Семакин И.Г., Шестаков А.П. Основы программирования

Подождите немного. Документ загружается.

ГЛАВА 4. ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ СИ++

4.1.

Введение в Си и Си++

История языка программирования C++. Вторым языком програм-

мирования, который предлагается для изучения в данном посо-

бии, является язык Си (в английском варианте его название обо-

значается одной заглавной буквой латинского алфавита

—

С). Язык

Си был создан в 1972 г. сотрудником фирмы Bell Laboratories в

США Денисом Ритчи.

По замыслу автора, язык Си должен был обладать противоре-

чивыми свойствами. С одной стороны, это язык программирова-

ния высокого уровня, поддерживающий методику структурного

программирования (подобно Паскалю). С другой стороны, этот

язык должен обеспечивать возможность создавать такие систем-

ные программы, как компиляторы и операционные системы. До

появления Си подобные программы писались исключительно на

языках низкого уровня — Ассемблерах, Автокодах. Первым сис-

темным программным продуктом, разработанным с помощью Си,

стала операционная система UNIX. Из-за упомянутой выше двой-

ственности свойств нередко в литературе язык Си называют язы-

ком среднего уровня. Стандарт Си был утвержден в 1983 г. Амери-

канским национальным институтом стандартов (ANSI) и полу-

чил название ANSI С.

В начале 1980-х гг. в той же фирме Bell Laboratories ее сотрудни-

ком Бьерном Строуструпом было разработано расширение языка

Си,

предназначенное для объектно-ориентированного програм-

мирования. По сути дела, был создан новый язык, первоначально

названный «Си с классами», а позднее (в 1983 г.) получивший

название Си++ (Си-плюс-плюс). Язык Си++ принято считать язы-

ком объектно-ориентированного программирования. Однако этот

язык как подмножество включает в себя Си и по-прежнему со-

храняет свойства языка для системного программирования. Все

существующие версии трансляторов для Си++ поддерживают стан-

дарт ANSI С.

Из сказанного выше следует, что язык Си++ поддерживает как

процедурную, так и объектно-ориентированную парадигмы про-

граммирования. Последующий материал пособия в большей степе-

ни посвящен процедурному программированию на Си++ и лишь в

разд. 4.10 приводится краткое введение в ООП на Си++, подобно

тому как это сделано в гл. 3, посвященной Паскалю.

170

Примеры программ. Для того чтобы получить первоначальное

представление о программировании на Си/Си++, рассмотрим

несколько примеров.

В литературе по программированию стало традицией приво-

дить в качестве примера первой программы на Си следующий

текст.

Пример 1.

/* Ваша первая программа на Си */

#include <stdio.h>

void main()

{

printf("\n Здравствуй, Мир!\п");

}

Здесь первая строка представляет собой комментарий. Начало

и конец комментария ограничиваются парами символов /* и */

Все,

что расположено между этими символами, компилятор иг-

норирует.

Вторая строка программы содержит директиву

препроцессора:

#include <stdio.h>

Она сообщает компилятору информацию о необходимости под-

ключить к тексту программы содержимое файла stdio. h, в кото-

ром находится описание (прототип) библиотечной функции

printf () — функции вывода на экран.

Вся последующая часть программы называется блоком описания

главной

функции.

Она начинается с заголовка главной функции:

void main ()

Любая программа на Си обязательно содержит главную функ-

цию,

имя которой

—

main. Слово void обозначает то, что главная

функция не возвращает никаких значений в результате своего

выполнения, а пустые скобки обозначают отсутствие аргументов.

Тело главной функции заключается между парой фигурных ско-

бок, следующих после заголовка.

Текст программы содержит всего лишь один исполняемый опе-

ратор

—

это оператор вывода на экран. Вывод осуществляется пу-

тем обращения к стандартной библиотечной функции printf (). В

результате его выполнения на экран выведется текст:

Здравствуй, Мир!

Впереди данной строки и после нее будет пропущено по одной

пустой строке, что обеспечивается наличием управляющих сим-

волов \п.

Следующий пример содержит программу, выполняющую те же

самые действия, но написанную на Си++.

171

Пример 2.

// Ваша первая программа на Си++

•include <iostream.h>

void main()

{

сои1:"\пЗдравствуй Мир!\п";

}

Первое отличие от программы из примера 1 состоит в форме

комментария. В Си++ можно использовать

строчный

коммента-

рий,

который начинается с символов //и заканчивается концом

строки. Для организации вывода на экран к программе подключа-

ется специальная

библиотека

объектов,

заголовочный файл кото-

рой имеет имя iostream.h. Вывод осуществляется посредством

объекта cout из этой библиотеки.

В примере 1 используется механизм

форматного

ввода/вывода.

характерный

для

Си.

