OOP_Bakalavry_-_Laboratornye_raboty

не тип данных. Второе то, что хранящиеся в массиве данные должны быть однотипные и их должно быть заранее определенное конечное количество. Третье – это их последовательное хранение в памяти. Это очень важный момент, связанный с выделением памяти под массивы и доступа к элементам массива. Один массив не может быть “разбросан” по оперативной памяти, он хранится целиком в одном месте.

Подробно о работе с массивами вы можете прочесть в [Подбельский], здесь же рассмотрим только основные моменты. Объявление и инициализация массива выглядит следующим образом:

Важно отметить, что количество элементов массива должно заранее определено и указано в квадратных скобках при объявлении. Доступ к элементам массива осуществляется также с помощью квадратных скобок, где в квадратных скобках указывается индекс нужного элемента. Второй представленный способ инициализации массива отличается от первого тем, что для него изначально не указано количество элементов. Однако оно определяется автоматически и будет равно 4 – ровно тому количеству элементу, которое указано в фигурных скобках после знака присваивания. При обращении к массиву по несуществующему индексу (например, отрицательное число или число большее, чем количество элементов массива) возникнет ошибка на этапе выполнения программы. Индексация элементов массива начинается с нуля, а при объявлении массива без инициализации элементы будут представлять то значение, которое хранилось в памяти на момент создания массива (как и для любых других переменных, объявляемых в языке Си++). Для работы с массивом удобно использовать операторы цикла, например for, однако для этого в отдельной переменной необходимо хранить размер массива, чтобы не выйти за пределы массива. В следующем примере происходит объявление массива размером в пять элементов и инициализация его случайными значениями с использованием оператора цикла:

const int n = 5;

int integerArray[n];

for (int i = 0; i < n; i++)

{

integerArray[i] = rand();

}

Фактически, с этим связаны два главных неудобства работы с массивами в языке Си++: это необходимость константного предопределенного значения элементов для объявления массива и необходимость хранения в дополнительной переменной размера данного массива. Попробуйте создать массивы целочисленных, вещественных, символьных типов данных и проинициализировать их значениями.

ПРИМЕЧАНИЕ: в языке Си++ можно создавать массивы любых типов данных, в том числе и массивы указателей и ссылок.

12. Напишите функции сортировки любым методом, использующие различные способы передачи массива в функцию. Для инициализации массива используйте генерацию случайных чи-

сел. В языке Си++ существует три способа передачи массива в функцию. Рассмотрим на примере:

double SummArray(double doubleArray[5])

{

double summ = 0.0;

for (int i = 0; i < 5; i++)

{

summ += doubleArray[i];

}

return summ;

}

double SummArray(double doubleArray[], int arraySize)

{

double summ = 0.0;

-Содержание

1.1Цель работы – освоение работы с функциями в языке Си++, а также изучение понятия одномерных и многомерных массивов. Дополнительно изучение механизмов генерации случайных чисел, а также инструментов отладки программы.

1.2Введение и постановка задачи лабораторной работы – в введении представить ответы на вопросы для проверки в виде текста без перечисления и указания самих вопросов. В постановке задачи перечислить все задачи, которые необходимо выполнить в работе – выделены жирным текстом в данном методическом пособии.

1.3Блок-схема функции GetPower() (рекурсия) – блок-схема должна быть представлена на одном листе с вводным поясняющим текстом, что выполняет данная функция, а после блок-схемы примеры входных и выходных данных.

1.4Блок-схема функции MultiplyMatrices() (перемножение двумерных матриц) –

аналогично предыдущей блок-схеме.

1.5Исходный код реализации передачи параметров в функцию по значению, указателю и ссылке с пояснением того, чем отличаются данные способы.

-Вывод – краткий текст в виде одного-двух абзацев, доказывающий, была ли достигнута первоначальная цель работы, какие новые понятия и техники были изучены в ходе работы и для чего нужны данные элементы языка Си++.

ПРИМЕЧАНИЕ: при проверке отчета преподавателем особое внимание уделяется правильности оформления. Отчет должен соответствовать стандарту оформления [ОС ТУСУР 6.1- 97] (можно найти на сайте кафедры или в Интернете). Обращайте внимание на размеры шрифтов и межстрочных интервалов, размеры полей и абзацных отступов, указания номеров страниц и т.д. В качестве примера оформления титульного листа, содержания, текстового параграфа и рисунков-графиков использовать приложения В, Д, И, К, Л [ОС ТУСУР

6.1-97].

