Основные разделы программы в языке с. Основы языка Си: структура Си-программы, базовые типы и конструирование новых типов, операции и выражения

Сама по себе программа на языке С++ представляет собой текстовый файл, в котором представлены конструкции и операторы данного языка в заданном программистом порядке. В самом простом случае этот текстовый файл может содержать такую информацию:

Листинг 1.1. Пример простой программы.

/* Пример простой программы*/
#include
int main()
{
printf(“Hello World!”);
return 0;
}

и обычно имеет расширение cpp, например, «ex1.cpp».

Следующий шаг – это компиляция исходного кода. Под компиляцией понимают процесс, при котором содержимое текстового файла преобразуется в исполняемый машинный код, понимаемый процессором компьютера. Однако компилятор создает не готовую к исполнению программу, а только объектный код (файл с расширением *.obj). Этот код является промежуточным этапом при создании готовой программы. Дело в том, что создаваемая программа может содержать функции стандартных библиотек языка С++, реализации которых описаны в объектных файлах библиотек. Например, в приведенной программе используется функция printf() стандартной библиотеки «stdio.h». Это означает, что объектный файл ex1.obj будет содержать лишь инструкции по вызову данной функции, но код самой функции в нем будет отсутствовать.

Для того чтобы итоговая исполняемая программа содержала все необходимые реализации функций, используется компоновщик объектных кодов. Компоновщик – это программа, которая объединяет в единый исполняемый файл объектные коды создаваемой программы, объектные коды реализаций библиотечных функций и стандартный код запуска для заданной операционной системы. В итоге и объектный файл, и исполняемый файл состоят из инструкций машинного кода. Однако объектный файл содержит только результат перевода на машинный язык текста программы, созданной программистом, а исполняемый файл – также и машинный код для используемых стандартных библиотечных подпрограмм и для кода запуска.

Рассмотрим более подробно пример программы листинга 1.1. Первая строка задает комментарии, т.е. замечания, помогающие лучше понять программу. Они предназначены только для чтения и игнорируются компилятором. Во второй строке записана директива #include, которая дает команду препроцессору языка С++ вставить содержимое файла ‘stdio.h’ на место этой строки при компиляции. В третьей строке определена функция с именем main, которая возвращает целое число (тип int) и не принимает никаких аргументов (тип void). Функция main() является обязательной функцией для всех программ на языке С++ и без ее наличия уже на этапе компиляции появляется сообщение об ошибке, указывающее на отсутствие данной функции. Обязательность данной функции обусловливается тем, что она является точкой входа в программу. В данном случае под точкой входа понимается функция, с которой начинается и которой заканчивается работа программы. Например, при запуске exe-файла происходит активизация функции main(), выполнение всех операторов, входящих в нее и завершение программы. Таким образом, логика всей программы заключена в этой функции. В приведенном примере при вызове функции main() происходит вызов функции printf(), которая выводит на экран монитора сообщение “Hello World!”, а затем выполняется оператор return, который возвращает нулевое значение. Это число возвращается самой функцией main() операционной системе и означает успешное завершение программы. Фигурные скобки {} служат для определения начала и конца тела функции, т.е. в них содержатся все возможные операторы, которые описывают работу данной функции. Следует отметить, что после каждого оператора в языке С++ ставится символ ‘;’. Таким образом, приведенный пример показывает общую структуру программ на языке С++.

Си , такие, как статические и локальные переменные, массивы, указатели, функции и т.д., максимально приближены к архитектуре реальных компьютеров. Так, указатель - это просто адрес памяти, массив - непрерывная область памяти, локальные переменные - это переменные, расположенные в аппаратном стеке, статические - в статической памяти. Программист, пишущий на Си , всегда достаточно точно представляет себе, как созданная им программа будет работать на любой конкретной архитектуре. Другими словами, язык Си предоставляет программисту полный контроль над компьютером.

Первоначально язык Си задумывался как заменитель Ассемблера для написания операционных систем. Поскольку Си - это язык высокого уровня, не зависящий от конкретной архитектуры, текст операционной системы оказывался легко переносимым с одной платформы на другую. Первой операционной системой, написанной практически целиком на Си , была система Unix. В настоящее время почти все используемые операционные системы написаны на Си . Кроме того, средства программирования, которые операционная система предоставляет разработчикам прикладных программ (так называемый API - Application Program Interface ), - это наборы системных функций на языке Си .

Тем не менее, область применения языка Си не ограничилась разработкой операционных систем. Язык Си оказался очень удобен в программах обработки текстов и изображений, в научных и инженерных расчетах. Объектно-ориентированные языки на основе Си отлично подходят для программирования в оконных средах.

