Зубенко, Омельчук - Програмування. Поглиблений курс

Константи. У C виділяють чотири типи констант: цілі, константи з рухомою точкою, символьні й літерали.

Увага! Розпочинаючи з визначення символьних констант і далі, для опису синтаксичних конструкцій будемо користуватися розширеними БНФ (див. підрозд. 1.4.4). Для перенесення продовження конструкції на наступний рядок будемо використовувати символ бек-слеш \ ►

Символьні константи формуються з літер алфавіту й записуються за допомогою апострофа:

<символьна-константа>::=‘<вхідний-символ-кодової-таблиці>' | ‘<керівна-послідовність>' | L‘<широка-символьна-константа>'

Керівні послідовності наведено в табл. 3.2. Вони подають деякі ке- рівні символи, а також дозволяють задавати всі літери кодової табли- ці за допомогою їхніх числових кодів (вісімкових і шістнадцяткових). При цьому довжина вісімкової послідовності обмежена трьома літе- рами, а шістнадцяткової – довільна. С99 забороняє всі коди, що ви- ходять за межі беззнакового символьного типу (unsigned char).

Таким чином, щоб отримати символьну константу, необхідно взяти в лапки потрібну вхідну літеру або керівну послідовність.

Префікс L перед символьною константою свідчить про запис широ- кої константи. Широка символьна константа зображується або за допо- могою універсального коду певної широкої літери, або послідовністю си- мволів, серед яких можуть бути й керівні, які формують один багатобай- тний символ. Спосіб такого формування залежить від реалізації мови.

Таблиця 3.2. Керівні послідовності

271

ПРОГРАМУВАННЯ

Закінчення табл. 3.2.

Приклад 3.2. Символьні константи:

1)символи в апострофах: ‘a', ‘А' , ‘/', ‘9';

2)вісімкові й шістнадцяткові коди: ‘\007', ‘\x7' – символ Дзвоник;

3)у вхідному рядку \0007 препроцесор розпізнає два символи: нуль-символ і ‘7', а в рядку abc\025\xFF 125 – дев'ять cимволів – ‘a',

‘b', ‘c', ‘\025', ‘\xFF',‘ ‘,'1', ‘2', ‘5' ■

Літерали – це послідовність літер, розміщених у подвійних лапках: "…" (не плутати символ подвійних лапок із двома апострофами). Підкре- слюємо, що до складу літерала входять саме літери, а не символьні конс- танти в апострофах. Наприклад, "факультет кібернетики". Лапки не входять до складу літерала. Для включення в літерал подвійних лапок і літер \ та LF використовуються керівні послідовності – відповідно \",\\ та \n. Наприклад, "\"Гайдамаки\"\n" – правильний літерал.

Зберігаються літерали у статичній пам'яті. Якщо n – довжина літе- рала, то для нього буде виділено n +1 байтів пам'яті – по одному для коду кожної літери й додаткового символу ‘\0' із кодом 0. Останній додається обов'язково – як ознака закінчення поля літерала.

Приклад 3.3. Літерали в пам'яті

272

Розділ ІІІ. МОВИ ПРОГРАМУВАННЯ С ТА С++

Упершому рядку подано порожній літерал. Довжина його нульова,

адовжина поля в пам'яті становить 1. У другому рядку літерал міс- тить керівний символ LF – новий_рядок із кодом 10, у четвертому –

усередині лапки " ■ Операції й роздільники. Лексеми операцій і пунктуатори наведе-

ні в табл. 3.3.

Таблиця 3.3. Лексеми операцій і пунктуатори

Коментар – це довільна послідовність символів, розташована між парами символів /* та */, що не містить усередині іншої пари */. У стандарті С99 коментарями є також підрядки, що розпочинаються двома символами слеш // і закінчуються символом LF. Коментарі не розпізнаються як лексеми в символьних константах і літералах (див. прикл. 3.3), не задають жодних дій і замінюються препроцесором на один пробіл. Їхнє основне призначення – пояснити в тексті програми окремі її конструкції (див. прикл. 3.5).

Увага! У програмах будь-які сусідні константи, ідентифікатори та службові слова мають розділятися одним або кількома порожніми си- мволами. Пробіли між сусідніми лексемами необов'язкові, якщо од- нією з них є роздільник або символ операції ►

3.1.3. СТРУКТУРА ПРОГРАМ

Основними елементами структури С-програм є функції й директиви препроцесора. Функції здійснюють обробку даних у С-програмах, а пре- процесор готує програму до компіляції, зокрема здійснює синтаксичні перетворення тексту програми згідно з директивами препроцесора.

C-програма – це послідовність функцій, директив препроцесора й операторів опису й декларації даних, яка обов'язково містить функцію з іменем main.

