Переменные и арифметические выражения

Приведенная ниже программа выполняет вычисления по формуле °С = (5/9)(°F-32) и печатает таблицу соответствия температур по Фаренгейту температурам по Цельсию:

0 –1720 –640 4 60 15 80 26 100 37 120 48 140 60 160 71 180 82 200 93 220 104 240 115 260 126 280 137 300 148

Как и предыдущая, эта программа состоит из определения одной-единственной функции main. Она длиннее программы, печатающей “здравствуй, мир”, но по сути не сложнее. На ней мы продемонстрируем несколько новых возможностей, включая комментарий, объявления, переменные, арифметические выражения, циклы и форматный вывод.

#include < stdio.h> /* печать таблицы температур по Фаренгейтуи Цельсию для fahr = 0, 20, ..., 300 */ main(){ int fahr, celsius; int lower, upper, step; lower = 0; /* нижняя граница таблицы температур */ upper = 300; /* верхняя граница */ step = 20; /* шаг */ fahr = lower; while (fahr < = upper) { celsius = 5 * (fahr-32) / 9; printf(“%d\t%d\n”, fahr, celsius); fahr = fahr + step; }}

Две строки:

/* печать таблицы температур по Фаренгейту и Цельсию для fahr = 0, 20, ... 300 */

являются комментарием, который в данном случае кратко объясняет, что делает программа. Все символы, помещенные между /* и */, игнорируются компилятором, и этим можно свободно пользоваться, чтобы сделать программу более понятной. Комментарий можно располагать в любом месте, где могут стоять символы пробела, табуляции или символ новой строки.

В Си любая переменная должна быть объявлена раньше, чем она будет использована; обычно все переменные объявляются в начале функции перед первой исполняемой инструкцией. В объявлении описываются свойства переменных. Оно состоит из названия типа и списка переменных, например:

int fahr, celsius; int lower, upper, step;

Тип int означает, что значения перечисленных переменных есть целые, в отличие от него тип float указывает на значения с плавающей точкой, т. е. на числа, которые могут иметь дробную часть. Диапазоны значений обоих типов зависят от используемой машины.

Числа типа int бывают как 16-разрядные (лежат в диапазоне от -32768 до 32767), так и 32-разрядные. Числа типа float обычно представляются 32-разрядными словами, имеющими по крайней мере 6 десятичных значащих цифр (лежат приблизительно в диапазоне от 10^-38 до 10⁺³⁸.

Помимо int и float в Си имеется еще несколько базовых типов для данных, это:

char - символ-единичный байт;
short - короткое целое;
long - длинное целое;
double - с плавающей точкой с двойной точностью.

Размеры объектов указанных типов также зависят от машины. Из базовых типов можно создавать: массивы, структуры и объединения, указатели на объекты базовых типов и функции, возвращающие значения этих типов в качестве результата. Обо всем этом мы расскажем позже.

Вычисления в программе преобразования температур начинаются с инструкций присваивания.

lower = 0; upper = 300; step = 20; fahr = lower;

которые устанавливают указанные в них переменные в начальные значения. Любая инструкция заканчивается точкой с запятой.

Все строки таблицы вычисляются одним и тем же способом, поэтому мы воспользуемся циклом, повторяющим это вычисление для каждой строки. Необходимые действия выполнит цикл while:

while(fahr < = upper) {...}

Он работает следующим образом. Проверяется условие в скобках. Если оно истинно (значение fahr меньше или равно значению upper ), то выполняется тело цикла (три инструкции, заключенные в фигурные скобки). Затем опять проверяется условие, и если оно истинно, то тело цикла выполняется снова. Когда условие становится ложным (fahr превысило upper), цикл завершается, и вычисления продолжаются с инструкции, следующей за циклом. Поскольку никаких инструкций за циклом нет, программа завершает работу.

Телом цикла while может быть одна или несколько инструкций, заключенных в фигурные скобки, как в программе преобразования температур, или одна-единственная инструкция без скобок, как в цикле

(while i < j) i = 2 * i;

И в том и в другом случае инструкции, находящиеся под управлением while, мы будем записывать со сдвигом, равным одной позиции табуляции, которая в программе указывается четырьмя пробелами; благодаря этому будут ясно видны инструкции, расположенные внутри цикла. Отступы подчеркивают логическую структуру программы. Си-компилятор не обращает внимания на внешнее оформление программы, но наличие в нужных местах отступов и пробелов существенно влияет на то, насколько легко она будет восприниматься человеком при просмотре. Чтобы лучше была видна логическая структура выражения, мы рекомендуем на каждой строке писать только по одной инструкции и с обеих сторон от операторов ставить пробелы. Положение скобок не так важно, хотя существуют различные точки зрения на этот счет. Мы остановились на одном из нескольких распространенных стилей их применения. Выберите тот, который больше всего вам нравится, и строго ему следуйте.