В данном разделе будут приведены лишь основные понятия языка Си (и частично C++). Это не заменяет чтения полного учебника по Си или C++, например, книг и .

Мы будем использовать компилятор C++ вместо Cи. Дело в том, что язык Си почти целиком входит в C++, т.е. нормальная программа , написанная на Си , является корректной C++ программой. Слово "нормальная" означает, что она не содержит неудачных конструкций, оставшихся от ранних версий Си и не используемых в настоящее время. Компилятор C++ предпочтительнее, чем компилятор Си , т.к. он имеет более строгий контроль ошибок. Кроме того, некоторые конструкции C++, не связанные с объектно-ориентированным программированием, очень удобны и фактически являются улучшением языка Си . Это, прежде всего, комментарии // , возможность описывать локальные переменные в любой точке программы, а не только в начале блока, и также задание констант без использования оператора #define препроцесора. Мы будем использовать эти возможности C++, оставаясь по существу в рамках языка Си .

Структура Си-программы

Любая достаточно большая программа на Си (программисты используют термин проект ) состоит из файлов. Файлы транслируются Си -компилятором независимо друг от друга и затем объединяются программой-построителем задач, в результате чего создается файл с программой, готовой к выполнению. Файлы, содержащие тексты Си -программы, называются исходными .

В языке Си исходные файлы бывают двух типов:

• заголовочные, или h-файлы;
• файлы реализации, или Cи-файлы.

Имена заголовочных файлов имеют расширение " .h ". Имена файлов реализации имеют расширения " .c " для языка Си и " .cpp ", " .cxx " или " .cc " для языка C++.

К сожалению, в отличие от языка Си , программисты не сумели договориться о едином расширении имен для файлов, содержащих программы на C++. Мы будем использовать расширение " .h " для заголовочных файлов и расширение " .cpp " для файлов реализации.

Заголовочные файлы содержат только описания. Прежде всего, это прототипы функций. Прототип функции описывает имя функции , тип возвращаемого значения, число и типы ее аргументов. Сам текст функции в h-файле не содержится. Также в h-файлах описываются имена и типы внешних переменных, константы , новые типы, структуры и т.п. В общем, h-файлы содержат лишь интерфейсы , т.е. информацию, необходимую для использования программ, уже написанных другими программистами (или тем же программистом раньше). Заголовочные файлы лишь сообщают информацию о других программах. При трансляции заголовочных файлов, как правило, никакие объекты не создаются. Например, в заголовочном файле нельзя определить глобальную переменную. Строка описания

определяющая целочисленную переменную x , является ошибкой. Вместо этого следует использовать описание

означающее, что переменная x определена где-то в файле реализации (в каком - неизвестно). Слово extern (внешняя) лишь сообщает информацию о внешней переменной, но не определяет эту переменную.

Файлы реализации , или Cи-файлы, содержат тексты функций и определения глобальных переменных. Говоря упрощенно, Си -файлы содержат сами программы, а h-файлы - лишь информацию о программах.

Представление исходных текстов в виде заголовочных файлов и файлов реализации необходимо для создания больших проектов, имеющих модульную структуру. Заголовочные файлы служат для передачи информации между модулями. Файлы реализации - это отдельные модули, которые разрабатываются и транслируются независимо друг от друга и объединяются при создании выполняемой программы.

Файлы реализации могут подключать описания, содержащиеся в заголовочных файлах. Сами заголовочные файлы также могут использовать другие заголовочные файлы. Заголовочный файл подключается с помощью директивы препроцессора #include . Например, описания стандартных функций ввода-вывода включаются с помощью строки

#include

(stdio - от слов standard input /output). Имя h-файла записывается в угловых скобках, если этот h-

В программах на языке си - существует некая последовательность:

Для начала мы добавляем нужные нам библиотеки #include Если файл находится в текущем каталоге проекта, он указывается в кавычках. Для файла, находящегося в другом каталоге необходимо в кавычках указать полный путь.

#include
#include «math.h»

После чего Мы можем добавить нужные нам константы #define A 3

После этого начинается функция, командой Main ()

После того как всё выполнено можно ввести getchar ()

2. Для чего в языке Си служит точка с запятой?

Для обозначения конца оператора в языке Си используется точка с запятой

3. Все ли компиляторы Си требуют использования в программе инструкции return?

Для возврата целочисленного значения перед завершением функции дописывается строка

Также в большенстве случаев return означает выход из фуннкции

Операторы тела функции выполняются до первого оператора return. Если в теле функции нет такого оператора (т.е. функция не возвращает никакого результата), то выполняются все операторы до закрывающейся операторной скобки.

