Текст книги "Программирование"

9. Константы языка СИ

Константы – это перечисление величин в программе. В языке СИ можно выделить четыре вида констант: целые константы, константы с плавающей запятой, символьные константы и строковые литералы.

Целая константа – это десятичное, восьмеричное или шестнадцатеричное число, представляющее целую величину в одной из известных форм: десятичной, восьмеричной или шестнадцатеричной. Десятичная константа включает в себя одну или несколько десятичных цифр, при этом первая цифра не должна быть нулем (иначе число будет воспринято как восьмеричное). Восьмеричная константа включает в себя обязательный нуль и одну или несколько восьмеричных цифр (среди цифр не должно быть восьмерки и девятки, так как данные цифры не входят в восьмеричную систему счисления). Шестнадцатеричная константа начинается с непременной последовательности 0х или 0Х и включает в себя одну или несколько шестнадцатеричных цифр, которые являются набором цифр шестнадцатеричной системы счисления: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F.

Если необходимо образовать отрицательную целую константу, то применяется знак «-» перед записью константы (который называется унарным минусом). К примеру: –0x3A, –098, –36. Любой целой константе присваивается тип, который определяет преобразования, которые должны быть выполнены, если константа применяется в выражениях. Тип константы определяется так:

1) десятичные константы – это величины со знаком, и им присваивается тип int (целая) или long (длинная целая) по значению константы. Если константа меньше 32 768, то ее тип – int, иначе – long;

2) восьмеричным и шестнадцатеричным константам присваивается тип int, unsigned int (беззнаковая целая), long или unsigned long по величине константы.

Для того чтобы каждую целую константу определить типом long, в конце константы ставится буква «l» или «L». Пример: 2l, 9l, 138L, 0905L, OX2911L.

Константа с плавающей точкой – десятичное число, которое представлено в виде действительной величины с десятичной точкой или экспонентой. Формат записывается так: [цифры].[цифры] [Е|е [+|-] цифры].

Число с плавающей точкой включает себя целую и дробную части и (или) экспоненты. Константы с плавающей точкой – это положительные величины удвоенной точности, тип которых double. Для того чтобы определить отрицательную величину, следует сформировать константное выражение, которое состоит из знака минуса и положительной константы.

10. Примеры использования констант языка СИ

119.75, 1.7Е2, –0.825, 0.035, –0.89Е2.

Символьная константа является символом, который заключен в апострофы. Управляющая последовательность является одиночным символом, допустимо ее применять в символьных константах. Значением символьной константы считается числовой код символа.

Примеры:

י – пробел;

'\ – обратная дробная черта;

'W' – буква W;

'n' – символ новой строки;

'v' – вертикальная табуляция.

Символьные константы принадлежат типу int, и при преобразовании типов к ним приписывается соответствующий знак.

Строковая константа (литерал) представляет собой последовательность символов, среди которых строковые и прописные буквы русского и латинского алфавита или цифры, которые заключены в кавычки («»). Например: «Школа N 35», «город Саратов», «YZPT КОД». Важно заметить, что все управляющие символы, кавычки («»), обратная дробная черта () и символ новой строки в строковом литерале и в символьной константе являются соответствующими управляющими последовательностями. Любая управляющая последовательность записывается как один символ. К примеру, при печати фразы «Школа n N 35» часть «Школа» будет располагаться на одной строке, а часть «N 35» – на следующей. Знаки строкового выражения 10б сохраняются в области оперативной памяти. В конец любого строкового литерала компилятор прибавляет нулевой символ, который представляется управляющей последовательностью . Строковое выражение имеет тип char []. То есть строка представляется как массив символов. Количество элементов массива соответствует числу символов в строке плюс 1, вследствие того, что нулевой символ (символ конца строки) также служит элементом массива. Все строковые выражения рассматриваются компилятором как различные объекты. Строковые литералы способны находиться на нескольких строках. Такие фразы формируются на основе применения обратной дробной черты и клавиши «ввод». Обратная черта и символ новой строки рассматривается компилятором, в результате чего следующая строка служит продолжением предыдущей. К примеру, «строка неопределенной n длины» полностью аналогична фразе «строка неопределенной длины». С целью сцепления строковых фраз можно применять символ (или символы) пробела. Когда в программе присутствуют два или более строковых выражения, которые разделены только пробелами, они будут рассматриваться как одна символьная строка. Данный принцип можно применять для формирования строковых литералов, занимающих более одной строки.