Большая часть вычислений выполняется в теле цикла. Температура по Фаренгейту переводится в температуру по Цельсию и присваивается переменной celsius посредством инструкции

celsius = 5 * (fahr-32) / 9;

Причина, по которой мы сначала умножаем на 5 и затем делим на 9, а не сразу умножаем на 5/9, связана с тем, что в Си, как и во многих других языках, деление целых сопровождается отбрасыванием, т. е. потерей дробной части. Так как 5 и 9 - целые, отбрасывание в 5/9 дало бы нуль, и на месте температур по Цельсию были бы напечатаны нули.

Этот пример прибавил нам еще немного знаний о том, как работает функция printf. Функция printf - это универсальная функция форматного ввода-вывода, которая будет подробно описана в главе 7. Ее первый аргумент - строка символов, в которой каждый символ % соответствует одному из последующих аргументов (второму, третьему, ...), а информация, расположенная за символом %, указывает на вид, в котором выводится каждый из этих аргументов. Например, %d специфицирует выдачу аргумента в виде целого десятичного числа, и инструкция

printf(“%d\t%d\n”, fahr, celsius);

печатает целое fahr, выполняет табуляцию (\t) и печатает целое celsius.

В функции printf каждому спецификатору первого аргумента (конструкции, начинающейся с % ) соответствует второй аргумент, третий аргумент и т. д. Спецификаторы и соответствующие им аргументы должны быть согласованы по количеству и типам: в противном случае напечатано будет не то, что нужно.

Кстати, printf не является частью языка Си, и вообще в языке нет никаких специальных конструкций, определяющих ввод-вывод. Функция printf - лишь полезная функция стандартной библиотеки, которая обычно доступна для Си-программ. Поведение функции printf, однако, оговорено стандартом ANSI, и ее свойства должны быть одинаковыми во всех Си-системах, удовлетворяющих требованиям стандарта.

Желая сконцентрировать ваше внимание на самом Си, мы не будем много говорить о вводе-выводе до главы 7. В частности, мы отложим разговор о форматном вводе. Если вам потребуется ввести числа, советуем прочитать в параграфе 7.4 то, что касается функции scanf. Эта функция отличается от printf лишь тем, что она вводит данные, а не выводит.

Существуют еще две проблемы, связанные с программой преобразования температур. Одна из них (более простая) состоит в том, что выводимый результат выглядит несколько неряшливо, поскольку числа не выровнены по правой позиции колонок. Это легко исправить, добавив в каждый из спецификаторов формата %d указание о ширине поля; при этом программа будет печатать числа, прижимая их к правому краю указанных полей. Например, мы можем написать

printf(“%3d%6d\n”, fahr, celsius);

чтобы в каждой строке первое число печатать в поле из трех позиций, а второе - из шести. В результате будет напечатано:

0 -17 20 -6 40 4 60 15 80 26100 37

Вторая, более серьезная проблема связана с тем, что мы пользуемся целочисленной арифметикой и поэтому не совсем точно вычисляем температуры по шкале Цельсия. Например, 0°F на самом деле (с точностью до десятой) равно -17.8°С, а не -17. Чтобы получить более точные значения температур, нам надо пользоваться не целочисленной арифметикой, а арифметикой с плавающей точкой. Это потребует некоторых изменений в программе.

#include < stdio.h> /* печать таблицы температур по Фаренгейту и Цельсию для fahr = 0, 20, ..., 300; вариант с плавающей точкой */main(){ float fahr, celsius; int lower, upper, step; lower = 0; /* нижняя граница таблицы температур */ upper = 300; /* верхняя граница */ step = 20; /* шаг */ fahr = lower; while (fahr < = upper) { celsius = (5.0/9.0) * (fahr-32.0); printf(“%3.0f %6.1f\n”, fahr, celsius); fahr = fahr + step; }}