Функция вывода элементов массива на печать не возвращает никакого результата, т.е. в теле функции оператор return отсутствует.

4. С какой целью в текст программы вводятся комментарии?

Коментарии вводятся для пояснения того или иного действия

например Printf (‘’Hello World’’) ; // выведем на экран надпись Hello World

Так же коментарии можно ввести символами /* - в начале */ - в конце коментария

5. Для чего при вызове функции используются параметры?

Ссылка - это по сути второе имя того же самого объекта. Когда в функцию передаётся объект по ссылке, то передаётся фактически этот объект. Когда же мы передаём объект по значению, то в функцию передаётся его копия.

void func_1(int a) // передача по значению

6. Все ли функции требуют передачи параметров при вызове?

На мой взгляд совершенно не все, ведь мы можем с лёгкостью записать функцию типа main() без передчи параметров по значению

1. Что такое тип данных char?

Тип данных char - это целочисленный тип данных, который используется для представления символов. То есть, каждому символу соответствует определённое число из диапазона . Тип данных char также ещё называют символьным типом данных, так как графическое представление символов в С++ возможно благодаря char. Для представления символов в C++ типу данных char отводится один байт, в одном байте - 8 бит, тогда возведем двойку в степень 8 и получим значение 256 - количество символов, которое можно закодировать. Таким образом, используя тип данных char можно отобразить любой из 256 символов. Все закодированные символы представлены в таблице ASCII.

2. Чем символ "3" отличается от числа 3?

символ 3 отличается от целого числа 3 тем, что символ не может быть использован в арифметических операциях

3. В чем заключается различие между константой и переменной?

Различие между переменной и константой довольно очевидно: во время выполнения программы значение переменной может быть изменено (например, с помощью присваивания), а значение константы - нет

4. Как определить константу?

Константы в С++ аналогичны константам в Си. Для представления константы в Си использовалась только директива препроцессора #define:

const тип ИмяПеременной = НачальноеЗначение;

Область видимости константы такая же, как у обычной переменной. С помощью ключевого слова const можно объявить указатель на константу

5. Поддерживает ли Си строковый тип данных?

Язык Си не поддерживает отдельный строковый тип данных, но он позволяет определить строки двумя различными способами. В первом используется массив символов, а во втором - указатель на первый символ массива.

6. Сохраняет ли переменная свое значение в ходе выполнения всей программы?

во время выполнения программы значение переменной может быть изменено (например, с помощью присваивания), а значение константы - нет

7. Как изменить значение константы?

1. В чем заключаются различия между escape-последовательностями \n и \r?

Грубо говоря, предполагалось, что \r обнулит номер символа. оставляя неизменным номер строки (т.е. сдвинет каретку пишущей машинки к началу строки, не трогая бумагу), а \n - наоборот, сделает переход к следующей строке, оставляя текущую позицию печати неизменной (прокрутит бумагу, не трогая каретку).

2. Как вывести на экран символ «кавычка»?

printf("My text is: \"my text\"\n");

3. Из каких двух частей состоит список параметров функции printf()?

При печати какого либо числа или выражения сначала пишется Printf ()

В скобках, в начале в кавычках пишем нужные нам данные, а именно

%с – одиночный символ
%d – десятичное целое число со знаком
%f – число с плавающей точкой (десятичное представление)
%s – строка символов (для строковых переменных)
%u – десятичное целое без знака
%% - печать знака процента

Например:

printf ("x=%5i\ty=%f\tz=%7.3f\n",x, y, z);

4. Какие преимущества имеет функция printf() по сравнению с puts()?

5. Что такое указатель формата?

Читает значение с плавающей точкой (только C99)

Аналогично коду %a (только C99)

Читает один символ

Читает десятичное целое

Читает целое в любом формате (десятичное, восьмеричное или шестнадцатеричное)

Аналогично коду %e

Читает число с плавающей точкой

Аналогично коду %f (только С99)

Читает число с плавающей точкой

Аналогично коду %g

Читает восьмеричное число

Читает строку

Читает шестнадцатеричное число

Аналогично коду %x

Читает указатель

Принимает целое значение, равное количеству прочитанных до сих пор символов

Читает десятичное целое без знака

Просматривает набор символов

Читает знак процента

6. Как вывести на экран значение числовой переменной?