11. Идентификатор. Ключевые слова

Идентификатором называется последовательность цифр, букв и специальных символов. При этом первой стоит буква или специальный символ. Для получения идентификаторов можно использовать строчные или прописные буквы латинского алфавита. Специальным символом может служить символ подчеркивания (). Два идентификатора, для получения которых применяются совпадающие строчные и прописные буквы, считают различными. К примеру: abc, ABC, A328B, a328b. Компилятор допускает всякое количество символов в идентификаторе, но значим только первый 31 символ. Идентификатор образуется на этапе объявления переменной, функции, структуры и т. п. После этого его можно применять в последующих операторах разрабатываемой программы. Важно отметить некоторые особенности при выборе идентификатора. Во-первых, идентификатор и ключевое слово не должны совпадать. Также не должно быть совпадения с зарезервированными словами и названиями функций библиотеки компилятора языка СИ.

Во-вторых, важно обратить особое внимание на применение символа подчеркивания () первым символом идентификатора, так как идентификаторы выстраиваются так, что, с одной стороны, могут совпадать с именами системных функций и (или) переменных, но при этом при применении таких идентификаторов программы могут стать непереносимыми, т. е. их нельзя применять на компьютерах других типов.

В-третьих, на идентификаторы, применяемые для определения внешних переменных, должны быть наложены ограничения, которые формируются используемым редактором связей. Кроме того, использование различных версий редактора связей или различных редакторов определяет различные требования на имена внешних переменных.

Ключевыми словами называются зарезервированные идентификаторы, наделенные определенным смыслом. Их можно применять только в соответствии со значением, известным компилятору языка СИ.

Приведем список ключевых слов:

auto double int struct break else long switch register tupedef char extern return void case float unsigned default for signed union do if sizeof volatile continue enum short while.

При этом в определенных версиях реализации языка СИ зарезервированными словами являются следующие: asm, fortran, near, far, cdecl, huge, pascal, interrupt.

Ключевые слова far, huge, near дают возможность определить размеры указателей на области памяти. Ключевые слова asm, cdecl, fortran, pascal используются для организации связи с функциями, которые написаны на других языках, а также для применения команд языка ассемблера непосредственно в теле будущей программы на языке СИ. Ключевые слова не могут применяться в качестве идентификаторов.

12. Комментарии. Исходные файлы

Комментарием является набор символов, игнорируемых компилятором. Но на данный набор символов накладываются определенные ограничения. Внутри набора символов, представляющих комментарий, не может быть специальных символов, которые определяют начало и конец комментариев, соответственно (/* и */). Важно показать, что комментарии способны заменить одну или несколько строк.

Приведем конкретные примеры:

/* комментарии к программе */

/* начало алгоритма */

или /*

Комментарии могут быть записаны в любом виде, но следует быть осторожным и не допустить внутри последовательности, которая игнорируется компилятором, появления оператора программы, который также будет игнорироваться */. При этом производится неправильное определение комментариев.

/* комментарии к алгоритму /* решение краевой задачи */ */

или

/* комментарии к алгоритму решения */ краевой задачи */

Обычная СИ-программа является определением функции main, которая для выполнения определенных действий вызывает другие функции. Связь между функциями производилась по данным через передачу параметров и возврата значений функций. Однако компилятор языка СИ дает возможность также разбить программу на несколько отдельных частей, которые являются исходными файлами, оттранслировать любую часть отдельно и после этого объединить все части в один выполняемый файл при помощи редактора связей. При данной структуре исходной программы функции, располагающиеся в разных исходных файлах, могут применять глобальные внешние переменные. Все функции в языке СИ по определению внешние и постоянно доступны из каждого файла. Для выполнения определяемой функцией каких-либо действий она должна применять переменные. В языке СИ все переменные объявляются до их применения. Объявления определяют соответствие имени и атрибутов переменной, функции или типа. Определение переменной приводит к выделению памяти для хранения ее значения. Класс отводимой памяти определяется спецификатором вида памяти и задает время жизни и область видимости переменной, которые связаны с понятием блока программы. В СИ блоком является ряд объявлений, определений и операторов, располагающихся в фигурных скобках.

Можно выделить два вида блоков – составной оператор и определение функции, которые состоят из составного оператора (тела функции) и заголовка функции, который находится перед телом функции (в него входят имя функции, типы возвращаемого значения и формальных параметров). Блоки могут состоять из операторов, но не определения функций. Внутренний блок носит название вложенного, а внешний – объемлющего.

Временем при жизни называется интервал времени выполнения программы, за который программный объект (переменная или функция) существует. Время жизни переменной бывает локальным или глобальным. Переменная с глобальным временем жизни обладает распределенной для нее памятью и определенным значением на протяжении всего времени выполнения программы.

