1. Podstawy języka C

1. Język C i inne języki programowania

• Pierwszy standard (faktyczny)

• rozprowadzany z systemem Unix System V

• Brian W. Kernighan, Denis M. Ritchie: The C Programming Language (Prentice-Hall 1978, polskie wydanie: Język C, WNT 1987)

• często używany skrót: standard K&R

• Aktualny standard (formalny)

• opracowany przez Amerykański Narodowy Instytut Standaryzacji (ANSI)

• przyjęty w grudniu 1989

• Brian W. Kernighan, Denis M. Ritchie: The C Programming Language, Second Edition (Prentice-Hall 1988, polskie wydanie: Język ANSI C, WNT 1994)

• Lokalizacja języka C wśród języków programowania

• najwyższy poziom - Ada, Modula-2, Pascal, COBOL, FORTRAN, BASIC

• średni poziom - C++, C, FORTH

• najniższy poziom - asembler

• Charakterystyka języka C

• stanowi połączenie elementów języka programowania wysokiego poziomu z funkcjonalnością asemblera

• umożliwia działania na pojedynczych bitach, bajtach i adresach - podstawowych obiektach funkcjonowania komputera

• jest przenośny (ang. portable) - łatwo jest przystosować tekst źródłowy do różnych typów komputerów

• jest czytelny (ang. readable) - łatwo można stwierdzić, co program robi

W języku C	W asemblerze
a = b+c-2 ;	LOAD b, %r0
	LOAD c, %r1
	ADD %r0, %r1
	SUB &2, %r1
	STORE %r1, a

2. Program w języku C

2.1. Przykład programu w języku C


/* mój pierwszy program w C */ komentarz


#include <stdio.h> dyrektywa preprocesora


int main() nagłówek funkcji



{


printf("Witam\n"); treść funkcji

return 0;


}

• Każdy program w języku C jest zbudowany z pewnej liczby funkcji, czyli samodzielnych podprogramów. Każdy program ma co najmniej jedną funkcję.

• Funkcja jest to zestaw instrukcji, które realizują określone zadanie.

• W każdym programie musi istnieć funkcja o nazwie main - jest ona wywoływana jako pierwsza po rozpoczęciu wykonywania programu.

• Funkcja main() zawiera plan działań programu, składający się z wywołań innych funkcji.

Elementy składowe programu

/* ... */	Komentarz języka C; komentarzem jest wszystko wewnątrz znaków /* i */; może to być kilka wierszy. W kompilatorze Borlanda można również stosować komentarze z języka C++. Taki komentarz jest poprzedzony znakami //; może to być tylko jeden wiersz.
#include	Dyrektywa preprocesora - określa dołączany do programu plik z informacjami potrzebnymi do prawidłowej kompilacji i wykonania programu. #include <stdio.h> dołącza plik potrzebny dla funkcji printf(). stdio.h jest skrótem od: standard input-output header file - plik nagłówkowy standardowego wejścia-wyjścia.
int main(){ }	Definicja funkcji; funkcja ma nagłówek i treść (instrukcje) zawartą między nawiasami klamrowymi. Typ funkcji określa rodzaj wartości, który funkcja zwraca po wykonaniu; int oznacza, że funkcja zwraca wartość całkowitą.
printf("Witam\n");	Wywołanie funkcji bibliotecznej printf() w celu wydrukowania tekstu. Symbol \n oznacza przejście do nowego wiersza.
return 0;	Funkcja main zwraca wartość 0 (liczba całkowita) do systemu operacyjnego - oznacza to, że program wykonał się prawidłowo i do końca.

1.2.2. Struktura programu w języku C


















































1.2.3. Kompilacja programu




• Program źródłowy (ang. source code): dający się odczytać tekst programu.

• Kod wynikowy (ang. object code): przekład tekstu źródłowego programu na język komputerowy.