примере

работает механизм

потокового

вво-

да/вывода,

реализованный в Си++. Преемственность Си++ по отно-

шению к Си выражается в том, что программа из примера

будет

восприниматься компилятором Си++,

т.

е.

эта программа исполни-

ма

любой системе программирования, ориентированной на Си++.

Рассмотрим еще один пример программы на Си/Си++. Сопос-

тавим ее с аналогичной программой на Паскале.

Пример

Деление простых дробей (см. разд. 3.1):

a/b : c/d = т/п

Паскаль Си

Program Example_3; #include <stdio.h>

Var

a,b,c,d,

void main()

m,n: Integer; {

Begin int

a,b,c,m,n;

Write("a="); ReadLn(a); printf("\na=")

Write ("b="); ReadLn(b); scanf("%d",&a)

Write ("c="); ReadLn(c); printf("\nb=")

Write("d="); ReadLn(d); scanf("%d",&b)

m:=a*d;

printf("\nc=")

n:=b*c; scanf("%d",&c)

WriteLn("m=",m); printf("\nd=")

WriteLn("n=",n) scanf("%d",&d)

End. m=a*d;

n=b*c;

printf("\nm=%d",m);

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

}

этом примере появился целый ряд новых элементов по сравне-

нию с предыдущим.

Первая

строка

в теле

главной функции является

172

объявлением пяти переменных целого типа

—

int. Далее наряду с

уже знакомым оператором форматного вывода на экран используется

оператор форматного ввода с клавиатуры

—

scanf (). Это также стан-

дартная функция из библиотеки ввода/вывода, подключаемая к про-

грамме с помощью файла stdio. h. Первый аргумент этой функции

является спецификацией формата вводимых значений. В данном

случае он указывает на то, что с клавиатуры будет вводиться целое

число. Перед именем вводимой переменной принято писать символ

Это необходимо делать для правильной работы функции scanf ().

Смысл данного символа будет пояснен позже.

отличие от Паскаля в

качестве знака присваивания используется символ =. Однако читать

его надо как «присвоить». Спецификации формата

используются и

при организации вывода на экран целых чисел с помощью функции

printf ().

Этапы работы с программой на Си++ в системе программирова-

ния (рис. 41 — прямоугольниками отображены системные про-

граммы, а блоки с овальной формой обозначают файлы на входе

и на выходе этих программ).

Текстовый редактор

Исходный текст программы на Си++

(файл example.cpp)

Препроцессор

Включаемые файлы

*.h

Полный текст программы на Си++

(файл example.cpp)

' '

Компилятор

Объектный код программы

(файл example.obj)

Компоновщик

Библиотечные файлы

Исполняемая программа

(файл example.exe)

Рис.

173

С помощью текстового редактора формируется текст про-

граммы и сохраняется в файле с расширением срр. Пусть, напри-

мер,

это будет файл с именем example, срр.

Осуществляется этап препроцессорной обработки, содержа-

ние которого определяется директивами препроцессора, рас-

положенными перед заголовком программы (функции). В част-

ности, по директиве #include препроцессор подключает к тек-

сту программы заголовочные файлы (*.h) стандартных библио-

тек.

Происходит компиляция текста программы на Си++. В ходе

компиляции могут быть обнаружены синтаксические ошибки,

которые должен исправить программист. В результате успешной

компиляции получается объектный код

программы

в файле с рас-

ширением obj. Например, example.obj.

Выполняется этап компоновки с помощью системной про-

граммы Компоновщик (Linker). Этот этап еще называют редак-

тированием связей. На данном этапе к программе подключаются

библиотечные функции. В результате компоновки создается ис-

полняемая программа в файле с расширением ехе. Например,

example.exe.

4.2.

Элементы языка Си++

Алфавит. В алфавит языка Си++ входят:

• латинские буквы: от а до г (строчные) и от А до Z (прописные);

• десятичные цифры: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9;

• специальные символы:" { } , I []()+-/% \ ; ' :

?< = >__! &#~

. *

К специальным символам относится также пробел.

В комментариях, строках и символьных константах могут ис-

пользоваться и другие знаки (например, русские буквы).

Комбинации некоторых символов, не разделенных пробелами,

интерпретируются как один значимый символ. К ним относятся:

++ — == && || « » >= <= += -= *= /= ?: /* */ //

В Си++ в качестве ограничителей комментариев могут исполь-

зоваться как пары символов /* и */, принятые в языке Си, так и

символы //, используемые только в Си++. Признаком конца та-

кого комментария является невидимый символ перехода на но-

вую строку. Примеры:

/* Это комментарий, допустимый в Си и Си++ */

//Это строчный комментарий, используемый только в

Си++

174

Из символов алфавита формируются лексемы

—

единицы тек-

ста программы, которые при компиляции воспринимаются как

единое целое и не могут быть разделены на более мелкие элемен-

ты.