Підключення файлів. Кожна директива розпочинається літерою #. Щоб не писати в програмах кожний раз деякі стандартні оголо- шення, їх можна розмістити один раз в окремих заголовних файлах і підключати (вставляти) за необхідності у C-файли під час препроце-

273

ПРОГРАМУВАННЯ

сування. Це, окрім інших переваг, сприяє скороченню текстів про- грам. Заголовні файли можуть самі використовувати інші заголовні файли. Подібні підключення здійснює директива #іnclude:

<директива_підключення>::= #іnclude \<file1\>| #іnclude "file2" 23

Файли в обох варіантах директиви відрізняються лише місцем їх- нього розташування. Перший файл file1 препроцесор буде шукати тільки у стандартних бібліотеках, наприклад у папці INCLUDE, а файл file2 – там само, але після того, як його не буде знайдено в поточно- му каталозі. Зазвичай це файли, підготовлені самим програмістом. Дія директиви полягає у вилученні самої директиви з тексту програ- ми і вставленні (підключенні) на її місце всього вмісту текстових фай-

лів file1 або file2.

Препроцесорні константи. Препроцесор дозволяє вводити в

текст програм власні (препроцесорні ) константи:

#define <ІМ'Я-КОНСТАНТИ> <слово>

Ім'я та слово обов'язково мають бути розділені в директиві при- наймні одним пробілом. У слові праворуч немає якоїсь спеціальної ознаки кінця. Щоб виділити імена препроцесорних констант у тексті програм, їх краще писати великими літерами. Директива наказує препроцесору замінити всі наступні входження в програмі ідентифі- катора константи на відповідне слово.

Приклад 3.4. Наведені директиви підключають до програми заголов- ний файл <stdio.h>, що підтримує стандартні функції консольного вве- дення-виведення, і визначають препроцесорні константи N та ALPHA:

# include <stdio.h> /*необхідний для забезпечення в/в*/ #define N 10000

#define N=10000 /*невірна директива: між N та 10000 відсутній пробіл*/

#define ALPHA "abcdefgheijklmnopqrstuvwxyz" ■

Роздільна компіляція С-програми. Складові елементи C-програми розміщуються в текстових файлах, що належать певній одиниці компі- ляції. Окремий файл може містити кілька елементів із набору, а вся про- грама – складатися з кількох одиниць компіляції (роздільна компіляція).

23 У формулі праворуч літери ‘<’ ,‘>’ є термінальними, а ліворуч – метасимволами.

274

Розділ ІІІ. МОВИ ПРОГРАМУВАННЯ С ТА С++

Кожна з одиниць компілюється окремо й об'єднується в один образ за- дачі вже на етапі компонування програми.

Файли C-програм бувають двох типів: заголовні, або h-файли (ма- ють розширення .h), і C-файли (мають розширення .c). Імена С++- файлів мають розширення .cpp, .cxx або .cc.

Щоб отримати уявлення про C-програму, розглянемо приклад про- стої програми з кількома одиницями компіляції, а потім повернемося до загальної структури програм.

Приклад 3.5. Роздільна компіляція. Нехай необхідно створити про- граму prog, що знаходить куб суми й суму кубів двох введених із кла- віатури чисел і виводить їх на екран.

Програма складається з кількох файлів. У першому – funcs.c – роз- міщуються описи функцій для обчислення куба суми й суми кубів двох чисел, у другому – start.c – забезпечується введення двох чисел, знаходження від них куба суми й суми кубів і виведення їх на екран.

Зауважимо, що у С-програмах діє правило: першій появі виклику будь-якої функції (у тому числі й стандартної) має передувати її про- тотип – заголовок із символом ‘;' у кінці. Прототипи стандартних фун- кцій розташовані в заголовних файлах, прототипи решти – безпосе- редньо в текстах С-програм. Щоб прототип потрібної стандартної фу- нкції потрапив у текст С-програми, необхідно до неї підключити від- повідний заголовний файл. Таке підключення здійснюється директи- вою препроцесора #include і зводиться до текстової заміни директи- ви на текст заголовного файла, що підключається.

Лістинг funcs.c:

#include <math.h> /*підключення заголовного файла math.h, що містить прототип стандартної функції pow для обчислення степеня*/24

/*опис функції обчислення куба суми x та y*/ int cube_sum(int x, int y)

{

return pow(x+y,3);

}

/*опис функції обчислення суми кубів x та y*/ int sum_cube(int x, int y)

{

return pow(x,3)+pow(y,3);

}

24 pow(x,y)= xy .