• Program wykonywalny (ang. executable program): program binarny gotowy do wykonania

• Kompilator (ang. compiler): program, który wczytuje cały tekst źródłowego i przekłada go na język komputerowy

• Konsolidator (ang. linker): program, który łączy oddzielnie skompilowane funkcje w jeden program; wiąże on kod wynikowy z funkcjami biblioteki C

• Biblioteka (ang. library): plik zawierający funkcje standardowe, z których można korzystać w programie. Podczas wywołania takiej funkcji kompilator zapamiętuje jej nazwę, zaś konsolidator łączy kod wynikowy tekstu źródłowego z kodem istniejącym w bibliotece.

1.3. Przegląd konstrukcji języka C

1.3.1. Zmienne i stałe

• Dane programu zapisywane są w postaci zmiennych (ang. variable) lub stałych (ang. constant).

• Zmienna to pewien obszar pamięci o nadanej symbolicznej nazwie, w którym można przechowywać dane i z którego można te dane odczytać.

• Stała (literał, ang. literal constant) to dana zapisana w sposób dosłowny (liczba, znak, tekst), nie zmienia się podczas wykonywania programu.

• Przykład:












1.3.2. Identyfikatory

• Identyfikator (ang. identifier) to nazwa służąca do oznaczania zmiennych, funkcji i innych obiektów zdefiniowanych przez użytkownika.

• Nazwa może zawierać litery, cyfry, znak podkreślenia.

• Nazwa może rozpoczynać się od litery lub znaku podkreślenia.

• Rozróżniane są małe i wielkie litery.

• Nazwa nie może być słowem kluczowym języka C.

• Standard ANSI ogranicza rozmiar nazw do 31 znaków.

• Przykłady:

Poprawne nazwy	Niepoprawne nazwy
licznik	1licznik
test12	test-12
test_12	test..12

1.3.3. Podstawowe typy danych

• Dane (zmienne i stałe) przechowywane są w pamięci jako ciąg bitów.

• Typ danych - nadaje znaczenie ciągowi bitów o określonym adresie i długości:

• określa ile pamięci potrzeba do przechowania danej,

• jakie operacje mogą być wykonane na danej,

• jak te operacje są interpretowane.

• W C istnieje pięć podstawowych typów danych:

• char (znakowy) - do przechowywania znaków ASCII i małych liczb całkowitych

• int (całkowity) - do przechowywania liczb całkowitych

• float (zmiennoprzecinkowy) - do przechowywania liczb rzeczywistych

• double (zmiennoprzecinkowy podwójnej długości) - do przechowywania liczb rzeczywistych

• void (pusty) - do zastosowań specjalnych, np. dla funkcji nie zwracających wartości

• Typ i nazwę zmiennej nadaje użytkownik za pomocą odpowiedniej deklaracji, biorąc pod uwagę dane, które mają być w zmiennej przechowywane.

Przykład:

int licznik; /* zmienna typu int o nazwie licznik

( może przechowywać liczby całkowite

z zakresu określonego typem int) */

double suma; /* zmienna typu double o nazwie suma

(może przechowywać liczby rzeczywiste) */

char c; /* zmienna typu char o nazwie c

(może przechowywać znaki lub małe liczby całkowite)*/

• Typ stałej określa użytkownik odpowiednio zapisując daną w instrukcji.



























1.3.4. Słowa kluczowe

• W języku C słowa o zastrzeżonym znaczeniu nazywane są słowami kluczowymi (ang. key words). Jest ich 32.

• Tych słów nie można używać jako nazwy zmiennych i innych obiektów.

• Przykłady słów kluczowych:

• int - używane jest do określenia typu całkowitego

• if - instrukcja wyboru

• sizeof - operator

1.3.5. Wyrażenia

• Wyrażenie (ang. expression) to kombinacja stałych, zmiennych i operatorów stosowanych do zapisu wykonywanych obliczeń.

• Wyrażenie ma wartość i jest określonego typu.