13. Область видимости

Областью при видимости называется часть текста программы, в которой может быть использован определенный объект. Объект является видимым в блоке или в исходном файле, когда в данном блоке или файле определены имя и тип объекта. Объект может быть видимым внутри блока, исходного файла или в каждом исходном файле, образующем программу. Это определяется тем, на каком уровне объявлен объект: на внутреннем (внутри определенного блока) или на внешнем (вне всех блоков). Когда объект объявлен внутри блока, он является видимым в данном блоке и в каждом внутреннем блоке. Когда объект объявлен на внешнем уровне, он является видимым от точки его объявления до завершения этого исходного файла. Объект можно сделать глобально видимым с помощью определенных объявлений во всех исходных файлах, образующих программу. Спецификатором класса памяти в объявлении переменной может быть auto, register, static или extern. Если класс памяти определен, он определяется по умолчанию из контекста объявления. Объекты, принадлежащие классам auto и register, обладают локальным временем жизни. Спецификаторы static и extern задают объекты, обладающие глобальным временем жизни. В случае объявления переменной на внутреннем уровне можно применить любой из четырех спецификаторов класса памяти, а если его не указали, то подразумевается auto. Переменная с классом памяти auto обладает локальным временем жизни и видна только в блоке, в котором объявлена. Память для данной переменной выделяется при входе в блок и высвобождается при выходе из блока. В случае повторного входа в блок этой переменной может быть выделен другой участок памяти. Переменная класса auto автоматически не инициализируется, так как она должна быть проинициализирована явно в случае объявления через присвоение ей начального значения. Значение неинициализированной переменной, класс памяти которой auto, считается неопределенным.

Спецификатор класса памяти register заставляет компилятор распределить память для переменной в регистре, если это возможно. Употребление регистровой памяти чаще всего приводит к сокращению времени доступа к переменной. Переменная, которая объявлена с классом памяти register, обладает той же областью видимости, что и переменная auto. Количество регистров, которые можно применить для значений переменных, не безгранично, так как не безграничны и возможности компьютера. В случае когда компилятор не обладает свободными регистрами, переменной выделяется память как для класса auto. Класс памяти register может указываться для переменных с типом int или указателей с размером, равным размеру int. Переменные, которые объявлены на внутреннем уровне со спецификатором класса памяти static, дают возможность сохранить вид переменной при выходе из блока и применять ее при повторном входе в блок. Данная переменная обладает глобальным временем жизни и областью видимости внутри блока, в котором она объявлена. Для переменных с классом static память выделяется в сегменте данных. В отличие от них переменные класса auto имеют память, которая выделяется в стеке. Исходя из этого, значение переменных с классом static сохраняется при выходе из блока.

14. Объявление переменной на внутреннем уровне с классом памяти static

В качестве примера рассмотрим объявление переменной i на внутреннем уровне с классом памяти static.

исходный файл filel.с

main()

{

}

fun1()

{static int i = 0; исходный файл file2.c fun2()

{static int i = 0; }

fun3()

{static int i = 0; }

В этом примере объявлены три различные переменные с классом памяти static, которые имеют одинаковые имена i. Все эти переменные обладают глобальным временем жизни, но видимы только в том блоке (функции), в котором они объявлены. Данные переменные можно применять для подсчета числа обращений к каждой из трех функций.

Переменные класса памяти static способны быть инициализированными константным выражением. Когда явной инициализации нет, то данной переменной присваивается нулевое значение. В случае инициализации константным адресным выражением 14б можно применять адреса любых внешних объектов, кроме адресов объектов, для которых класс памяти auto, так как их адрес не является константой и меняется при любом входе в блок. Инициализация осуществляется один раз при первом входе в блок.

Переменная, которая объявлена локально с классом памяти extern, служит ссылкой на переменную с таким же именем, определенную глобально в каком-либо из исходных файлов программы. Цель подобного объявления заключается в том, чтобы сделать определение переменной глобального уровня видимым внутри блока.

15. Объявление переменной, которая служит именем внешнего массива

Рассмотрим пример: объявление переменной i, которая служит именем внешнего массива длинных целых чисел, на локальном уровне.

исходный файл file1.c

main()

{…

}

fun1()

{extern long i[];…

^}

/* исходный файл file2.c */

long i[MAX] = {0};

fun2()

{…

^}

fun3()

{…

^}

Объявление переменной i[] как extern в рассмотренном примере делает ее видимой в функции fun1. Определение данной переменной находится в файле file2.c на глобальном уровне и должно быть единственным. При этом объявлений с классом памяти extern может быть много.

Объявление переменной со спецификатором extern дает знать компилятору о том, что память для переменной не нужна, так как это выполнено где-то в другом месте программы.

В случае объявления переменных на глобальном уровне можно применить спецификатор класса памяти static или extern. Кроме того, можно объявлять переменные без указания класса памяти. Классы памяти auto и register для глобального объявления применять нельзя.