Лабораторная работа №3 Строки и пользовательские типы данных

Перед выполнением следующих заданий вам необходимо ознакомиться с понятием строк. В качестве литературного источника рекомендуем использовать [Шилдт, с. 169-177]. Обратите внимание, что в приведенных примерах используется потоковый ввод/вывод (использование потоков cin/cout) вместо форматного (printf/scanf). Ознакомьтесь с новым инструментом ввода/вывода данных - потоками [Подбельский, глава 11][Шилдт, с. 44-47], однако выбор способа ввода/вывода в лабораторных работах остается за вами. При этом при выполнении данной работы категорически запрещается использовать стандартные функции работы со строками и стандартные классы строк string или w_char.

1. Напишите функцию int GetLength(char* string), определяющую длину подаваемой на вход строки.

2. Напишите функцию char* Concatenate(char* string1, char* string2), возвращающую новую строку, являющуюся объединением двух входных.

3. Напишите функцию char* GetSubstring(char* string, int startIndex, int charCount), возвращаю-

щую подстроку, состоящую из charCount символов и начинающуюся с startIndex позиции в строке string. Функция также должна производить проверки на неотрицательность начального индекса, неотрицательность количества символов, а также на возможность получения подстроки. Например, если требуется выделить подстроку из пяти символов начиная с третьего из строки, состоящей из всего четырех символов, то функция должна вернуть указатель на NULL. Учтите, что индекс первого символа считается 0! Работу функции продемонстрировать на следующих тестовых данных:

4. Напишите функцию int FindSubstring(char* string, char* substring), производящую поиск под-

строки substring в строке string. Функция возвращает индекс начала подстроки в строке. В случае отсутствия подстроки в исходной, функция возвращает -1. В случае нахождения более одного вхождения подстроки в исходную строку, вернуть индекс начала первого вхождения. Работу функции продемонстрировать на следующих тестовых данных:

5. Напишите функции char* Uppercase(char* string) и char* Lowercase(char* string), приводящие входную строку к верхнему или нижнему регистру. Приведение к регистру касается ислючительно

латинских символов, знаки препинания и цифры исходной строки должны остаться в исходном состоянии. Работу функции продемонстрировать на следующих тестовых данных:

Кверхнему регистру - “Different cases in That string, also 1 and 2 numbers!” -> “DIFFERENT CASES IN THAT STRING, ALSO 1 AND 2 NUMBERS!”

Книжнему регистру - “Different cases in That string, also 1 and 2 numbers!” -> “different cases in that string, also 1 and 2 numbers!”

6. Напишите функцию void SplitFilename(char* source, char* path, char* name, char* extension),

которая разделяет исходную строку source на путь path, имя name и расширение файла extension. Работу функции продемонстрировать на следующих тестовых данных:

Последний случай возвращает все NULL, так как такое имя файла невозможно.

7. Напишите функцию char* ReplaceTabsOnSpaces(char* string), заменяющую символы табуля-

ции в исходной строке на пробелы. Символ табуляции ‘\t’ имеет нестандартное, по сравнению с другими символами, поведение. Символ табуляции предназначен для перемещения каретки (курсора) вправо на ближайшую позицию табуляции. В консоли языка Си++ позиции табуляции располагаются через каждые 4 знакоместа (0, 4, 8, 12, …). Таким образом, если символ табуляции в выводимой строке находится, например, на позиции 5 или 6 символа, то каретка сдвинется на 8 позицию и продолжит вывод строки с этой позиции. А если табуляция будет расположена на 8-11 позиции, каретка сдвинется на 12 позицию – следующую позицию табуляции. Для примера попробуйте вывести на экран следующую строку:

(Символ стрелочки в данном примере обозначает символ табуляции в строке)

Учтите, что при выводе на экран, результирующая строка в итоге должна быть абсолютно идентична исходной, хотя их представление в памяти будет отличаться. Например, строки “Cake\tis\ta lie!” и “Cake is a lie!” в представлении памяти отличаются на 5 символов, хотя при выводе их на экран они будут выглядеть одинаково. Поэтому в качестве пробельного символа используйте символ нижнего подчеркивания ‘:’, т.е. при исходной строке “Cake\tis\ta lie!” результирующая строка будет выглядеть как “Cake::::is::a lie!”. Работу программы продемонстрируйте на следующих примерах:

ПРИМЕЧАНИЕ: данные примеры написаны с расчетом, что знак табуляции производит перенос

каретки на позицию символа, кратную 8! В вашем случае, в зависимости от настроек консольного приложения, количество символов табуляции может отличаться и быть равно 3,4 или 5.