К лексемам относятся идентификаторы, служебные слова,

константы, знаки операций, разделители.

Идентификаторы. Последовательность латинских букв, цифр,

символов подчеркивания (_), начинающаяся с буквы или симво-

ла подчеркивания, является идентификатором. Например:

В12 rus hard_RAM_disk MAX ris_32

В отличие от Паскаля в Си/Си++ различаются прописные и

строчные буквы. Это значит, что, например, flag, FLAG, Flag,

FlAg — разные идентификаторы.

Ограничения на длину идентификатора могут различаться в раз-

ных реализациях языка. Компиляторы фирмы Borland позволяют ис-

пользовать

до

32 первых символов имени.

некоторых других реали-

зациях допускаются идентификаторы длиной не более 8 символов.

Служебные (ключевые) слова. Как и в Паскале, служебные сло-

ва в Си

—

это идентификаторы, назначение которых однозначно

определено в языке. Они не могут быть использованы как свобод-

но выбираемые имена. Полный список служебных слов зависит от

реализации языка,

т.

е.

различается для разных компиляторов. Од-

нако существует неизменное ядро, которое определено стандар-

том Си++. Вот его список:

asm

auto

break

case

catch

char

class

const

continue

default

delete

double

else

enum

extern

float

for

friend

goto

inline

int

long

new

Дополнительные к этому списку служебные слова приведены в

описаниях конкретных реализаций Си++. Некоторые из них на-

чинаются с символа подчеркивания, например: _export, _ds, _AH

и др. Существуют служебные слова, начинающиеся с двойного

подчеркивания. В связи с этим программисту не рекомендуется

использовать в своей программе идентификаторы, начинающие-

ся с одного или двух подчеркиваний, во избежание совпадения со

служебными словами.

operator

private

protected

public

return

short

signed

sizeof

static

struct

switch

template

this

throw

try

typedef

typeid

union

unsigned

virtual

void

volatile

while

175

4.3.

Типы данных

Концепция типов данных является важнейшей стороной лю-

бого языка программирования. Особенность Паскаля состоит в

большом разнообразии типов, схематически представленном в

разд. 3.4 на рис. 9. Аналогичная схема для языка Си++ представле-

на на рис. 42.

Сравнение схем приводит к выводу о том, что разнообразие

типов данных в Си++ меньше, чем в Турбо Паскале.

В Си/Си++ имеется четыре базовых арифметических (число-

вых) типа данных. Из них два целочисленных — char, int — и

два плавающих (вещественных)

—

float и double. Кроме того, в

программах можно использовать некоторые модификации этих ти-

пов,

описываемых с помощью служебных слов

—

модификаторов.

Существуют два модификатора размера — short (короткий) и

long (длинный)

—

и два модификатора знаков

—

signed (знако-

вый) и unsigned (беззнаковый). Знаковые модификаторы при-

меняются только к целым типам.

Как известно, тип величины связан с ее формой внутреннего

представления, множеством принимаемых значений и множеством

операций, применимых к этой величине. В табл. 4.1 перечислены

арифметические типы данных Си++, указан объем занимаемой

памяти и диапазон допустимых значений.

Размер типа int и unsigned int зависит от размера слова

операционной системы, в которой работает компилятор Си++. В

16-разрядных ОС (MS DOS) этим типам соответствуют 2 байта, в

32-разрядных (Windows) — 4 байта.

Скалярные -

Арифметические

Указатели

Целые

Плавающие

Типы

Составные -

Массивы

Структуры

Смесь

Рис.

176

Таблица 4.1

Тип

данных

char

int

unsigned

char

unsigned

int

short

int

unsigned

short

long int

unsigned

long int

float

double

long

double

Размер

(байт)

2/4

Диапазон значений

-128...+

127

зависит от системы

0...255

зависит от системы

-32768...

32767

0...65535

-2147483648... 2147483647

0...4294967295

±(3.4Е-38...3.4Е+38)

±(1.7Е—308...

1.7Е+308)

±(3.4Е-4932...1.1Е+4932)

Эквивалентные

названия типа

signed char

signed, signed

int

нет

unsigned

short, signed

short int

unsigned short

int

long, signed

long int

unsigned long

нет

Анализируя данные табл.

4.1,

можно сделать следующие выводы:

• если не указан базовый тип, то по умолчанию подразумева-

ется int;

• если не указан модификатор знаков, то по умолчанию подра-

зумевается signed;

• с базовым типом float модификаторы не употребляются;

• модификатор short применим только к базовому типу int.

