Структура простой программы на языке Си

Именно с помощью них можно получать и хранить в оперативной памяти ЭВМ значения интересующих программиста величин. Для того чтобы получать новые значения переменных, должны быть определены операции, проводимые над ними. В зависимости от типа принимаемых значений переменными над ними определяется тот или иной набор операций.

Операции определенные в СИ в порядке убывания приоритета (старшинства) представлены в следующей таблице 4

Таблица 4 - Назначение операций языка СИ

Более подробно с каждой из операций познакомимся при изучении соответствующих типов данных.

Скалярные типы данных. По типу принимаемых значений переменные могут отличаться друг от друга, как и константы, занимаемой памятью и тем набором операций, которые можно применять к ним. Таким образом, необходимо по данным признакам отличать переменные и константы. В СИ это делается с помощью объявления типов.

По-существу определение типа переменной задается набором допустимых значений и набором действий, которые можно совершать над каждой перемен-ной рассматриваемого типа.

В языке программирования СИ существует целый набор типов переменных, который можно разделить на два класса: первый – базовые (скалярные) типы (int, float, char, double, и т. д.), второй – производные (сложные) типы данных (enum, [ ], struct, union и другие). В СИ существует правило, что все переменные, используемые программой, должны быть описаны (т. е. для них должен быть определен однозначно тип принимаемых значений). Сейчас рассмотрим правила описания переменных базового типа.

Переменные целого типа. Переменные целого типа объявляются с помощью оператора описания имеющего вид

тип < идентификатор> [, < идентификатор >, ...]; ,

где тип – одно из ключевых слов, указывающих на тип принимаемых значений, < идентификатор> – имя переменной, которая принимает данный тип значений. Выражение, содержащееся в квадратных скобках, может, как присутствовать, так и отсутствовать. Оператор описания, как и любой другой оператор языка СИ, должен заканчиваться символом "; ". В соответствии с этим правилом запишем вид оператора описания (объявления) переменных, которым даны имена in, rama, cub. Предполагается, что они принимают целочисленные значения. Тогда с учетом выражения (17) оператор объявления этих переменных имеет вид

int in, rama, cub;

Заметим, что между ключевым словом и первым именем переменной, по крайней мере, должно быть не менее одного пробела.

Типов переменных, принимающих целочисленные значения, в СИ не одно int. Это определяется оперативной памятью, отводимой для представления чисел. Объем памяти фактически определяет и диапазон значений, из которого переменная данного типа может принимать одно из значений. Типы целочисленных значений и их характеристики приведены в следующей таблице 5

Таблица 5- Характеристики целочисленных типов данных языка СИ

Примеры операторов объявления переменных, принимающие целочисленные значения различных типов:

1) int x, a, f;

2) unsigned p1, pi, l;

3) short k, m, n;

4) long p, t, r;

5) unsigned long q, qq, s2;

Над переменными, принимающими целочисленные значения, в СИ опреде-лены три типа операций: арифметические, логические и битовые. Арифметические операции в порядке убывания приоритета содержатся в таблице 6.

Таблица 6 - Арифметические операции

Обратим внимание читателя на то, что операция деления целого числа на целое представляется двумя операциями: деления на цело и вычисления остатка от деления. Рассмотрим конкретные примеры: 5 / 2 = 2 и 5 % 2 = 1.

В различных реализациях языка СИ при условии того, что хотя бы один из операндов является отрицательным числом, в результате выполнения операции % могут быть получены различные значения. Поэтому для получения мобильного (переносимого) кода рекомендуется применять эту операцию только для переменных, принимающих беззнаковые целочисленные значения, а именно для типов данных: unsigned, unsigned short, unsigned long. Для других же типов операнды должны принимать только положительные значения. Операция % неприменима к типам, принимающим значения с плавающей запятой.

Рассмотрим примеры программ, выполняющие арифметические операции над переменными, которые принимают целочисленные типы данных.