• Przykłady wyrażeń:

2 * 3 /* mnożenie dwóch stałych:

wartość 6, typ int */

i + 1 /* dodawania stałej i zmiennej typu int:

wartość zależy od i, typ int */

5 + h*6 /* h jest typu int; wartość zalezy od h,

typ int */

0.5 * sqrt(2.) /* sqrt - pierwiastek;

wartość 0.5*1.41, typ double */

1.3.6. Operatory arytmetyczne

Symbol	Znaczenie
*	Mnożenie
/	Dzielenie
%	Reszta z dzielenia (dzielenie modulo)
+	Dodawanie
-	Odejmowanie

• Operatory arytmetyczne można stosować do wszystkich podstawowych typów.

• Ograniczenia:

• operator dzielenia modulo może być stosowany tylko do typów całkowitych

• Operatorom nadany jest priorytet, aby operacje arytmetyczne były realizowane w sposób jednoznaczny.

• W tabeli linią poziomą oddzielono operatory o różnych priorytetach.

• Operatory *, / i % mają wyższy priorytet niż operatory + i - .

• Do zmiany kolejności wykonywania działań można używać nawiasów.

• Przykład:

2 + 3 * 5 daje w wyniku 17

(2 + 3) *5 daje w wyniku 25

• Dwie arytmetyki:

• arytmetyka liczb całkowitych: wynik działania na liczbach całkowitych jest liczbą całkowitą

• arytmetyka liczb rzeczywistych: wynik działania na liczbach rzeczywistych jest liczbą rzeczywistą

• w przypadku mieszanym (liczba całkowita i liczba rzeczywista) wynik jest liczbą rzeczywistą.

Przykład:

1 / 2 daje w wyniku 0

4 / 3 daje w wyniku 1

1./ 2 daje w wyniku 0.5

1./2. daje w wyniku 0.5

1.3.7. Operatory relacji

Symbol		Znaczenie
<	mniejsze
<=	mniejsze lub równe
>	większe
>=	większe lub równe
==	równe
!=	nierówne

• Pomiędzy dwoma wyrażeniami może występować 6 relacji.

• W tabeli linią poziomą oddzielono operatory o różnych priorytetach.

• Wszystkie operatory relacji mają niższy priorytet od operatorów arytmetycznych.

• Każda operacja porównania generuje wynik 1, jeżeli warunek jest spełniony lub 0 jeżeli warunek nie jest spełniony.

• Przykład 1:

załóżmy, że x ma wartość 2, zaś y wartość 5

x < y daje w wyniku 1

• Przykład 2:

wyrażenie x + 1 < y * 2 jest interpretowane jako (x+1) < (y*2)

1.3.8. Instrukcje

• Instrukcja (ang. statement) opisuje czynności wykonywane w programie.

• Instrukcja pojedyncza jest zakończona średnikiem.

• Najprostszą instrukcją jest instrukcja pusta. Ma ona postać:

;

• Nie powoduje ona wykonania żadnej czynności i jest wprowadzona przede wszystkim do ujednolicenia opisu pewnych konstrukcji.

• Inny przykład instrukcji pojedynczej to:

i=2; /* przypisanie wartości 2 zmiennej i */

printf("Witamy\n"); /* wywołanie_funkcji */

• Ciąg instrukcji umieszczony w nawiasach klamrowych tworzy instrukcję złożoną (ang. compound statement). Nazywana jest ona również blokiem.

• Instrukcji złożonej nie trzeba kończyć średnikiem.

• Przykład instrukcji złożonej:

{

printf("zwiększ i o 1\n");

i=i+1;

}

• Instrukcję złożoną traktuje się tak, jak pojedynczą instrukcję. Można ją umieścić wszędzie tam, gdzie może pojawić się pojedyncza instrukcja.

