекурсией называется такой способ вызова, при котором функция обращается к самой себе.

Важным моментом при составлении рекурсивной программы является организация выхода. Здесь легко допустить ошибку, заключающуюся в том, что функция будет последовательно вызывать саму себя бесконечно долго. Поэтому рекурсивный процесс должен шаг за шагом так упрощать задачу, чтобы в конце концов для нее появилось не рекурсивное решение. Использование рекурсии не всегда желательно, так как это может привести к переполнению стека.

Библиотечные функции

В системах программирования подпрограммы для решения часто встречающихся задач объединяются в библиотеки. К числу таких задач относятся: вычисление математических функций, ввод/вывод данных, обработка строк, взаимодействие со средствами операционной системы и др. Использование библиотечных подпрограмм избавляет пользователя от необходимости разработки соответствующих средств и предоставляет ему дополнительный сервис. Включенные в библиотеки функции поставляются вместе с системой программирования. Их объявления даны в файлах *.h (это так называемые включаемые или заголовочные файлы). Поэтому, как уже упоминалось выше, в начале программы с библиотечными функциями должны быть строки вида:

Существуют также средства для расширения и создания новых библиотек с программами пользователя.

РАЗДЕЛ 5. ФАЙЛЫ

В языке Си отсутствуют операторы для работы с файлами. Все необходимые действия выполняются с помощью функций, включенных в стандартную библиотеку. Они позволяют работать с различными устройствами, такими, как диски, принтер, коммуникационные каналы и т.д. Эти устройства сильно отличаются друг от друга. Однако файловая система преобразует их в единое абстрактное логическое устройство, называемое потоком.

В Си существует два типа потоков: текстовые (text) и двоичные (binary).

Способ использования файла задается следующими символами:

Строки вида r+b можно записывать и в другой форме: rb+.

Если в результате обращения к функции fopen( ) возникает ошибка, то она возвращает константу NULL.

Рекомендуется использовать следующий способ открытия файла:

После окончания работы с файлом он должен быть закрыт. Это делается с помощью библиотечной функции fclose( ). Она имеет следующий прототип:

При успешном завершении операции функция fclose( ) возвращает значение нуль. Любое другое значение свидетельствует об ошибке.

Рассмотрим другие библиотечные функции, используемые для работы с файлами (все они описаны в файле stdio.h):

1. Функция putc( ) записывает символ в файл и имеет следующий прототип:

2. Функция getc( ) читает символ из файла и имеет следующий прототип:

3. Функция feof( ) определяет конец файла при чтении двоичных данных и имеет следующий прототип:

4. Функция fputs( ) записывает строку символов в файл. Она отличается от функции puts( ) только тем, что в качестве второго параметра должен быть записан указатель на переменную файлового типа.

При возникновении ошибки возвращается значение EOF.

Функция возвращает указатель на строку string при успешном завершении и константу NULL в случае ошибки либо достижения конца файла.

6. Функция fprintf( ) выполняет те же действия, что и функция printf( ), но работает с файлом. Ее отличием является то, что в качестве первого параметра задается указатель на переменную файлового типа.

7. Функция fscanf( ) выполняет те же действия, что и функция scanf(), но работает с файлом. Ее отличием является то, что в качестве первого параметра задается указатель на переменную файлового типа.

При достижении конца файла возвращается значение EOF.

8. Функция fseek( ) позволяет выполнять чтение и запись с произвольным доступом и имеет следующий прототип:

Переменная access может принимать следующие значения:

9. Функция ferror( ) позволяет проверить правильность выполнения последней операции при работе с файлами. Имеет следующий прототип:

В случае ошибки возвращается ненулевое значение, в противном случае возвращается нуль.

10. Функция remove( ) удаляет файл и имеет следующий прототип:

11. Функция rewind( ) устанавливает указатель текущей позиции в начало файла и имеет следующий прототип:

12. Функция fread( ) предназначена для чтения блоков данных из потока. Имеет прототип:

13. Функция fwrite( ) предназначена для записи в файл блоков данных. Имеет прототип:

В языке Си имеются пять стандартных файлов со следующими логическими именами:

В языке Си имеется также система низкоуровневого ввода/вывода (без буферизации и форматирования данных), соответствующая стандарту системы UNIX. Прототипы составляющих ее функций находятся в файле io.h. К этим функциям относятся:

РАЗДЕЛ 6. ДРУГИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Динамическое распределение памяти. Функции malloc( ) и free( )

В языке Си принято следующее распределение памяти:

Для глобальных переменных отводится фиксированное место в памяти на все время работы программы. Локальные переменные хранятся в стеке. Между ними находится область памяти для динамического распределения.

Функции malloc( ) и free( ) используются для динамического распределения свободной памяти. Функция malloc( ) выделяет память, функция free( ) освобождает ее. Прототипы этих функций хранятся в заголовочном файле stdlib.h и имеют вид:

Функция malloc( ) возвращает указатель типа void; для правильного использования значение функции надо преобразовать к указателю на соответствующий тип. При успешном выполнении функция возвращает указатель на первый байт свободной памяти размера size. Если достаточного количества памяти нет, возвращается значение 0. Чтобы определить количество байтов, необходимых для переменной, используют операцию sizeof( ).

Пример использования этих функций:

Перед использованием указателя, возвращаемого malloc( ), необходимо убедиться, что памяти достаточно (указатель не нулевой).

Препроцессор

Первая строка вызывает замену в программе идентификатора MAX на константу 25. Вторая позволяет использовать в тексте вместо открывающей фигурной скобки ( < ) слово BEGIN.

Отметим, что поскольку препроцессор не проверяет совместимость между символическими именами макроопределений и контекстом, в котором они используются, то рекомендуется такого рода идентификаторы определять не директивой #define, а с помощью ключевого слова const с явным указанием типа (это в большей степени относится к Си++):

(тип int можно не указывать, так как он устанавливается по умолчанию).