Программа мало изменилась. Она отличается от предыдущей лишь тем, что fahr и celsius объявлены как float, а формула преобразования написана в более естественном виде. В предыдущем варианте нельзя было писать 5/9, так как целочисленное деление в результате обрезания дало бы нуль. Десятичная точка в константе указывает на то, что последняя рассматривается как число с плавающей точкой, и 5.0/9.0, таким образом, есть частное от деления двух значений с плавающей точкой, которое не предполагает отбрасывания дробной части. В том случае, когда арифметическая операция имеет целые операнды, она выполняется по правилам целочисленной арифметики. Если же один операнд с плавающей точкой, а другой - целый, то перед тем, как операция будет выполнена, последний будет преобразован в число с плавающей точкой. Если бы мы написали fahr-32 то 32 автоматически было бы преобразовано в число с плавающей точкой. Тем не менее при записи констант с плавающей точкой мы всегда используем десятичную точку, причем даже в тех случаях, когда константы на самом деле имеют целые значения. Это делается для того, чтобы обратить внимание читающего программу на их природу.

Более подробно правила, определяющие, в каких случаях целые переводятся в числа с плавающей точкой, рассматриваются в главе 2. А сейчас заметим, что присваивание

fahr=lower;

и проверка

while(fahr < = upper)

работают естественным образом, т. е. перед выполнением операции значение int приводится к float.

Спецификация %3.0f в printf определяет печать числа с плавающей точкой (в данном случае числа fahr) в поле шириной не более трех позиций без десятичной точки и дробной части. Спецификация %6.1f описывает печать другого числа (celsius) в поле из шести позиций с одной цифрой после десятичной точки. Напечатано будет следующее:

0 -17.8 20 -6.7 40 4.4

Ширину и точность можно не задавать; %6f означает, что число будет занимать не более шести позиций; %.2f - число имеет две цифры после десятичной точки, но ширина не ограничена; %f просто указывает на печать числа с плавающей точкой.

%d	- печать десятичного целого.
%6d	- печать десятичного целого в поле из шести позиций.
%f	- печать числа с плавающей точкой.
%6f	– печать числа с плавающей точкой в поле из шести позиций.
%.2f	– печать числа с плавающей точкой с двумя цифрами после десятичной точки.
%6.2f	- печать числа с плавающей точкой и двумя цифрами после десятичной точки в поле из шести позиций.

Кроме того, printf допускает следующие спецификаторы: %o для восьмеричного числа; %x для шестнадцатеричного числа; %c для символа; %s для строки символов и %% для самого %.

Упражнение 1.3. Усовершенствуйте программу преобразования температур таким образом, чтобы над таблицей она печатала заголовок.

Упражнение 1.4. Напишите программу, которая будет печатать таблицу соответствия температур по Цельсию температурам по Фаренгейту.

Инструкция for

Существует много разных способов для написания одной и той же программы. Видоизменим нашу программу преобразования температур:

#include < stdio.h> /* печать таблицы температур по Фаренгейту и Цельсию */main(){ int fahr; for (fahr = 0; fahr < = 300; fahr = fahr + 20) printf(" %3d %6.1f\n", fahr, (5.0/9.0)*(fahr-32)); }

Эта программа печатает тот же результат, но выглядит она, несомненно, по-другому. Главное отличие заключается в отсутствии большинства переменных. Осталась только переменная fahr, которую мы объявили как int. Нижняя и верхняя границы и шаг присутствуют в виде констант в инструкции for - новой для нас конструкции, а выражение, вычисляющее температуру по Цельсию, теперь задано третьим аргументом функции printf, а не в отдельной инструкции присваивания.

Последнее изменение является примером применения общего правила: в любом контексте, где возможно использовать значение переменной какого-то типа, можно использовать более сложное выражение того же типа. Так, на месте третьего аргумента функции printf согласно спецификатору %6.1f должно быть значение с плавающей точкой, следовательно, здесь может быть любое выражение этого типа.

Инструкция for описывает цикл, который является обобщением цикла while. Если вы сравните его с ранее написанным while, то вам станет ясно, как он работает. Внутри скобок имеются три выражения, разделяемые точкой с запятой. Первое выражение – инициализация

fahr = 0

выполняется один раз перед тем, как войти в цикл. Второе - проверка условия продолжения цикла

fahr < = 300

Условие вычисляется, и если оно истинно, выполняется тело цикла (в нашем случае это одно обращение к printf). Затем осуществляется приращение шага:

fahr = fahr + 20

и условие вычисляется снова. Цикл заканчивается, когда условие становится ложным. Как и в случае с while, тело for-цикла может состоять из одной инструкции или из нескольких, заключенных в фигурные скобки. На месте этих трех выражений (инициализации, условия и приращения шага) могут стоять произвольные выражения.