Объявление переменных на глобальном уровне представляет собой или определение переменных, или ссылки на определения, которые сделаны в другой части программы. Объявление глобальной переменной, инициализирующее данную переменную (явно или неявно), служит определением переменной. Определение на глобальном уровне может быть задано в нескольких формах.

1. С помощью класса памяти static. Данная переменная может быть инициализирована явно константным выражением либо по умолчанию нулевым значением. То есть объявления static int i = 0 и static int i одинаковы, и в том и в другом случае переменной i будет присвоено значение 0.

2. Переменная может быть объявлена без указания класса памяти, но с явной инициализацией. Подобной переменной по умолчанию присваивается класс памяти static. То есть объявления int i = 1 и static int i = 1 будут одинаковы.

16. Методы доступа к элементам массивов

Доступ к элементам массива может производиться двумя различными способами.

Первый способ связан с применением обычных индексных выражений в квадратных скобках, например: array[18] = 3 или array[i + 3] = 9. При данном способе доступа записываются два выражения. Второе выражение должно быть заключено в квадратные скобки. Одно из данных выражений должно являться указателем, а второе – выражением целого типа. Последовательность записи данных выражений может быть произвольной, однако в квадратных скобках следует записывать выражение, следующее вторым. Поэтому записи array[16] и 16[array] будут являться одинаковыми и обозначающими элемент массива с номером шестнадцать. Указатель, который используется в индексном выражении, не всегда является константой, которая указывает на какой-либо массив, это может быть и переменная. Например, после выполнения присваивания ptr = array доступ к шестнадцатому элементу массива можно получить, применяя указатель ptr в форме ptr[16] или 16[ptr].

Второй способ доступа к элементам массива связан с применением адресных выражений и операции раза-дресации в виде *(array+16) = 3 или *(array+i+2) = 7. При данном способе доступа адресное выражение соответствует адресу шестнадцатого элемента массива, тоже может быть записано различными способами: *(array+16) или *(16+array).

При работе на компьютере первый способ приводится ко второму, т. е. индексное выражение становится адресным. Для ранее рассмотренных примеров array[16] и 16[array] преобразуются в *(ar-ray+16).

Для доступа к начальному элементу массива, т. е. к элементу с нулевым индексом, можно применять просто значение указателя array или ptr. Любое из присваиваний

*array = 2;

array[0] = 2; *(array+0) = 2; *ptr = 2;

ptr[0] = 2;

*(ptr+0) = 2;

присваивает начальному элементу массива значение 2, но быстрее всего выполнятся присваивания *array = 2 и *ptr = 2, так как в них не требуется выполнять операции сложения.

17. Директивы препроцессора

Директивы препроцессора – это особые инструкции, которые записаны в тексте программы на СИ и выполнены до трансляции программы. Директивы препроцессора дают возможность изменить текст программы. Среди таких действий – замена некоторых лексем в тексте, вставка текста из другого файла, запрет на трансляцию части текста и т. п. Все директивы препроцессора должны начинаться со знака #. После директив препроцессора точки с запятой быть не должно.

Директива #include включает в программу содержимое определенного файла. Эта директива может быть представлена в двух формах:

#include «имя файла» #include <имя файла>

Имя файла должно соответствовать соглашениям операционной системы. Оно может включать в себя либо только имя файла, либо имя файла с предшествующим ему маршрутом. Когда имя файла указано в кавычках, то поиск файла производится по заданному маршруту, а при его отсутствии – в текущем каталоге. Когда имя файла задано в угловых скобках, поиск файла осуществляется в обычных директориях операционной системы, которые задаются командой PATH.

Директива #include может являться вложенной, т. е. во включаемом файле тоже может содержаться директива #include, способная замещаться после включения файла, содержащего эту директиву.

Директива #include часто применяется для включения в программу так называемых заголовочных файлов, которые содержат прототипы библиотечных функций, и поэтому чаще всего программы на СИ начинаются с этой директивы.

Директива #define применяется для замены часто использующихся констант, ключевых слов, операторов или выражений определенными идентификаторами. Идентификаторы, которые заменяют текстовые или числовые константы, называются именованными константами. Идентификаторы, которые заменяют фрагменты программ, называют макроопределениями, при этом макроопределения могут иметь аргументы.

Директива #define может быть записана в двух синтаксических формах:

#define идентификатор текст

#define идентификатор (список параметров) текст

Данная директива заменяет все дальнейшие вхождения идентификатора на текст. Подобный процесс называется макроподстановкой. Текст может быть любым фрагментом программы на СИ, а также может и отсутствовать.