Программисту, работавшему на Паскале, покажется странным,

что тип char причислен к арифметическим типам. Ведь даже его

имя указывает на то, что это символьный тип! В Си/Си++ вели-

чины типа char могут рассматриваться в программе и как симво-

лы,

и как целые числа. Все зависит от контекста, т.е. от способа

использования этой величины. В случае интерпретации величины

типа char как символа ее числовое значение является ASCII-

кодом. Следующий пример иллюстрирует сказанное.

char a=65;

printf("%c",а);/*На экране появится символ А*/

printf("%d",a);/*На экране появится число 65*/

Символы "%с" являются спецификацией формата ввода/выво-

да символьных данных, a "%d"

—

спецификацией для целых чисел.

177

Еще одной особенностью Си, которая может удивить знатоков

Паскаля, является отсутствие среди базовых типов логического

типа данных. Между тем, как мы дальше увидим, в Си использу-

ются логические операции и логические выражения. В качестве

логических величин в Си/Си++ выступают целые числа. Интер-

претация их значений в логические величины происходит по пра-

вилу: равно нулю

—

ложь (в Паскале — false), не равно нулю —

истина (в Паскале — true).

В последние версии Си++ добавлен отдельный логический

тип с именем bool. Его относят к разновидности целых типов

данных.

Описание переменных в программах на Си/Си++ имеет вид:

имя_типа список_переменных;

Примеры описаний:

char symbol,ее;

unsigned char code;

int number,row;

unsigned long long_number;

float x,X,cc3;

double e,b4;

long double max_num;

Одновременно с описанием можно задать начальные значения

переменных. Такое действие называется инициализацией перемен-

ных. Описание с инициализацией производится по следующей

схеме:

тип имя_переменной = начальное_значение

Например:

float pi=3.14159,с=1.23;

unsigned int year=2000;

Константы. Запись целых

констант.

Целые десятичные числа,

начинающиеся не с нуля, например: 4, 356, —128.

Целые

восьмеричные

числа, запись которых начинается с нуля,

например: 016, 077.

Целые

шестнадцатеричные

числа, запись которых начинается с

символов Ох, например: OxlA, 0x253, OxFFFF.

Тип константы компилятор определяет по следующим пра-

вилам: если значение константы лежит в диапазоне типа int,

то она получает тип int; в противном случае проверяется, ле-

жит ли константа в диапазоне типа unsigned int, в случае

положительного ответа она получает этот тип; если не подхо-

дит и он, то пробуется тип long и, наконец, unsigned long.

Если значение числа не укладывается в диапазон типа unsigned

long, то возникает ошибка компиляции.

178

Запись вещественных констант. Если в записи числовой кон-

станты присутствует десятичная точка (2.5) или экспоненциаль-

ное расширение (1Е-8), то компилятор рассматривает ее как ве-

щественное число и ставит ей в соответствие тип double. Приме-

ры вещественных констант:

4 4

. 3.14159 44Е0

1.5Е-4.

Использование

суффиксов.

Программист может явно задать тип

константы, используя для этого суффиксы. Существуют три вида

суффиксов: F(f) -float; U(u) -unsigned; L(l) - long (для

целых и вещественных констант). Кроме того, допускается совмес-

тное использование суффиксов и и L в вариантах

или LU.

Примеры:

3.14159F — константа типа float, под которую выделяется 4

байта памяти;

3.14L — константа типа long double, занимает 10 байт;

50000U — константа типа unsigned int, занимает 2 байта

памяти (вместо четырех без суффикса);

0LU — константа типа unsigned long, занимает 4 байта;

24242424UL — константа типа unsigned long, занимает 4

байта.

Запись символьных

строковых

констант.

Символьные констан-

ты заключаются в апострофы. Например:'А','а','5','

'. Стро-

ковые константы, представляющие собой символьные последова-

тельности, заключаются в двойные кавычки. Например: "rezult",

"введите исходные данные".

Особую разновидность символьных констант представляют так

называемые управляющие символы. Их назначение — управление

выводом на экран. Как известно, такие символы расположены в

начальной части кодовой таблицы ASCII (коды от 0 до 31) и не

имеют графического представления. В программе на Си они изоб-

ражаются парой символов, первый из которых ' \'. Вот некото-

рые из управляющих символов:

' \п' — переход на новую строку;

' \t' — горизонтальная табуляция;

\а' — подача звукового сигнала. Полный список управляю-

щих символьных последовательностей будет дан позднее.

Управляющие символьные последовательности являются частным

случаем

эскейп-последовательностей

(ESC-sequence), с помощью

которых можно задать символьную константу указанием ее кода. Код

символа можно указать в восьмеричном или в шестнадцатеричном

представлении. Формат восьмеричного представления:' \ddd'. Здесь

—

восьмеричная цифра (от 0 до 7). Формат шестнадцатеричного

представления:' \xhh' (или ' \xhh'), где h — шестнадцатеричная

цифра (от 0 до F). Например, константа, соответствующая заглав-

ной латинской букве А, может быть представлена тремя способа-

ми:

'А', '\101 ',

'\х41'

179