Выбор между while и for определяется соображениями ясности программы. Цикл for более удобен в тех случаях, когда инициализация и приращение шага логически связаны друг с другом общей переменной и выражаются единичными инструкциями, поскольку названный цикл компактнее цикла while, а его управляющие части сосредоточены в одном месте.

Упражнение 1.5. Измените программу преобразования температур так, чтобы она печатала таблицу в обратном порядке, т. е. от 300 до 0.

Именованные константы

Прежде чем мы закончим рассмотрение программы преобразования температур, выскажем еще одно соображение. Очень плохо, когда по программе рассеяны “загадочные числа”, такие как 300, 20. Тот, кто будет читать программу, не найдет в них и намека на то, что они собой представляют. Кроме того, их трудно заменить на другие каким-то систематическим способом. Одна из возможностей справиться с такими числами - дать им осмысленные имена. Строка #define определяет символьное имя, или именованную константу, для заданной строки символов:

#define имя подставляемый-текст

С этого момента при любом появлении имени (если только оно встречается не в тексте, заключенном в кавычки, и не является частью определения другого имени) оно будет заменяться на соответствующий ему подставляемый-текст. Имя имеет тот же вид, что и переменная: последовательность букв и цифр, начинающаяся с буквы. Подставляемый-текст может быть любой последовательностью символов, среди которых могут встречаться не только цифры.

#include < stdio.h> #define LOWER 0 /* нижняя граница таблицы */#define UPPER 300 /* верхняя граница */#define STEP 20 /* размер шага */ /* печать таблицы температур по Фаренгейту и Цельсию */main(){ int fahr; for (fahr = LOWER; fahr < = UPPER; fahr = fahr + STEP) printf(“%3d %6.1f\n”, fahr, (5.0/9.0)*(fahr-32)); }

Величины LOWER, UPPER и STEP - именованные константы, а не переменные, поэтому для них нет объявлений. По общепринятому соглашению имена именованных констант набираются заглавными буквами, чтобы они отличались от обычных переменных, набираемых строчными. Заметим, что в конце #define-строки точка с запятой не ставится.

Ввод-вывод символов

Теперь мы намерены рассмотреть семейство программ по обработке текстов. Вы обнаружите, что многие существующие программы являются просто расширенными версиями обсуждаемых здесь прототипов.

Стандартная библиотека поддерживает очень простую модель ввода-вывода. Текстовый ввод-вывод вне зависимости от того, откуда он исходит или куда направляется, имеет дело с потоком символов. Текстовый поток - это последовательность символов, разбитая на строки, каждая из которых содержит нуль или более символов и завершается символом новой строки. Обязанность следить за тем, чтобы любой поток ввода-вывода отвечал этой модели, возложена на библиотеку: программист, пользуясь библиотекой, не должен заботиться о том, в каком виде строки представляются вне программы.

Стандартная библиотека включает несколько функций для чтения и записи одного символа. Простейшие из них - getchar и putchar. За одно обращение к getchar считывается следующий символ ввода из текстового потока, и этот символ выдается в качестве результата. Так, после выполнения

c = getchar();

переменная c содержит очередной символ ввода. Обычно символы поступают с клавиатуры. Ввод из файлов рассматривается в главе 7.

Обращение к putchar приводит к печати одного символа. Так,

putchar(c);

напечатает содержимое целой переменной c в виде символа (обычно на экране). Вызовы putchar и printf могут произвольным образом перемежаться. Вывод будет формироваться в том же порядке, что и обращения к этим функциям.

Копирование файла

При наличии функций getchar и putchar, ничего больше не зная о вводе-выводе, можно написать удивительно много полезных программ. Простейший пример - это программа, копирующая по одному символу с входного потока в выходной поток:

чтение символа while (символ не является признаком конца файла) вывод только что прочитанного символа чтение символа

Оформляя ее в виде программы ни Си, получим

#include < stdio.h> /* копирование ввода на вывод, 1-я версия */main(){ int c; c = getchar(); while (c! = EOF) { putchar(c); c = getchar(); }}

Оператор отношения! = означает “не равно”.