1.3.8.1. Instrukcja przypisania

• Ogólna postać instrukcji przypisania (ang. assignment statement):

nazwa_zmiennej = wyrażenie;

• Przykłady:

i=1;

i=(2+3)*5;

i=2+3*5;

k=i+j;

1.3.8.2. Instrukcja wywołania funkcji

• Ogólna postać instrukcji wywołania funkcji (ang. function call):

nazwa_funkcji(parametr1, parametr2,...,parametrN);

• Przykłady:

printf("Witamy\n");

a=sqrt(2.); /* pierwiastek kwadratowy */

b=pow(12.0,5.); /* 12 do potęgi 5 */

1.3.8.3. Instrukcja wyboru

• Instrukcja wyboru (warunkowa, ang. selection) w zależności od wyniku testu warunkowego pozwala przejść do określonego fragmentu programu.

• Wynikiem testu może być wartość prawda lub nieprawda.

• W języku C:

• prawda jest dowolną liczbą różną od zera

• nieprawda jest liczbą 0.

• W C istnieją dwa typy instrukcji wyboru: if i switch.

• Przykład 1: pojedynczy wybór if

if (wyrażenie) instr_1; // Wykonaj, gdy prawda: // wartość wyrażenia // jest różna od zera

if (punkty >= 15 ) printf("Zaliczone\n)";







Wykonanie:

1. Oblicz wartość wyrażenia.

2. Jeśli wartość to prawda, wykonaj instrukcję. W przeciwnym wypadku przejdź do instrukcji następującej po instrukcji wyboru.

• Przykład 2: Podwójny wybór if -else

if (wyrażenie)


instr_1 // Wykonaj, gdy prawda

else

instr_2 // Wykonaj, gdy fałsz:

// wartość wyrażenia równa zeru




1. Instrukcja iteracyjna

• Instrukcja iteracyjna (ang. iteration) powoduje wielokrotne wykonanie pewnej grupy instrukcji.

• Jest nazywana również instrukcją pętli (ang. loop).

• Do instrukcji iteracyjnych należą: while, for i do/while.

• Przykład - instrukcja while: powtarzaj instrukcje, dopóki wyrażenie jest prawdą.

while (wyrażenie) while (x<y)

instrukcja x=x+1;









1. Oblicz wyrażenie.

2. Jeśli jego wartość jest różna od zera (prawda), wykonaj instrukcje.

3. Wróć na początek while i ponownie oblicz wyrażenie.

4. Powtarzaj ten cykl, aż do chwili, w której wartość wyrażenia stanie się zerem (fałsz). Wtedy przejdź do instrukcji następującej po pętli.

1.4. Instrukcje wejścia - wyjścia

1.4.1. Wyświetlanie danych na ekranie monitora - printf()

#include <stdio.h>

int main()

{

int suma;

suma=2+5;

printf("Wynik dodawania 2+5 wynosi %d\n",suma);





return 0;



}




printf("Witamy\n");

printf("Pole kola o promieniu %f=%f \n",r,pow);

printf("Pierwiastek %lf wynosi %lf\n",liczba, sqrt(liczba));

printf("Kwadrat liczby %d to %d\n", liczba, liczba*liczba);

Argumenty funkcji printf()

• Pierwszy argument (łańcuch formatu): określa sposób wyświetlania wszystkich następnych argumentów.

• Składa się z dwóch rodzajów elementów:

• znaków, które mają być wyświetlone w nie zmienionej postaci ("Wynik dodawania 2+5 wynosi ")

• specyfikatorów przekształceń, które określają sposób wyświetlania wartości kolejnych argumentów; specyfikator przekształcenia rozpoczyna się od znaku %,
  za którym występuje kod formatu (%d)

• Kolejne argumenty określają co ma być wyświetlone. Mogą to być zmienne, funkcje zwracające wartość, wyrażenia.

• Liczba argumentów znajdujących się za łańcuchem formatu musi być dokładnie taka sama, jak liczba specyfikatorów formatu.