8. Напишите функцию char* ReplaceSpacesOnTabs(char* string), заменяющую пробельные символы на символы табуляции в случае, если такую замену можно произвести. В качестве пробельного символа опять используйте ‘:’. Учтите, что замена пробелов на табуляции возможна не во всех случаях, а только если последовательность пробельных символов находиться на кратной 8 позиции. Работу функции продемонстрируйте на следующих тестовых данных:

ПРИМЕЧАНИЕ: для демонстрации правильности работы и для упрощения отладки функций 7 и 8,

перед выводом исходной и результирующей строк выведите строку “!\t!\t!\t!\t!\t!” – такая строка позволит вам визуально видеть начало следующих табуляций и правильно отсчитывать позиции символов.

9. Создайте перечисление, состоящее из имен функций, которые вы создали ранее [Шилдт,

с.318-322]. Если все предыдущие задания вы выполняли в разных решениях/проектах/файлах, переместите ранее написанные функции в один файл .cpp. В функции main() сделайте меню, выводящее на экран список функций, работающих со строкой:

---Program Menu---

1.GetLength()

2.Concatenate()

3.GetSubstring()

4.FindSubstring()

5.Uppercase()

6.Lowercase()

7.SplitFilename()

8.ReplaceTabsOnSpaces()

9.ReplaceSpacesOnTabs()

10.Exit

---Choose function number for testing (1-10):

Запросите пользователя ввести с клавиатуры целое число от 1 до 10 с номером функции, работу которой необходимо продемонстрировать. После выбора функции на экран выводится результат работы функции с исходными данными, а также вновь выводится меню. Выбор функции продолжается до тех пор, пока пользователь не введет 8 и не выйдет из программы. Для организации меню используйте цикл while и вложенный в него оператор switch. При этом в качестве значений case используйте значения из вашего созданного перечисления. Например:

int key;

...

switch (key)

{

case GetLength: … case GetSubstring: …

…

}

...

10. Создайте структуру Person, содержащую следующие поля - строка Surname с максимумом в 40 символов, строка Name с максимумом в 20 символов, перечисление Sex, показывающее пол и несколько собственных полей по желанию, являющимися данными о человеке.

ПРИМЕЧАНИЕ: согласно нотации RSDN, поля структуры должны именоваться в стиле Pascal – каждое новое слово, включая первое, начинаются с заглавной буквы, нижние подчеркивания не используются.

11. Напишите функцию Person ReadPerson(), считывающую данные человека с клавиатуры.

12. Напишите функцию void PrintPerson(Person person), выполняющую вывод персоны на экран.

Вопросы для проверки:

1)Что такое строка?

2)Чем строка отличается от массива? Что такое нулевой символ?

3)Что такое строковый литерал? Чем он отличается от символьного литерала?

4)Чем отличается “c” от ‘c’?

5)Почему при работе со строками необязательно запоминать в отдельной переменной количество символов в строке, в отличии от массива?

6)Что такое NULL? Каково использование данного указателя?

7)Что такое знак табуляции? В чем его отличие от обычного пробельного символа?

8)Что такое перечисление? Для чего его можно использовать? Как интерпретируется перечисление компилятором?

9)Почему использование перечислений в различных ситуациях, например в операторе switch, предпочтительнее использования целочисленных переменных? Если в результате компиляции перечисление будет преобразовано в целочисленные значения, каково преимущество использования перечислений?

10)Что такое структура? Что такое поле структуры? Как представляется экземпляр структуры в памяти?

11)Как осуществляется доступ к полям экземпляра структуры? Как осуществляется доступ к полям экземпляра структуры через указатель? В чем разница между операторами “.” и “->”?

Содержание отчета:

-Титульный лист

-Содержание

1.1Цель работы – изучение основ работы со строками в языке Си++ и возможности создания собственных типов данных.

1.2Введение и постановка задачи лабораторной работы – в введении представить ответы на вопросы для проверки в виде текста без перечисления и указания самих вопросов. В постановке задачи перечислить все задачи, которые необходимо выполнить в работе – выделены жирным текстом в данном методическом пособии.

1.3Блок-схема функции GetLength() – блок-схема должна быть представлена на одном листе с вводным поясняющим текстом, что выполняет данная функция, а после блок-схемы примеры входных и выходных данных.

1.4Блок-схема функции ReplaceSpacesOnTabs() – аналогично предыдущей блоксхеме.

1.5Исходный код реализации структуры Person и функций ReadPerson() и

PrintPerson().

-Вывод – краткий текст в виде одного-двух абзацев, доказывающий, была ли достигнута первоначальная цель работы, какие новые понятия и техники были изучены в ходе работы и для чего нужны данные элементы языка Си++.