275

ПРОГРАМУВАННЯ

Файл start.c містить основну частину програми, в якій вводяться з клавіатури два дійсні числа й за допомогою функцій cube_sum і sum_cube знаходяться потрібні числа, які, у свою чергу, виводяться на екран. Для того, щоб програмно об'єднати файли funcs.c та start.c, в останній вводять прототипи функцій cube_sum та sum_cube з інформацією про те, що їхні описи містяться в іншому файлі (кваліфікатор extern).

Лістинг start.c:

#include <stdio.h> /*підключення файла stdio.h із прототипами стандартних функцій введення scanf і виведення printf*/

/*прототипи зовнішніх функцій cube_sum та sum_cube*/ extern int cube_sum(int x, int y);

extern int sum_cube(int x, int y);

/*maim – головна функція*/ int main()

{int x,y;

/*читання з клавіатури значень і присвоювання їх змінним x,y*/ scanf("%d%d", &x,&y); /*про функцію scanf див. підрозд.

3.8.2*/

Програма складається з двох одиниць компіляції. Перша – файл funcs.c, друга – файл start.c. Можна було б вибрати простішу структу- ру програми й одразу описати функції у файлі start.c та отримати про- граму у вигляді однієї одиниці компіляції. Однак запропонована струк- тура гнучкіша. Вона дозволяє мінімальними зусиллями модифікувати програму, не змінюючи її загальної структури, а за необхідності додати нові функції для обробки чисел або замінити існуючі на інші.

У системі UNІX для препроцесування, компілювання, компонуван- ня й виконання програми prog потрібно видати дві команди мовного процесора:

%cc –o prog func.c start.c

%prog

276

Розділ ІІІ. МОВИ ПРОГРАМУВАННЯ С ТА С++

Перша команда компілює й компонує два вхідні файли в образ за- дачі з іменем prog, друга – завантажує програму prog і виконує її. Якщо ввести числа 2.0 та 3.0, то на екрані отримаємо результат:

2.0 3.0 cube_sum=125 sum_cube=35

У сучасних ОС замість явного застосування інструкцій командного процесора використовують відповідні кнопки інтегрованого середо- вища розробки IDE ■

Заголовні файли. Прикл. 3.5 показує, як заголовні файли викори- стовуються для організації взаємодії різних частин програми. Основ- на задача h-файлів – описати або попередньо задекларувати спільні для кількох одиниць трансляції (або програм) дані й функції з метою їх використання в програмі ще до повного опису.

Задають такі визначення оператори опису й декларації. Скорочено будемо називати їх описом і декларацією даних. Декларації функцій мають спеціальну назву – прототипи.

Декларації даних (функцій) надають інформацію, достатню, щоб ними можна було оперувати в програмі. Ця інформація обов'язково містить ім'я даних (не стосується параметрів у заголовках функцій), клас пам'яті й тип значень. Інформація про тип, зокрема, визначає можливості доступу до даних і коло операцій над їхніми значеннями. При цьому може залишатися відкритим питання про розмір об'єктів типу, а у випадку функцій – про конкретну дію функції тощо.

Увага! Оператори декларації не пов'язують з іменем конкретний об'єкт у ОП ►

Загальний вигляд оператора декларації:

<оператор-декларації>::=[<клас_пам'яті>] [<кваліфікатор_типу>] <тип>\

<специфікатор-імені>{,<специфікатор-імені>}; <клас_пам'яті>::=extern| static|auto|register <кваліфікатор_типу>::=const | volatile | restrict <тип>::=<специфікатор_типу>

Специфікатори імені подають імена змінних (функцій) і додаткову інформацію про їхній тип:

<специфікатор-імені>::=<прямий-специфікатор> | <специфікатор-покажчик>

277

ПРОГРАМУВАННЯ

<прямий-специфікатор>::=<простий-специфікатор>| (<специфікатор-імені>) | <неповний-специфікатор-масиву>| <cпецифікатор-функції>

Прості специфікатори використовують для декларації тих змінних, специфікатори типу яких повністю визначають тип: це стосується арифметичних і зліченних типів, структур і об'єднань, типу void. Роз- глянемо приклад:

int n;

struct S {int counter; float a} x;

В обох випадках специфікатори цілого типу int і типу структури struct S {int counter; float a} повністю визначають тип змінних, тому для декларації відповідних змінних достатньо простих описува- чів – ідентифікаторів n та x. Конкретна будова специфікаторів змін- них залежить від типу змінних і буде розглядатися окремо для кожно- го з відповідних типів.

Специфікатори типу надають інформацію про тип змінної. Як уже зазначалося, ця інформація може доповнюватися специфікато- ром змінної:

<специфікатор_типу>::=<специфікатор-зліченного-типу> <специфікатор_цілого_типу> <специфікатор_дійсного_типу> <специфікатор_типу_структур> <специфікатор_типу_об'єднання> <специфікатор_імені_typedef> <специфікатор_типу_void>

Специфікатори типу розглядатимемо в підрозділах, присвячених конкретним типам.