Программа 2:

#include < stdio.h>

void main (void)

{

int x, r;

unsigned y, z;

x = -125;

y = 29;

r = -5;

z = 3;

x += r; /* Эквивалентно оператору x = x + r */

printf (" \n x = %d\n", x);

x -= r; /* Эквивалентно оператору x = x - r */

printf (" x = %d\n", x);

x = r; / Эквивалентно оператору x = x * r */

printf (" x = %d\n", x);

x /= r; /* Эквивалентно оператору x = x / r */

printf (" x = %d\n", x);

y %= z; /* Эквивалентно оператору y = y % z */

printf (" y = %d\n", y);

y = ++z; /* Эквивалентно оператору y = z + 1 */

printf (" y = %d z = %d\n", y, z);

y = z++; /* Эквивалентно оператору y = z */

printf (" y = %d z = %d\n", y, z);

}

В результате выполнения программы будут получены следующие данные:

x = -130

x = -125

x = 625

x = -125

y = 2

y = 3 z = 3

y = 3 z = 4

Над переменными, принимающими целочисленные значения, определены логические операции, представленные в следующей таблице

Таблица 7 - Логические операции

В СИ нет типа переменных, принимающих значения логического типа. Однако определены логические и операции отношения для формирования и записи выражения, являющихся по смыслу принимаемых значений логическими. Они принимают значения либо 1 (истина) либо 0 (ложно). Данный тип принимаемых значений относится к типу int. Этот набор операций приведен в таблице 8. Предположим, что имеется две переменные X и Y, принимающие значение 0 или 1, а результаты действия этих операций содержатся в следующей таблице 8

Таблица 8-Результаты действия логических операций

Как видно из таблицы 8 результатом действия логических операций является целое число, принимающее значение 0 или 1.

Другие операции, кроме трех рассмотренных только что, относятся к операциям сравнения выражений и (или) констант, принимающих целочисленные значения. По своему смысловому содержанию данные операции используются для записи неравенств, а в качестве ответа выступают либо 0 или 1 в зависи-мости от того верно или не верно неравенство.

Примеры выражений, содержащих операции сравнения:

1) 5 < = 3;

2) (2*b + c) == 4;

3) da / fk + 2! = (c * (d * k – 3) + 3 * fk) – 4;

4) ((d – 5 / fk) > (da / c + k) == (fk + d * c)) – 1.

Для целочисленных переменных также определены битовые операции (см. следующую таблицу).

Таблица 9 - Битовые операции

Битовые операции обычно используются в приложениях тогда, когда возникает потребность для доступа к аппаратуре, манипулируя с битами на нижнем уровне. Например, такой способ часто применяется при управлении станками ЧПУ и другим оборудованием.

Чтобы понять, каким образом работают битовые операции, приведем табли-цу, содержащую получаемые результаты. Для этого величины X и Y будут отражать значения в двух разрядах, над которыми проводятся битовые операции.

Таблица 10- Результаты битовых операций

Рассмотрим, каким образом работают битовые операции на конкретном примере, а именно для чисел 79 и 28. Для этого необходимо представить их в двоичном коде, в результате получим 792 = 1001111 и 282 = 0011100. Теперь над ними по разрядно проводим битовые операции:

1) 79 & 28 = 1001111 & 0011100 = 0001100 = 12;

2) 79 | 28 = 1001111 | 0011100 = 1011111 = 95;

3) 79 ^ 28 = 1001111 ^ 0011100 = 1010011 = 83;

4) ~ 79 = ~ 1001111 = 0110000 = 48;

5) ~ 28 = ~ 0011100 = 1100011 = 99.

Отдельно рассмотрим операции сдвига по разрядной сетке влево (< < ) и впра-во (> > ). Предположим, что необходимо осуществить сдвиг на 2 разряда. Естественно данные операции проводятся над числами в двоичной системе счисления. Получим следующие результаты:

1) 79 > > 2 = 1001111 > > 2 = 0010011 = 19 (эквивалентно 79 / 22);

2) 28 > > 2 = 0011100 > > 2 = 0000111 = 7 (эквивалентно 28 / 22);

3) 79 < < 2 = 1001111 < < 2 = 100111100 = 316 (эквивалентно 79 * 22);

4) 28 < < 2 = 0011100 < < 2 = 001110000 = 112 (эквивалентно 28 * 22).

При проведении операции сдвига вправо нижние разряды теряются, а в верхних разрядах автоматически выставляется значение 0. Когда же проводится операция сдвига влево, то в добавляемых нижних разрядах автоматически выстав-ляется значение 0.