Вывести её значение можно с помощью функции Printf()

printf("%7.3f\t%7.3f\n",x,y);

%<количество_позиций_под_значение>.<количество_позиций_под_дробную_часть>f

%<количество_позиций_под_значение>i

Прежде чем приступить к написанию программ, необходимо изучить структуру программ на языке программирования С++. Своими словами, структура программ это разметка рабочей области (области кода) с целью чёткого определения основных блоков программ и синтаксиса. Структура программ несколько отличается в зависимости от среды программирования. Мы ориентируемся на IDE Microsoft Visual Studio, и по этому примеры программ будут показаны именно для MVS. Если вы используете другую IDE, то вам не составит труда перенести код из MVS в другие среды разработки, и вы поймете со временем, как это сделать.

Структура программ для Microsoft Visual Studio.

// struct_program.cpp: определяет точку входа для консольного приложения. #include "stdafx.h" //здесь подключаем все необходимые препроцессорные директивы int main() { // начало главной функции с именем main //здесь будет находится ваш программный код }

В строке 1 говорится о точке входа для консольного приложения, это значит, что данную программу можно запустить через командную строку Windows указав имя программы, к примеру, такое struct_program.cpp . Строка 1 является однострочным комментарием, так как начинается с символов // , подробнее о комментариях будет рассказано в следующей статье. В строке 2 подключен заголовочный файл "stdafx.h" . Данный файл похож на контейнер, так как в нем подключены основные препроцессорные директивы (те, что подключил компилятор, при создании консольного приложения), тут же могут быть подключены и вспомогательные (подключенные программистом).

include — директива препроцессора, т. е. сообщение препроцессору. Строки, начинающиеся с символа # обрабатываются препроцессором до компиляции программы.

Препроцессорные директивы также можно подключать и в строках, начиная после записи #include "stdafx.h" до начала главной функции. Причём такой способ подключения библиотек является основным, а использование "stdafx.h" — это дополнительная возможность подключения заголовочных файлов, которая есть только в MVS. С 4-й по 6-ю строки объявлена функция main . Строка 4 – это заголовок функции, который состоит из типа возвращаемых данных (в данном случае int), этой функцией, и имени функции, а также круглых скобок, в которых объявляются параметры функции.

int — целочисленный тип данных

Между фигурными скобочками размещается основной программный код, называемый еще телом функции. Это самая простая структура программы. Данная структура написана в Microsoft Visual Studio. Все выше сказанное остается справедливым и для других компиляторов, кроме строки 2. Контейнера "stdafx.h" нигде кроме MVS нет.

Структура программы для C++ Builder.

При создании консольного приложения мастер создания проектов создает автоматически следующий код:

//препроцессорная директива, автоматически подключённая мастером создания проектов #include int main() { return 0; }

Мы видим, что у функции тип данных — int . Это говорит о том что по завершении работы функция вернет какое-то целочисленное значение, в нашем случае 0. Целочисленное потому, что int – это тип данных для целых чисел, таких как 4, 5, 6, 456, 233 и т. д.

Главное помнить, что если тип возвращаемых данных у функции main — это int или любой другой, кроме void , то следует писать строку типа этой: return <возвращаемое значение>;

В строке 2 подключена библиотека vcl.h – её автоматически подключает мастер создания приложений, поэтому удалять её не следует, иначе проект не будет рабочим.

В общем говоря, мастер создает автоматически структуру программы, немного отличающуюся от тех, что мы рассмотрели, но суть остается та же.

Например:

Int main(int argc, char* argv) { return 0; }

Такой пример структуры генерируется мастером в MVS2010. Данный main немного отличается. Подробнее рассмотрим позже, но скажу, что данный main имеет такой вид, так как изначально рассчитан на поддержку юникода.

Юникод — стандарт кодирования символов, позволяющий представить знаки практически всех письменных языков. Подробнее о юникоде поговорим позже.

Существуют разные версии main , но в этом нет ничего страшного, так как main была главной функцией, так она ей и остается, поэтому все выше сказанное остается актуальным.

Пример структуры программы MVS с подключенными библиотеками.

#include "stdafx.h" #include using namespace std; int main() { }

Имя подключаемых библиотек пишется внутри знаков больше, меньше. Заголовочные файлы и имя подключаемых библиотек – синонимы.

Синтаксис подключения заголовочных файлов:

#include <имя заголовочного файла>

Более старые заголовочные файлы подключаются так (этот стиль подключения библиотек унаследован у языка программирования C):

#include <имя заголовочного файла.h>

Различие состоит в том, что после имени ставится расширение.h .

Язык программирования С++ является регистрозависимым. Например:
Return 0; – не правильно, будет ошибка компиляции.
return 0; – правильно!!!

В данной статье рассмотрены структуры программ на С++ в таких средах как MVS и Borland. И как вы уже заметили, эти структуры почти не отличаются. Поэтому данная статья актуальна для любой IDE. Если вы ещё не определились с выбором IDE, прочитайте .