• Specyfikatory przekształceń dla podstawowych typów danych:

%d - typ int: liczba całkowita ze znakiem w systemie dziesiętnym

%f - typ float: liczba zmiennoprzecinkowa w systemie dziesiętnym

%e - typ float: liczba zmiennoprzecinkowa w zapisie wykładniczym

%lf - typ double: liczba zmiennoprzecinkowa w systemie dziesiętnym

%le - typ double: liczba zmiennoprzecinkowa w zapisie wykładniczym

%c - typ char: pojedynczy znak

%s - tablica znakowa zakończona znakiem NULL: napisy

• Ze specyfikatorami przekształceń mogą wystąpić modyfikatory formatu określające:

• minimalną szerokość pola

• dokładność - czyli liczbę wyświetlanych pozycji dziesiętnych

• wyrównanie wyświetlanych danych - dosunięcie do lewej lub prawej strony pola

1.4.2. Wczytywanie danych z klawiatury - scanf()

#include <stdio.h>

int main()

{

int liczba, kwadrat;

printf("Wpisz liczbe calkowita: ");

scanf("%d", &liczba);

kwadrat=liczba*liczba;

printf("Kwadrat %d to: %d\n",liczba, kwadrat);

return 0;

}

Argumenty funkcji scanf()

• Pierwszy argument (łańcuch formatu) określa sposób wczytywania wartości do zmiennych wskazywanych przez zmienne występujące na liście argumentów.

• Pozostałe argumenty wskazują zmienne, do których są wczytywane wartości.

• Funkcja buforuje wiersze danych wejściowych, czyli czeka na naciśnięcie klawisza Enter.

• Specyfikatory formatu dla podstawowych typów danych:

%d - typ int: liczba całkowita ze znakiem w systemie dziesiętnym

%ld - typ long int: liczba całkowita ze znakiem w systemie dziesiętnym

%f - typ float: liczba zmiennoprzecinkowa w systemie dziesiętnym

%e - typ float: liczba zmiennoprzecinkowa w zapisie wykładniczym

%lf - typ double: liczba zmiennoprzecinkowa w systemie dziesiętnym

%le - typ double: liczba zmiennoprzecinkowa w zapisie wykładniczym

%c - typ char: pojedynczy znak

1.4.3. Wczytywanie i wyświetlanie pojedynczych znaków - getchar() i putchar()

• Każdy wiersz wczytywanych danych składa się z zera lub więcej znaków, po których następuje znak nowego wiersza.

• Cały tekst to strumień znaków podzielony na wiersze.

• Funkcja getchar() pobiera ze strumienia znaków następny znak i zwraca jego wartość.

Przykład:

c=getchar(); /* wartość c to następny znak z wejścia */

• Funkcja putchar(c) wypisuje znak c na ekranie.

Przykład:

c='*';

putchar(c); /* wyświetla gwiazdkę na ekranie */

• Przykład programu:

#include <stdio.h>

/* Zlicz znaki w tekście zakończonym kropką */

int main() {

char c;

int licznik;

licznik=0;

c=getchar();

while(c!='.') {

licznik=licznik+1;

c=getchar();

}

printf("%d\n",licznik);

return 0;

}

1.5. Dyrektywy preprocesora

• Tekst źródłowy programu może zawierać instrukcje dla kompilatora. Są to dyrektywy preprocesora (ang. preprocessor directives).

• Wszystkie dyrektywy rozpoczynają się od znaku #.

• Każda dyrektywa musi się znajdować w oddzielnym wierszu.

1.5.1. Dyrektywa #include

• Poleca kompilatorowi włączenie w miejscu jej występowania innego pliku źródłowego.

• Składnia:

#include <nazwa_pliku>

#include "nazwa_pliku"

• Znaki < > używane są do włączania standardowych plików nagłówkowych; poszukiwane są one w katalogach określonych w konfiguracji kompilatora.

• Znaki " " oznaczają, że najpierw plik jest poszukiwany w bieżącym katalogu, gdy nie zostanie znaleziony przeszukiwane są katalogi standardowe implementacji.

1.5.2. Dyrektywa #define

• Definiuje nazwę i ciąg znaków, który będzie zamiast niego wstawiany w każdym miejscu pliku źródłowego.