Переменные вещественного типа. В большинстве прикладных задач, которые решаются с помощью ЭВМ, часто приходится иметь дело с величинами, представляющиеся дробными (вещественными) числами. Для таких объектов (переменных и констант) в СИ предусмотрен вещественный тип значений. Переменные вещественного типа, как и любого другого типа должны быть объявлены и для этого используются ключевые слова float, double и long double. Это указывает на то, что в СИ имеется три типа вещественных данных, которые отличаются друг от друга объемом памяти, отводимой на хранение соответствующего значения, и, следовательно, диапазоном принимаемых значений. Оператор объявления переменных вещественного типа будет иметь одну из форм

float < идентификатор> [, < идентификатор >, ...];

double < идентификатор> [, < идентификатор >, ...];

long double < идентификатор> [, < идентификатор >, ...]; .

Основные характеристики объектов вещественного типа содержатся в таблице 11

Таблица 11-Характеристики вещественных типов данных языка СИ

Примеры операторов объявления переменных, принимающих вещественные значения. Так, например, для хранения значения переменных с именами f1, f2, ff должно быть отведено по 4 байта, а для переменных tt, tr, ts, te – 8 байтов и для объектов mmq, mwq по 10 байтов. Соответствующие операторы объявления имеют вид:

float f1, f2, ff;

double tt, tr, ts, te;

long double mmq, mwq; .

Для значений вещественного типа определены две группы операций: арифметические и логические. Для них в отличие от целочисленных типов данных определена одна операция деления (она обозначается символом " / " ), результатом которой является также значение вещественного типа.

В качестве примера приведем листинг программы для решения следующей задачи: требуется вычислить площадь кольца, у которого радиусы внешней и внутренней окружности равны r1 и r2 соответственно.

Программа 4:

#include < stdio.h>

#include < math.h>

#include < conio.h>

#define PI 3.1415926535

void main (void)

{

float r1, r2, s;

clrsrc ( );

printf (" Введите значения r1, r2: " );

scanf (" %f %f", & r1, & r2);

s = PI * (pow(r1, 2) – pow(r2, 2));

printf (" \nПлощадь кольца s = %f ", s);

}

Битовые операции для вещественных переменных не имеют смысла, так как их значения не возможно точно представить в двоичной системе счисления. Они представляются приближенно, используя конечное число разрядов.

Переменные символьного типа. Как правило, большинство программ, написанных на любом языке программирования (не является исключением и язык СИ), имеет дело с символами, которые применяются для представления инфор-мации в виде текста. По этой причине в СИ предусмотрен символьный тип значе-ний, используемый для объявления переменных символьного типа. Символьные типы значений в СИ бывают двух видов и обозначаются ключевыми словами char и unsigned char. Для хранения их значения компилятором отводится 1 байт памяти, что и определяет диапазон принимаемых значений таблица 12

Таблица 12-Характеристики символьных типов данных

В программах они объявляются с помощью операторов вида:

char < идентификатор> [, < идентификатор >, ...];

unsigned char < идентификатор> [, < идентификатор >, ...]; .

По существу они являются подмножеством целых и поэтому их можно свободно смешивать в выражениях с переменными типа int.

Для примера приведем программу, которая оперирует одновременно с переменными символьного и целого типов.

Программа 6:

#include < stdio.h>

#include < conio.h>

void main (void)

{

int j, k[];

char b[];

clrsrc ( );

j = 0;

while (b[j]! = '\0')

{

k[j] = b[j];

++j;

};

j = 0;

while (k[j]! = '\0')

printf (" %d\n", k[j]);

}

Перечислимый тип данных. Не редки случаи, когда приходится иметь дело с объектами (переменными), которые могут принимать перечислимое множество значений, например: дни недели (понедельник, вторник, …, воскресенье), месяцы года (январь, февраль, …, декабрь), номенклатура изделий завода или фирмы. При этом хотелось бы, чтобы программа имела дело с понятными значениями, а именно с принятыми названиями. Так, например дни недели можно пронумеровать и программа будет оперировать с целыми числами. Способы нумерации у каждого программиста могут быть свои, а для удобства восприятия программы хотелось бы использовать общепринятые обозначения. Для таких целей в СИ предусмотрен перечислимый тип enum, который необходимо вводить (объявлять) с помощью оператора, имеющего одну из форм записи

enum [< тег> ]{< список перечисления> } < описатель > [, < описатель >...];

enum < тег> < идентификатор> [, < идентификатор >, ...]; .