Любая программа, написанная на языке Си, состоит из одной или более "функций", являющихся основными модулями, из которых она собирается.

Пример структуры простой программы на языке Си:

Общий вид	Пример
директивы препроцессора	# include # define N 10
имя главной функции
начало тела главной функции
объявления переменных и массивов	int x=1; char str[N];
операторы программы	puts(" Введите имя "); gets(str); printf("\n %s, Вы %d мой гость!",str,x);
Конец тела главной функции

1. Директивы препроцессора

Составной частью компилятора является программа, называемая препроцессором . Препроцессор работает до трансляции программы с языка высокого уровня на машинный язык, выполняя её предварительное преобразование. Каждая директива препроцессора начинается с символа # (номер) и занимает всю строку. Директивы, которые не помещаются в одной строке, могут быть продолжены в следующей строке. Признаком продолжения строки является символ обратной косой черты (\) в продолжаемой строке.

Наиболее часто используется директива включения в программу файла

# include < name >

где name – имя файла, включаемого в текст программы.

Эту директиву называют директивой подстановки . Она предписывает компилятору поместить на её место файл name . Файл name называется заголовочным. Он содержит объявления данных и функций, используемых в программе. Например, включение в программу директивы

# include < math . h >

позволит использовать в программе стандартные математические функции, такие как sin x, cos x, ln x и т.д. Список стандартных математических функций будет приведён ниже.

Директива

# include < stdio . h >

даёт возможность использования в программе стандартных функций ввода-вывода.

Другой часто используемой директивой является директива определения

#define S1 S2

где S1, S2 – строки символов.

Препроцессор отыскивает в тексте программы строку символов S 1 и заменяет её строкой S 2 . Например, включение в программу директивы

# define P printf

позволит набирать на клавиатуре букву P вместо слова printf .

Эта замена не выполняется внутри текстовых строк (литералов), символьных констант и комментариев, т.е. действие директивы #define не распространяется на тексты, ограниченные кавычками, апострофами и находящимися внутри комментариев.

1. Главная функция

Каждая программа на языке Си должна содержать объявление функции main (), которая называется главной функцией. Как правило, эта функция не имеет параметров и не возвращает никакого значения. Для указания этого факта используется слово void . Таким образом, строка с именем главной функции обычно имеет вид:

void main(void)

void main()

1. Переменные и массивы

Массивом называется группа переменных одного типа с общим именем. Именем переменной или массива является идентификатор – последовательность, составленная из символов:

a – z, A - Z , 0 – 9,_(подчеркивание),

причём первым символом не может быть цифра. Строчные и прописные символы латинского алфавита воспринимаются как разные символы. В качестве имени переменной или массива не могут использоваться служебные слова языка Си. Основные служебные слова языка Си приведены в Приложении.

Элементы массива различаются своими номерами (индексами). Индекс может принимать только целые неотрицательные значения. Индекс записывается после имени массива в квадратных скобках. Индексов может быть несколько. В этом случае каждый индекс записывается в своих квадратных скобках.

В языке Си могут использоваться переменные и массивы различных типов. Данные каждого типа занимают определённое количество байт памяти и могут принимать значения из определённого диапазона. Объём этой памяти и, соответственно, диапазон принимаемых значений в разных реализациях языка Си могут различаться. Количество байт памяти, занимаемой переменной определённого типа для конкретной реализация языка Си можно определить с помощью операции sizeof (тип). Например, определить объём памяти, отводимой под переменную целого типа, можно так:

k = sizeof(int); printf (“ Под переменную типа int отводится %d байт памяти”, k );

В данных методических указаниях рассматриваются три основных типа переменных и массивов, приведены типичные значения объёма занимаемой памяти и диапазона значений (табл. 1):

Таблица 1

	Спецификатор типа (Ключевое слово)	Значение	Размер памяти (байт)	Диапазон значений
		Число целого типа		32768 . . . +32767
				2147483648 . . . +2147483647
Действительный		Число действительного типа		3.4ּ10 -38 . . . 3.4ּ10 38 (по модулю)
Символьный				128 . . . +127

Несколько подробнее остановимся на переменной типа char . Как видно из табл. 1, переменная типа char занимает один байт памяти. В одном байте памяти можно записать либо целое число без знака из диапазона , либо целое число со знаком из диапазона [–128, 127]. Это число является кодом одного из 256 символов. Символ, соответствующий данному коду, определяется используемой кодовой таблицей. Таким образом, значение переменной типа char может рассматриваться либо как целое число, либо как символ, код которого равен этому числу.