Каждый символ, вводимый с клавиатуры или появляющийся на экране, как и любой другой символ внутри машины, кодируется комбинацией битов. Тип char специально предназначен для хранения символьных данных, однако для этого также годится и любой целый тип. Мы пользуемся типом int и делаем это по одной важной причине, которая требует разъяснений.

Существует проблема: как отличить конец ввода от обычных читаемых данных. Решение заключается в том, чтобы функция getchar по исчерпании входного потока выдавала в качестве результата такое значение, которое нельзя было бы спутать ни с одним реальным символом. Это значение есть EOF (аббревиатура от end of file - конец файла). Мы должны объявить переменную c такого типа, чтобы его “хватило” для представления всех возможных результатов, выдаваемых функцией getchar. Нам не подходит тип char, так как c должна быть достаточно “емкой”, чтобы помимо любого значения типа char быть в состоянии хранить и EOF. Вот почему мы используем int, а не char.

EOF - целая константа, определенная в < stdio.h>. Какое значение имеет эта константа - неважно, лишь бы оно отличалось от любого из возможных значений типа char. Использование именованной константы с унифицированным именем гарантирует, что программа не будет зависеть от конкретного числового значения, которое, возможно, в других Си-системах будет иным.

Программу копирования можно написать более сжато. В Си любое присваивание, например

c = getchar()

трактуется как выражение со значением, равным значению левой части после присваивания. Это значит, что присваивание может встречаться внутри более сложного выражения. Если присваивание переменной c расположить в проверке условия цикла while, то программу копирования можно будет записать в следующем виде:

#include < stdio.h> /* копирование ввода на вывод; 2-я версия */main(){ int c; while ((с = getchar())! = EOF) putchar(c); }

Цикл while, пересылая в c полученное от getchar значение, сразу же проверяет: не является ли оно “концом файла”. Если это не так, выполняется тело цикла while и печатается символ. По окончании ввода завершается работа цикла while, а тем самым и main.

В данной версии ввод “централизован”. - в программе имеется только одно обращение к getchar. В результате она более компактна и легче воспринимается при чтении. Вам часто придется сталкиваться с такой формой записи, где присваивание делается вместе с проверкой. (Чрезмерное увлечение ею, однако, может запутать программу, поэтому мы постараемся пользоваться указанной формой разумно.)

Скобки внутри условия, вокруг присваивания, необходимы. Приоритет! = выше, чем приоритет =, из чего следует, что при отсутствии скобок проверка! = будет выполняться до операции присваивания =. Таким образом, запись

c = getchar()! = EOF

эквивалентна записи

c = (getchar()! = EOF)

А это совсем не то, что нам нужно: переменной c будет присваиваться 0 или 1 в зависимости от того, встретит или не встретит getchar признак конца файла. (Более подробно об этом см. в главе 2.)

Упражнение 1.6. Убедитесь в том, что выражение getchar()! = EOF получает значение 0 или 1.

Упражнение 1.7. Напишите программу, печатающую значение EOF.

Подсчет символов

Следующая программа занимается подсчетом символов; она имеет много сходных черт с программой копирования.

#include < stdio.h> /* подсчет вводимых символов; 1-я версия */ main(){ long nc; nc = 0; while (getchar()! = EOF) ++nc; printf(“%ld\n”, nc); }

Инструкция

++nc;

представляет новый оператор ++, который означает увеличить на единицу. Вместо этого можно было бы написать nc=nc+1, но ++nc намного короче, а часто и эффективнее. Существует аналогичный оператор --, означающий уменьшить на единицу. Операторы ++ и -- могут быть как префиксными (++nc), так и постфиксными (nc++). Как будет показано в главе 2, эти две формы в выражениях имеют разные значения, но и ++nc, и nc++ добавляют к nc единицу. В данном случае мы остановились на префиксной записи.

Программа подсчета символов накапливает сумму в переменной типа long. Целые типа long имеют не менее 32 битов. Хотя на некоторых машинах типы int и long имеют одинаковый размер, существуют, однако, машины, в которых int занимает 16 бит с максимально возможным значением 32767, а это - сравнительно маленькое число, и счетчик типа int может переполниться. Спецификация %ld в printf указывает, что соответствующий аргумент имеет тип long.

Возможно охватить еще больший диапазон значений, если использовать тип double (т. е. float с двойной точностью). Применим также инструкцию for вместо while, чтобы продемонстрировать другой способ написания цикла.