• Składania:

#define nazwa ciąg_znaków

• Przykład:

#define PI 3.14159

main() {

....

obwod=2*PI*r;

}

1.6. Przykłady programów

/* Program oblicza powierzchnie koła - wersja 1 */

#include <stdio.h>

#define PI 3.14

int main()

{

float r,pow;

r=1;

pow=PI*r*r;

printf("Pole kola o promieniu %f=%f \n",r,pow);

return 0;

}

/* Program oblicza powierzchnie koła - wersja 2 */

#include <stdio.h>

#define PI 3.14

int main()

{

double r,pow;

printf("Wpisz promien kola: ");

scanf("%lf",&r);

pow=PI*r*r;

printf("Pole kola o promieniu %lf=%lf \n",r,pow);

return 0;

}

/* Program oblicza pierwiastek kwadratowy liczby */

#include <stdio.h>

#include <math.h>

int main()

{

double liczba;

printf("Wpisz liczbe dodatnia: ");

scanf("%lf",&liczba);

if (liczba > 0)

printf("Pierwiastek z liczby %lf wynosi %lf\n",

liczba, sqrt(liczba));

else

printf("Wpisana liczba %lf nie jest dodatnia\n",liczba);

return 0;

}

/* Liczba spacji w zdaniu */

#include <stdio.h>

int main() {

int c, spacje=0;

printf("Wpisz zdanie:\n");

c=getchar();

while (c != '\n') {

if (c == ' ')

spacje=spacje+1;

c=getchar();

}

printf("Spacje: %d.\n", spacje);

return 0;

main()

{

printf();

}

program źródłowy

w języku C

(source file)

oblicz wartość wyrażenia

wykonaj instrukcje

prawda

(wartość różna od zera)

funkcje

fałsz

(wartość równa zeru)

int licznik;

licznik = 0;

zmienna typu int

stała typu int (liczba całkowita)

double suma;

suma = 0.;

zmienna typu

double stała typu double (liczba z kropką dziesiętną)

pliki nagłówkowe

(header files)

Przykład 1.

i = 5;

Przykład 2.

char c;

c='*';

zmienna

typu char stała typu char (znak w apostrofach)

biblioteka funkcji

(library)

Przykład 3.

stała

wyrażenie

instrukcja_1

fałsz

instrukcja_2

prawda

x<y

zwiększ x o 1

prawda

zmienna o nazwie i

wyrażenie

instrukcja_1

prawda

fałsz

fałsz

Każdej zmiennej odpowiada specyfikator formatu;

zmiennej typu int odpowiada specyfikator %d

punkty > 15

wyświetl "zaliczone"

prawda

fałsz

if (punkty >= 15)

printf("Zaliczone\n");

else

printf("Nie zaliczone");

Program w języku C

• składa się z jednego lub wielu plików

• w pliku znajduje się jedna lub wiele funkcji

• zawsze musi zawierać funkcję o nazwie main(), od której rozpoczyna się wykonywanie programu

• może zawierać odwołania do plików nagłówkowych i funkcji bibliotecznych

• nazwy potrzebnych plików nagłówkowych wskazywane są za pomocą dyrektywy #include

• nazwy bibliotek wskazywane są za pomocą parametrów kompilacji

Pliki nagłówkowe

• zawierają wspólne deklaracje i definicje dla wszystkich funkcji, z których korzysta program

• są to pliki tekstowe

• nazwa pliku ma rozszerzenie .h

• przykład: stdio.h

Biblioteki funkcji

• zawierają funkcje włączane do programu podczas konsolidowania (linkowania)

• każda biblioteka ma swój plik nagłówkowy (jeden lub wiele)

• są dostarczane przez producenta kompilatora (np. biblioteka run-time - czasu wykonania) lub tworzone przez użytkownika

• są to pliki binarne

• mogą mieć różne rozszerzenia, na przykład .lib

funkcje

Program źródłowy

(Preprocesor)

Kompilator

Program wynikowy

Program wynikowy

Konsolidator

Program wykonywalny

program.c

Biblioteki

program.exe

#include

1

---