ПРИМЕЧАНИЕ: при проверке отчета преподавателем особое внимание уделяется правильности оформления. Отчет должен соответствовать стандарту оформления [ОС ТУСУР 6.1- 97] (можно найти на сайте кафедры или в Интернете). Обращайте внимание на размеры шрифтов и межстрочных интервалов, размеры полей и абзацных отступов, указания номеров страниц и т.д. В качестве примера оформления титульного листа, содержания, текстового параграфа и рисунков-графиков использовать приложения В, Д, И, К, Л [ОС ТУСУР

6.1-97].

Лабораторная №4 Структуры данных и динамическая память

Перед изучением различных структур данных необходимо разобрать механизм того, как выполняется ваша программа и как она работает с оперативной памятью. При запуске любой программы весь исполняемый код помещается в оперативную память, а процессор начинает выполнять операцию, находящуюся в точке входа – фактически, с функции main(). Для каждой исполняемой программы можно выделить 4 области памяти:

1)Сегмент кода

2)Сегмент данных (статическая память)

3)Стек

4)Динамическая память (куча)

Сегмент кода используется для хранения кода программы – функций. Функции помещаются в сегмент кода на этапе компиляции программы и находятся там до завершения работы программы, по-

этому все функции в Си++ имеют глобальное время жизни и существуют в течение всего времени выполнения программы.

Сегмент данных (статическая память) предназначена для хранения переменных в течение всего времени выполнения программы. Если для переменной в какой-либо момент работы программы выделена память в сегменте данных, она там будет находиться до завершения работы программы, даже если эта переменная больше не нужна. По умолчанию в сегменте данных хранятся глобальные переменные и константы.

Стек – это область памяти, в которой хранятся локальные переменные и параметры функций. При вызове функции ее параметры и локальные переменные помещаются в стек. Стек функционирует по принципу стакана – значение, помещенное в стек первым, оказывается на дне стека, в то время как последнее значение – на вершине стека. По завершении работы функции все данные, принадлежащие этой функции, удаляются из стека. Очистка стека начинается с вершины, т. е. со значений, помещенных в стек последними.

Динамическая память (англ. “heap” - куча) позволяет программисту управлять процессом выделения памяти под переменные и освобождением памяти. Переменные, размещаемые в динамической памяти, называются динамическими переменными.

Как правило, размер стека ограничен, и, следовательно, при выполнении сложных программных комплексов может произойти переполнение стека (stack overflow), когда в стеке уже не будет памяти для новых локальных переменных. Избежать подобной проблемы можно двумя способами:

1)Создание переменной в статической памяти.

2)Создание переменной в динамической памяти.

Очевидно, что первое решение обладает недостатками – переменные становятся глобальными, а значит доступными из любой точки программы. А главное, подобные переменные останутся в статической памяти до конца выполнения программы. В этом случае хранение каких-либо локальных, промежуточных переменных становится невозможным.

Второе решение – выделение памяти для переменной из области динамической памяти. Суть динамическая память – это вся свободная оперативная память, не занятая в настоящий момент другими

7)Очередь.

Спонятием массива мы познакомились в предыдущих лабораторных. Однако достаточно часто организация данных в виде массива не удобна. Например, при работе с массивом мы должны заранее определить максимальное количество его элементов, независимо от того, используем ли мы их все или только часть. В итоге мы либо резервируем под массив достаточно большой объём памяти и работаем только в его ограниченной части, не предоставляя доступа к зарезервированной памяти для других программ, либо резервируем массив недостаточного размера, что приводит к выходу за допустимые пределы и ошибке выполнения программы.

Память под массив любого типа данных также резервируется единым блоком, равным количеству элементов массива, умноженному на размер одного элемента. Все элементы массива располагаются в памяти последовательно друг за другом , обращение по индексу производит необходимый сдвиг по адресу в памяти от адреса первого элемента массива.

Поэтому при создании массива необходимо строго указывать его размер

Рисунок 4.1 - Представление пользовательских типов данных и массива в памяти компьютера

С этой точки зрения, массивы не позволяют гибко использовать память компьютера. Однако существуют иные способы организации данных, позволяющих резервировать память исключительно под необходимое в настоящий момент количество данных и, в случае потребности, увеличить или уменьшить зарезервированный размер. Примером такой структуры являются списки.

Список – структура данных, в которой каждый элемент списка указывает на последующий элемент. В случае двусвязного списка каждый элемент списка будет указывать на последующий и предшествующий элемент списка. Таким образом, имея адрес только первого элемента списка (головы списка) можно получить доступ к любому следующему элементу списка.