#include < stdio.h> /* подсчет вводимых символов; 2-й версия */main(){ double nc; for (nc = 0; getchar()! = EOF; ++nc); printf(“%.0f\n”, nc); }

В printf спецификатор %f применяется как для float, так и для double; спецификатор %.0f означает печать без десятичной точки и дробной части (последняя в нашем случае отсутствует).

Тело указанного for-цикла пусто, поскольку кроме проверок и приращений счетчика делать ничего не нужно. Но правила грамматики Си требуют, чтобы for- цикл имел тело. Выполнение этого требования обеспечивает изолированная точка с запятой, называемая пустой инструкцией. Мы поставили точку с запятой на отдельной строке для большей наглядности.

Наконец, заметим, что если ввод не содержит ни одного символа, то при первом же обращении к getchar условие в while или for не будет выполнено и программа выдаст нуль, что и будет правильным результатом. Это важно. Одно из привлекательных свойств циклов while и for состоит в том, что условие проверяется до того, как выполняется тело цикла. Если ничего делать не надо, то ничего делаться и не будет, пусть даже тело цикла не выполнится ни разу. Программа должна вести себя корректно и при нулевом количестве вводимых символов. Само устройство циклов while и for дает дополнительную уверенность в правильном поведении программы в случае граничных условий.

Подсчет строк

Следующая программа подсчитывает строки. Как упоминалось выше, стандартная библиотека обеспечивает такую модель ввода-вывода, при которой входной текстовый поток состоит из последовательности строк, каждая из которых заканчивается символом новой строки. Следовательно, подсчет строк сводится к подсчету числа символов новой строки.

#include < stdio.h> /* подсчет строк входного потока */main(){ int c, nl; nl = 0; while ((с = getchar())! = EOF) if (c == '\n') ++nl; printf(“%d\n”, nl); }

Тело цикла теперь образует инструкция if, под контролем которой находится увеличение счетчика nl на единицу. Инструкция if проверяет условие в скобках и, если оно истинно, выполняет следующую за ним инструкцию (или группу инструкций, заключенную в фигурные скобки). Мы опять делаем отступы в тексте программы, чтобы показать, что чем управляется.

Двойной знак равенства в языке Си обозначает оператор “равно” (он аналогичен оператору = в Паскале и .EQ. в Фортране). Удваивание знака = в операторе проверки на равенство сделано для того, чтобы отличить его от единичного =, используемого в Си для обозначения присваивания. Предупреждаем: начинающие программировать на Си иногда пишут =, а имеют в виду ==. Как мы увидим в главе 2, в этом случае результатом будет обычно вполне допустимое по форме выражение, на которое компилятор не выдаст никаких предупреждающих сообщений (Современные компиляторы, как правило, выдают предупреждение о возможной ошибке. – Примеч. ред.).

Символ, заключенный в одиночные кавычки, представляет собой целое значение, равное коду этого символа (в кодировке, принятой на данной машине). Это так называемая символьная константа. Существует и другой способ для написания маленьких целых значений. Например, 'A' есть символьная константа, в наборе символов ASCII ее значение равняется 65 - внутреннему представлению символа A. Конечно, 'A' в роли константы предпочтительнее, чем 65, поскольку смысл первой записи более очевиден, и она не зависит от конкретного способа кодировки символов.

Эскейп-последовательности, используемые в строковых константах, допускаются также и в символьных константах. Так, '\n' обозначает код символа новой строки, который в ASCII равен 10. Следует обратить особое внимание на то, что '\n' обозначает один символ (код которого в выражении рассматривается как целое значение), в то время как “\n” - строковая константа, в которой чисто случайно указан один символ. Более подробно различие между символьными и строковыми константами разбирается в главе 2.

Упражнение 1.8. Напишите программу для подсчета пробелов, табуляций и новых строк.

Упражнение 1.9. Напишите программу, копирующую символы ввода в выходной поток и заменяющую стоящие подряд пробелы на один пробел.

Упражнение 1.10. Напишите программу, копирующую вводимые символы в выходной поток с заменой символа табуляции на \t, символа забоя на \b и каждой обратной наклонной черты на \\. Это сделает видимыми все символы табуляции и забоя.

Подсчет слов

Четвертая из нашей серии полезных программ подсчитывает строки, слова и символы, причем под словом здесь имеется в виду любая строка символов, не содержащая в себе пробелов, табуляций и символов новой строки. Эта программа является упрощенной версией программы wc системы UNIX.