Здесь < тег> – идентификатор, именующий перечислимый тип, который специфицируется данным списком; < список перечисления> представляет собой одну или более конструкций вида < идентификатор> [= < константное выражение> ], разде-ляемые друг от друга запятой; < идентификатор> – имя переменной перечислимого типа.

Примеры операторов объявления переменных перечислимого типа:

enum {пон, вт, ср, четв, пят, суб, воскр} day_week;

enum week_type {пон, вт, ср, четв, пят, суб, воскр};

enum week_ type day_ week; .

Пример программы, которая выводит на экран монитора название дней недели, используя переменные перечислимого типа.

Программа 7:

#include < stdio.h>

#include < conio.h>

void main (void)

{

enum {пон, вт, ср, четв, пят, суб, воскр} day;

clrsrc ();

printf (" Введите значение day (0< =day< =6): " );

scanf (" %d", & day);

switch (day)

{

case пон:

printf (" Понедельник" );

break;

case вт:

printf (" Вторник" );

break;

case ср:

printf (" Среда" );

break;

case четв:

printf (" Четверг" );

break;

case пят:

printf (" Пятница" );

break;

case суб:

printf (" Суббота" );

break;

case воскр:

printf (" Воскресенье" );

break;

default:

printf (" Переменная day не может принимать данного значения" );

}

}

Рассмотрим пример простой программы на языке Си

#include < stdio.h> /* Пример программы на языке Си */

void main ()

{

int x; // Переменная целого типа

float a; // Переменная вещественного типа

char c, str[20]; // Символьная переменная и строка

printf (" \n Введите целое число: " ); //Вывод информации на экран scanf

(" %d", & x); //Ввод информации с клавиатуры

printf (" \n Введите число c плавающей точкой: " );

scanf (" °/of', & a);

printf (" \n Введите символ: " );

scanf (" \n%c", & c);

printf (" \n Введите строку символов: " );

scanf (" %s", str);

printf (" \n Результаты: " );

printf (" \n %-6d \n %-12.4f \n %2c \n %-20s ", x, a, c, str);

}

Первая строка программы содержит директиву include препроцессора языка Си. Препроцессор - это системная программа, которая выполняется перед вызовом компилятора. Все директивы препроцессора начинаются с символа #. В данном случае применение директивы include обеспечит подстановку в исходный текст программы стандартного заголовочного файла < stdio.h>, содержащего описания функций printf и scanf. Если удалить первую строку программы, то компилятор не сможет проверить правильность обращения к функциям printf и scanf и выдаст сообщение об ошибке.

Основными элементами, из которых строится любая программа на языке Си, являются функции. Выполнение программы, написанной на языке Си, начинается с вызова главной функции, которая должна иметь имя main. Тип возвращаемого значения указывается до имени функции, а список аргументов приводится в круглых скобках после имени функции. В приведенном примере функция main имеет пустой список аргументов и ничего не возвращает (на это указывает ключевое слово void).

Тип возвращаемого значения, имя функции и список ее аргументов образуют заголовок функции. Помимо заголовка, функция должна иметь тело (или определение). Тело функции представляет собой блок. Блок - это последовательность операторов языка Си, заключенная в фигурные скобки. Фигурные скобки выполняют в языке Си роль операторных скобок. Каждый из операторов языка Си заканчивается символом

Рассмотрим тело функции main. Первые три строки тела main содержат описания переменных. В языке Си существует правило: все используемые переменные, структуры данных или функции должны быть обязательно описаны до своего использования. В приведенном примере описаны переменные следующих типов: переменная x целого типа, переменная a типа с плавающей точкой, переменная c символьного типа и переменная str строкового типа.

После описания переменных производится обращение к стандартным функциям printf и scanf. Функция printf обеспечивает вывод информации на экран, а scanf - ввод данных с клавиатуры.

Приведенная программа содержит также комментарии, или пояснительный текст. Для языка Си более типично указание комментариев между парами символов /* и */, играющих роль открывающих и закрывающих скобок. В языке Си++ имеется еще одна возможность задания комментариев: с помощью пары символов //. Все символы, следующие за // до конца строки, рассматриваются как комментарий и игнорируются компилятором.