Мова C є мовою із сильною типізацією – це означає, що перед ви- користанням змінна в програмі має бути принаймні задекларована.

Увага! Діє правило:

Кожна константа, змінна чи функція програми:

1)мають бути описані оператором опису;

2)якщо вони не описані перед своїм першим застосуванням у тек- сті програми, то обов'язково мають бути перед цим задекларовані ►

278

Розділ ІІІ. МОВИ ПРОГРАМУВАННЯ С ТА С++

Перший пункт обумовлений тим, що тільки при описі даного чи функції під них фактично виділяється пам'ять, тобто вони зв'язують- ся з реальним об'єктом в ОП і розпочинають діяти інтерфейсні функ- ції доступу до них.

Клас пам'яті й час існування даних. Компілятор, аналізуючи ін-

формацію про програмні дані, розподіляє їх за класами пам'яті. Ста- ндарт C містить чотири класи пам'яті:

•зовнішня (extern);

•статична (static);

•автоматична (auto);

•регістрова (register).

Зовнішні дані розміщуються в глобальній пам'яті й доступні в усіх функціях програми протягом усього часу її виконання. Це означає також, що до них буде застосовано зовнішнє зв'язування, тобто на етапі компонування в різних об'єктних модулях однойменні дані бу- дуть зв'язані з одним об'єктом. Це стосується насамперед функцій, які за умовчанням мають клас пам'яті extern.

З поняттям даного пов'язане таке поняття, як час існування в про- цесі виконання програми. Час існування даного – це час існування в ОП об'єкта, що зберігає значення даного, тобто відрізки часу з момен- ту створення об'єкта в ОП до його руйнації.

Автоматичні дані розміщуються на стеку під час виклику функції й доступні тільки всередині неї, де вони описані. Після завершення виклику доступ до них припиняється. Тому час існування автоматич- них даних – виклики функцій.

Регістрові змінні розміщуються на регістрах.

Статичні дані розміщуються в купі один раз і не змінюють свою адресу до кінця виконання програми. Якщо вони описані в тілі фун- кції, то доступні тільки всередині функції та зберігають свою адресу й значення між викликами функції.

Час існування зовнішніх і статичних даних – весь час виконання програми. У C дозволяється також створювати й знищувати об'єкти в процесі виконання програми програмними засобами. Час існування таких об'єктів визначається в ручному режимі й регулюється програ- містом. Подібні об'єкти зберігаються в купі, іменуються за допомогою покажчиків і називаються динамічними.

У програмах можуть бути також присутні об'єкти, що існують тіль- ки в процесі їхньої компіляції. До них належать типи, що визначені специфікатором типу typedef, теги типів і порядкові типи.

279

ПРОГРАМУВАННЯ

В оголошенні може бути задано не більше одного специфікатора класу пам'яті. Якщо в оголошенні відсутній специфікатор класу па- м'яті, то спрацьовує правило умовчання (табл. 3.4), яке враховує кон- текст декларації.

Таблиця 3.4. Правило умовчання для класів пам'яті

Кваліфікатори типу. Впливають на засоби доступу до змінної. Стандарт С89 визначає два кваліфікатори: const та volatile. У C99 з'являється третій – restrict. Класифікатор типу передує специфіка- тору типу у визначенні даного.

Змінні з кваліфікатором const доступні тільки для читання. Класифі- катор const часто використовується, наприклад, для того, щоб запобігти модифікації функцією об'єкта, з яким зв'язується параметр функції в процесі її виклику. Без нього функція може змінити цей об'єкт.

Приклад 3.6. Опис константи й декларації параметра з класифіка- тором const:

const int a=10; /*ціла константа зі значенням 10*/

сhar *strcat (сhar *s1, const сhar *s2); /*символьний параметр

– константа*/

Дія функції strcat полягає в додаванні до рядка символів першого аргументу символів рядка другого аргументу. Зрозуміло, що перший рядок мусить змінитися, а от кваліфікатор const перед другим гаран- тує збереження його значення на виході з функції ■

Значення змінної з кваліфікатором const не може змінюватися в програмі, але може змінюватися внаслідок зовнішнього впливу. На- приклад, адресу глобальної змінної-константи можна передати у фу- нкцію ОС, що стежить за часом, і тоді змінна буде відображати сис- темний час. У цьому випадку її значення буде змінюватися примусо- во без участі операторів програми.

Такі подробиці важливі для компіляторів, тому що більшість із них автоматично оптимізує вирази, які не змінюють свої значення. Якщо у виразі присутня змінна, що не змінюється явно операціями при- своювання, проте змінюється поза програмою, то така оптимізація коду може виявитись некоректною. Кваліфікатор volatile запобігає

280