#include < stdio.h> #define IN 1 /* внутри слова */#define OUT 0 /* вне слова */ /* подсчет строк, слов и символов */main(){ int с, nl, nw, nc, state; state = OUT; nl = nw = nc = 0; while ((с = getchar())! = EOF) { ++nc; if (c == '\n') ++nl; if (c == ' ' || c == '\n' || c == '\t') state = OUT; else if (state == OUT) { state = IN; ++nw; } } printf(“%d %d %d\n”, nl, nw, nc); }

Каждый раз, встречая первый символ слова, программа изменяет значение счетчика слов на 1. Переменная state фиксирует текущее состояние - находимся мы внутри или вне слова. Вначале ей присваивается значение OUT, что соответствует состоянию “вне слова”. Мы предпочитаем пользоваться именованными константами IN и OUT, а не собственно значениями 1 и 0, чтобы сделать программу более понятной. В такой маленькой программе этот прием мало что дает, но в большой программе увеличение ее ясности окупает незначительные дополнительные усилия, потраченные на то, чтобы писать программу в таком стиле с самого начала. Вы обнаружите, что большие изменения гораздо легче вносить в те программы, в которых магические числа встречаются только в виде именованных констант.

Строка

nl = nw = nc = 0;

устанавливает все три переменные в нуль. Такая запись не является какой-то особой конструкцией и допустима потому, что присваивание есть выражение со своим собственным значением, а операции присваивания выполняются справа налево. Указанная строка эквивалентна

nl = (nw = (nc = 0));

Оператор || означает ИЛИ, так что строка

if (c == ' ' || c == '\n' || c == '\t' )

читается как “если c есть пробел, или c есть новая строка, или c есть табуляция”. (Напомним, что видимая эскейп-последовательность \t обозначает символ табуляции.) Существует также оператор & &, означающий И. Его приоритет выше, чем приоритет ||. Выражения, связанные операторами & & или ||, вычисляются слева направо; при этом гарантируется, что вычисления сразу прервутся, как только будет установлена истинность или ложность условия. Если c есть пробел, то дальше проверять, является значение c символом новой строки или же табуляции, не нужно. В этом частном случае данный способ вычислений не столь важен, но он имеет значение в более сложных ситуациях, которые мы вскоре рассмотрим.

В примере также встречается слово else, которое указывает на альтернативные действия, выполняемые в случае, когда условие, указанное в if, не является истинным. В общем виде условная инструкция записывается так:

if (выражение) инструкция₁ else инструкция₂

В конструкции if-else выполняется одна и только одна из двух инструкций. Если выражение истинно, то выполняется инструкция₁, если нет, то – инструкция₂. Каждая из этих двух инструкций представляет собой либо одну инструкцию, либо несколько, заключенных в фигурные скобки. В нашей программе после else стоит инструкция if, управляющая двумя такими инструкциями.

Упражнение 1.11. Как протестировать программу подсчета слов? Какой ввод вероятнее всего обнаружит ошибки, если они были допущены?

Упражнение 1.12. Напишите программу, которая печатает содержимое своего ввода, помещая по одному слову на каждой строке.

Массивы

А теперь напишем программу, подсчитывающую по отдельности каждую цифру, символы-разделители (пробелы, табуляции и новые-строки) и все другие символы. Это несколько искусственная программа, но она позволит нам в одном примере продемонстрировать еще несколько возможностей языка Си. Имеется двенадцать категорий вводимых символов. Удобно все десять счетчиков цифр хранить в массиве, а не в виде десяти отдельных переменных. Вот один из вариантов этой программы:

#include < stdio.h> /* подсчет цифр, символов-разделителей и прочих символов */main(){ int с, i, nwhite, nother; int ndigit[10]; nwhite = nother = 0; for (i = 0; i < 10, ++i) ndigit[i]= 0; while ((c = getchar())! = EOF) if (c > ='0' & & с < = '9') ++ndigit[c – '0']; else if (c == ' ' || c == '\n' || c == '\t') ++nwhite; else ++nother; printf(“цифры =“); for (i = 0; i < 10; ++i) printf(“%d”, ndigit[i]); printf(“, символы-разделители =%d, прочие =%d\n”, nwhite, nother); }

В результате выполнения этой программы будет напечатан следующий результат:

цифры = 9 3 0 0 0 0 0 0 0 1, символы-разделители = 123, прочие = 345

Объявление

int ndigit[10];

объявляет ndigit массивом из 10 значений типа int. В Си элементы массива всегда нумеруются начиная с нуля, так что элементами этого массива будут ndigit[0], ndigit[1], ..., ndigit[9], что учитывается в for-циклах (при инициализации и печати массива).