Если директива #define имеет вид:

причем между первым идентификатором и открывающей круглой скобкой нет пробела, то это определение макроподстановки с аргументами. Например, после появления строки вида:

При наличии длинных определений в подстановке, продолжающихся в следующей строке, в конце очередной строки с продолжением ставится символ \.

В макроопределение можно помещать объекты, разделенные знаками ##, например:

После этого PR(а, 3) вызовет подстановку а3. Или, например, макроопределение приведет к замене z(sin, x, +, y) на sin(x+y).

Символ #, помещаемый перед макроаргументом, указывает на преобразование его в строку. Например, после директивы

следующий фрагмент текста программы

Опишем другие директивы препроцессора. Директива #include уже встречалась ранее. Ее можно использовать в двух формах:

Следующая группа директив позволяет избирательно компилировать части программы. Этот процесс называется условной компиляцией. В эту группу входят директивы #if, #else, #elif, #endif, #ifdef, #ifndef. Основная форма записи директивы #if имеет вид:

Здесь проверяется значение константного выражения. Если оно истинно, то выполняется заданная последовательность операторов, а если ложно, то эта последовательность операторов пропускается.

Действие директивы #else подобно действию команды else в языке Си, например:

Директива #elif означает действие типа «else if». Основная форма ее использования имеет вид:

Эта форма подобна конструкции языка Си вида: if. else if. else if.

устанавливает определен ли в данный момент указанный идентификатор, т.е. входил ли он в директивы вида #define. Строка вида

проверяет является ли неопределенным в данный момент указанный идентификатор. За любой из этих директив может следовать произвольное число строк текста, возможно, содержащих инструкцию #else (#elif использовать нельзя) и заканчивающихся строкой #endif. Если проверяемое условие истинно, то игнорируются все строки между #else и #endif, а если ложно, то строки между проверкой и #else (если слова #else нет, то #endif). Директивы #if и #ifndef могут «вкладываться» одна в другую.

приводит к тому, что указанный идентификатор начинает считаться неопределенным, т.е. не подлежащим замене.

Рассмотрим примеры. Три следующие директивы:

проверяют определен ли идентификатор WRITE (т.е. была ли команда вида #define WRITE. ), и если это так, то имя WRITE начинает считаться неопределенным, т.е. не подлежащим замене.

проверяют является ли идентификатор WRITE неопределенным, и если это так, то определятся идентификатор WRITE вместо имени fprintf.

Директива #error записывается в следующей форме:

Если она встречается в тексте программы, то компиляция прекращается и на экран дисплея выводится сообщение об ошибке. Эта команда в основном применяется на этапе отладки. Заметим, что сообщение об ошибке не надо заключать в двойные кавычки.

Директива #line предназначена для изменения значений переменных _LINE_ и _FILE_, определенных в системе программирования Си. Переменная _LINE_ содержит номер строки программы, выполняемой в текущий момент времени. Идентификатор _FILE_ является указателем на строку с именем компилируемой программы. Директива #line записывается следующим образом:

Директива #pragma позволяет передать компилятору некоторые указания. Например, строка

говорит о том, что в программе на языке Си имеются строки на языке ассемблера. Например: и т.д.

Использование программно-доступных регистров микропроцессора Intel 8086

РАЗДЕЛ 7. ПРИМЕРЫ

Рассмотрим примеры программ, в которых используются различные конструкции языка Си. Первый из них демонстрирует использование управляющих символов n в функциях printf( ) и scanf( ).

Результаты работы этой программы имеют вид:

Следующий пример показывает использование спецификаций %[], а также символов * и #.

Результаты работы программы имеют следующий вид:

Третья программа демонстрирует использование условного оператора if. else и оператора for для организации цикла.

После ее запуска на весь экран будет выведен символ X.

Новая библиотечная функция clrscr( ) имеет следующий прототип:

Она выполняет очистку экрана и объявлена в заголовочном файле conio.h.

Четвертая программа демонстрирует использование рекурсивной функции для вычисления факториала. (Отметим, что определение функции factorial( ) может находиться и после функции main( ), но в этом случае функция factorial( ) должна быть объявлена перед функцией main( ), т.е. до main( ) необходимо поместить строку: long factorial(int);.)

Результаты работы этой программы:

Пятая программа подсчитывает число символов и слов во вводимых строках (новые символы и слова суммируются с предыдущими; пробелы входят в число введенных символов).

Результаты работы этой программы:

Ниже приведен текст головной программы main.c:

С помощью директив #include в головную программу включаются файлы: my.h, findt.c, choicet.c, addt.c и subt.c. Считается, что все они находятся в корневом каталоге диска A:. Если это не так, то необходимо изменить соответствующие директивы #include. В файле my.h определены глобальные переменные и некоторые символьные значения.

Файл my.h, в частности, определяет, что телефонный справочник будет организован в каталоге tel диска A:. Поэтому необходимо перед запуском программы main.exe создать этот подкаталог либо использовать другой подкаталог. В последнем случае необходимо изменить строку:

которая задает имя файла с телефонным справочником (tel_num.txt).

Модуль findt.c, текст которого приведен ниже, содержит функцию Find( ) для поиска строки str в файле tel_num.txt.

Модуль choicet.c содержит функцию Choice( ), позволяющую проверить есть ли заданная строка в файле tel_num.txt.

Модуль addt.c содержит функцию Add( ), которая добавляет заданную строку в файл tel_num.txt.

Модуль subt.c содержит функцию Sub( ), которая удаляет заданную строку из файла tel_num.txt.

Ниже приводится возможный сценарий работы с программой main.

Источник