Индексом может быть любое целое выражение, образуемое целыми переменными (например i) и целыми константами.

Приведенная программа опирается на определенные свойства кодировки цифр. Например, проверка

if (c > = '0' & & c < = '9')...

определяет, является ли находящийся в c символ цифрой. Если это так, то

c –'0'

есть числовое значение цифры. Сказанное справедливо только в том случае, если для ряда значений '0', '1', ..., '9' каждое следующее значение на 1 больше предыдущего. К счастью, это правило соблюдается во всех наборах символов.

По определению, значения типа char являются просто малыми целыми, так что переменные и константы типа char в арифметических выражениях идентичны значениям типа int. Это и естественно, и удобно; например, c-'0' есть целое выражение с возможными значениями от 0 до 9, которые соответствуют символам от '0' до '9', хранящимся в переменной c. Таким образом, значение данного выражения является правильным индексом для массива ndigit.

Следующий фрагмент определяет, является символ цифрой, символом-разделителем или чем-нибудь иным.

if (c > = '0' & & c < = '9') ++n[c-'0']; else if (c ==' ' || c == '\n' || c == '\t') ++nwhite; else ++nother;

Конструкция вида

if (условие₁) инструкция₁ else if (условие₂) инструкция₂… … else инструкция_n

часто применяется для выбора одного из нескольких альтернативных путей, имеющихся в программе. Условия вычисляются по порядку в направлении сверху вниз до тех пор, пока одно из них не будет удовлетворено; в этом случае будет выполнена соответствующая ему инструкция, и работа всей конструкции завершится. (Любая из инструкций может быть группой инструкций в фигурных скобках.) Если ни одно из условий не удовлетворено, выполняется последняя инструкция, расположенная сразу за else, если таковая имеется. Если же else и следующей за ней инструкции нет (как это было в программе подсчета слов), то никакие действия вообще не производятся. Между первым if и завершающим else может быть сколько угодно комбинаций вида

else if (условие) инструкция

Когда их несколько, программу разумно форматировать так, как мы здесь показали. Если же каждый следующий if сдвигать вправо относительно предыдущего else, то при длинном каскаде проверок текст окажется слишком близко прижатым к правому краю страницы.

Инструкция switch, речь о которой пойдет в главе 3, обеспечивает другой способ изображения многопутевого ветвления на языке Си. Он более подходит, в частности, тогда, когда условием перехода служит совпадение значения некоторого выражения целочисленного типа с одной из констант, входящих в заданный набор. Вариант нашей программы, реализованной с помощью switch, приводится в параграфе 3.4.

Упражнение 1.13. Напишите программу, печатающую гистограммы длин вводимых слов. Гистограмму легко рисовать горизонтальными полосами. Рисование вертикальными полосами - более трудная задача.

Упражнение 1.14. Напишите программу, печатающую гистограммы частот встречаемости вводимых символов.

Функции

Функции в Си играют ту же роль, что и подпрограммы и функции в Фортране или процедуры и функции в Паскале. Функция обеспечивает удобный способ отдельно оформить некоторое вычисление и пользоваться им далее, не заботясь о том, как оно реализовано. После того, как функции написаны, можно забыть, как они сделаны, достаточно знать лишь, что они умеют делать. Механизм использования функции в Си удобен, легок и эффективен. Нередко вы будете встречать короткие функции, вызываемые лишь единожды: они оформлены в виде функции с одной-единственной целью - получить более ясную программу.

До сих пор мы пользовались готовыми функциями вроде main, getchar и putchar, теперь настала пора нам самим написать несколько функций. В Си нет оператора возведения в степень вроде ** в Фортране. Поэтому проиллюстрируем механизм определения функции на примере функции power(m, n), которая возводит целое m в целую положительную степень n. Так, power(2, 5) имеет значение 32. На самом деле для практического применения эта функция малопригодна, так как оперирует лишь малыми целыми степенями, однако она вполне может послужить иллюстрацией. (В стандартной библиотеке есть функция pow(x, y), вычисляющая x в степени y.)

Итак, мы имеем функцию power и главную функцию main, пользующуюся ее услугами, так что вся программа выглядит следующим образом:

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: