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

Подождите немного. Документ загружается.

Оператор выбора (переключатель). Формат оператора выбора:

switch (целочисленное_выражение)

{ case константа1: список_операторов;

case константа2: список_операторов;

default: список_операторов;

}

Последняя строка (default) может отсутствовать.

Выполнение оператора происходит в следующем порядке:

Вычисляется выражение.

Полученное значение последовательно сравнивается с кон-

стантами, помещенными после служебного слова case; при пер-

вом совпадении значений выполняются операторы, стоящие пос-

ле двоеточия.

Если ни с одной из констант совпадения не произошло, то

выполнятся операторы после слова default.

Для того чтобы «обойти» выполнение операторов на последу-

ющих ветвях, нужно принять специальные меры, используя опе-

раторы выхода или перехода.

Рассмотрим фрагмент программы, который переводит число-

вую оценку знаний ученика в ее словесный эквивалент. Согласно

вузовской системе: 5

—

«отлично», 4

—

«хорошо», 3

—

«удовлет-

ворительно», 2

—

«неудовлетворительно».

Пример 5.

#include <iostream.h>

void main()

{int

ball;

cout«"\nBBeflHTe оценку: "; cin»ball;

switch (ball)

{ case 2: cout«"\t3To неудовлетворительно!^";

break;

case 3: cout«"\t3TO удовлетворительно! \n";

break;

case 4: cout<<"\t Это хорошо!\n"; break;

case 5: cout«"\t3TO отлично

!\n";

break;

default: cout<<"\tHeT такой оценки!\п";

}

Здесь используется еще один новый для нас оператор break

—

оператор выхода. Его исполнение завершает работу оператора вы-

бора, т.е. происходит «обход» других ветвей. Вот два варианта ре-

зультатов выполнения этой программы:

Введите оценку: 3 Это удовлетворительно!

Введите оценку: 7 Нет такой оценки!

200

Если на всех ветвях убрать оператор break, то результат может

выглядеть следующим образом:

Введите оценку: 3 Это удовлетворительно!

Это хорошо!

Это отлично!

Нет такой оценки!

В этом случае выполнились операторы на всех ветвях, начиная

с той, которая помечена константой 3.

Возможны задачи, в которых такой порядок выполнения вет-

вей оператора выбора может оказаться полезным. В следующем

фрагменте программы происходит возведение вещественного числа

х в целую степень п, где п изменяется в диапазоне от

до 5.

у=1.0;

switch(n)

{ case 5

case 4

case 3

case 2

case 1

y=y*x;

cout«"y="«y; break;

default: соиЪ«"Степень больше 5";

Упражнения

Составить программу упорядочения по возрастанию значе-

ний в трех переменных.

Составить программу, которая выводит на экран меню:

Первое

Второе

Третье

и в зависимости от выбранного пункта выдает одну из надписей:

«Получите суп», «Получите картошку», «Получите компот», «Оста-

вайтесь

голодным».

Написать два варианта

программы:

с использова-

нием условного оператора if и с использованием переключателя.

Составить программу решения квадратного уравнения

ах

+ Ъх +

с = 0, учитывающую все возможные варианты исход-

ных

данных:

1) о = 0, 6 = 0,

= 0;

2) о = 0,

= 0, с*0;

3) о = 0, 6*0;

4) о*О, D>0 (D

—

дискриминант);

5) о*0, ZK0.

каждом случае должно выводиться соответствующее решение

Или сообщение.

201

4.7. Программирование циклов

В Си, как и в Паскале, существуют все три типа операторов

цикла: цикл с предусловием, цикл с постусловием и цикл с па-

раметром.

Цикл с предусловием. Формат оператора цикла с предусловием:

while (выражение) оператор;

Цикл повторяет свое выполнение, пока значение выражения от-

лично от нуля,

т.

е.

заключенное в нем условие цикла истинно.

В качестве примера использования оператора цикла рассмот-

рим программу вычисления факториала целого положительного

числа NL Сопоставим программу решения этой задачи, написан-

ную на Паскале, с программой на Си.

Пример 1.

Программа на Паскале

Program Faktorial

Var F:Longint; i,N:

Integer;

Begin

write('N=');

ReadLn(N);

F:=l; i:=l;

While i<N Do

Begin

F:=F*i;

i:=i+l

End;

WriteLn(N,'!=',F)

End.

Обратите внимание на операторы в теле цикла. Конечно, и в

Си-программе можно было написать два оператора присваива-

ния, объединив их фигурными скобками. Однако использован-

ный способ записи более лаконичен и более характерен для Си.

Этот

же

самый оператор можно было записать еще короче: F*=i++

При практическом использовании этой программы не следует

забывать, что факториал — очень быстро растущая функция, и

поэтому при определенных значениях N выйдет из диапазона, со-

ответствующего типу long int. Задав для переменной F тип

unsigned long, можно сдвинуть эту границу, но этого может

оказаться недостаточно. Предлагаем в качестве самостоятельного

задания исследовать предельные значения N для двух указанных

типов переменной F.

Интересно свойство следующего оператора:

while

(1);

Программа на Си++

// Программа вычисле-

ния факториала

•include <iostream.h>

void main()

{ long int F;

int i,N/

cout«"N="; cin»N;

F=i=l;

while(i<=N) F=F*i++;

cout«"\n"«N«" !="«F;

}

202

Это бесконечный пустой цикл. Использование

качестве вы-

ражения константы

приводит

тому, что условие повторения

цикла все время остается истинным

работа цикла никогда

не

заканчивается. Тело в этом цикле представляет собой пустой опе-

ратор. При исполнении такого оператора программа будет «топ-

таться на месте».

Рассмотрим еще один пример использования оператора цикла

while. Вернемся

задаче итерационного вычисления суммы гар-

монического ряда:

+1/2+1/3+...

заданной точностью

(см.

разд. 3.10, пример 2). Снова сопоставим программу на Си

про-

граммой на Паскале.

Пример 2.

Программа на Паскале Программа на Си++

Var

Integer; S,eps:

Сумма

Real; //гармонического ряда

Begin finclude <iostream.h>

Write ('Точность:'); #include <limits.h>

ReadLn(eps); void main()

n:=l; S:=0; {int n=l;

While(l/n>eps) double S=0, eps;

And(n<MAXINT) Do cout«"To4HOCTb : ";

Begin

S:=S+l/n;

cin»eps;

n:=n+l while(1.0/n>eps &&

End; n<INT_MAX)

WriteLn('Сумма=',S) S+=l./n++;

End. cout<<"\nCyMMa="<<S;

}

Файл limits. h, подключаемый препроцессором, содержит оп-

ределения предельных констант для целых типов данных. В част-

ности, константа с именем INT_MAX равна максимальному значе-

нию типа

int

в данной реализации компилятора. Если для типа

int используется двухбайтовое представление, то INT_MAX=327 67.

В этом же заголовочном файле определены

другие константы:

INT_MIN=-327 68; LONG_MAX=2147483647

Т.Д.

Цикл с постусловием. Формат оператора цикла с постусловием:

do оператор while

(выражение);

Цикл выполняется

до

тех пор, пока выражение отлично

от

Нуля, т.е. заключенное

нем условие цикла истинно. Выход

из

Цикла происходит после того,

как

значение выражения станет

ложным, иными словами равным нулю. Таким образом,

отли-

чие от оператора repeat... until, используемого

Паскале, где

в конце пишется условие выхода из цикла, в операторе do ... while

в Си в конце пишется условие повторения цикла. В качестве при-

мера рассмотрим программу вычисления N1,

которой использу-

203

ется цикл с постусловием, и сопоставим ее с аналогичной про-

граммой на Паскале.

Пример 3.

Программа на Паскале

Program Faktorial

Var F:Longint; i,N:

Integer;

Begin

Write('N=');

ReadLn(N)

;

F:=l; i:=l;

Repeat

F:=F*i;

i:=i+l

Until i>N;

WriteLn(N,'!=',F)

End.

Программа на Си++

// Программа

вычисления факториала

linclude <iostream.h>

void main()

{ long int F;

int i,N;

COUt«"N="; cin»N;

F=i=l;

do F*=i++;

while(i<=N);

cout«"\n"«N«" !="«F;

Цикл с параметром. Формат оператора цикла с параметром:

for (выражение_1; выражение_2; выражение_3)

оператор;

Выражение

выполняется только один раз в начале цикла. Обыч-

но оно определяет начальное значение параметра цикла (инициа-

лизирует параметр цикла). Выражение 2 — это условие выполне-

ния цикла. Выражение 3 обычно определяет изменение параметра

цикла, оператор

—

тело цикла, которое может быть простым или

составным. В последнем случае используются фигурные скобки.

Алгоритм выполнения цикла for представлен на блок-схеме

на

рис.

44.

Обратите внимание на то, что после

I вычисления выражения 3 происходит

возврат к вычислению выражения 2 —

проверке условия повторения цикла.

С помощью цикла for нахождение

можно организовать следующим обра-

Нет зом:

F=l;

for(i=l;i<=N;i++) F=F*i;

Используя операцию «запятая», мож-

но в выражение 1 внести инициализа-

цию значений сразу нескольких пере-

менных:

for(F=l,i=l;i<=N;i++) F=F*i;

Некоторых элементов в операторе

Рис.44 for может не быть, однако разделяю

Выражение 1

•]

Выражение 2

Оператор

Выражение 3

204

щие

их

точки с запятой обязательно должны присутствовать.

сле-

дующем примере инициализирующая часть вынесена из операто-

ра for:

F=l;

i=l;

for(;i<=N;i++) F=F*i;

Ниже показан еще один вариант вычисления

N1.

нем на месте

тела цикла находится пустой оператор, а вычислительная часть

внесена в выражение 3.

for(F=l,i=l;i<=N;F=F*i,i++);

Этот же оператор можно записать в следующей форме:

for(F=l,i=l;i<=N;F*=i++) ;

В языке Си оператор for является достаточно универсальным

средством для организации циклов. С его помощью можно про-

граммировать даже итерационные циклы, что невозможно в Пас-

кале.

Вот пример вычисления суммы элементов гармонического

ряда, превышающих заданную величину е:

for(n=l,S=0;1.0/n>eps && n<INT_MAX;n++) S+=1.0/n;

И наконец, эта же самая задача с пустым телом цикла:

for(n=l,S=0;1.0/n>eps && n<INT_MAX;S+=l.0/n++);

Следующий фрагмент программы на Си++ содержит два вло-

женных цикла for.

нем запрограммировано получение на экране

таблицы умножения.

for(х=2;х<=9;х++)

for(y=2;y<=9;y++)

cout<<"\n"«x«"*"«y«" = "<<x*y;

На экране будет получен следующий результат:

2*2=4

2*3=6

9*8=72

9*9=81

Оператор continue. Если выполнение очередного шага цикла

требуется завершить до того, как будет достигнут конец тела цик-

ла, используется оператор continue. Следующий фрагмент про-

граммы обеспечивает вывод на экран всех четных чисел в диапа-

зоне от

до 100.

for(i=l;i<=100;i++)

{if(i%2) continue; cout«"\t"«i; }

205

Для нечетных значений переменной / остаток от деления на 2

будет равен единице, этот результат воспринимается как значе-

ние «истина» в условии ветвления, и выполняется оператор

continue. Он завершит очередной шаг цикла, выполнение цикла

перейдет к следующему шагу.

Оператор goto. Оператор безусловного перехода goto суще-

ствует

языке Си, как и во всех других языках программирования

высокого уровня. Однако с точки зрения структурного подхода к

программированию его использование рекомендуется ограничить.

Формат оператора:

goto метка;

Метка представляет собой идентификатор с последующим дво-

еточием, ставится перед помечаемым оператором.

Одна из ситуаций, в которых использование goto является

оправданным

—

это необходимость «досрочного» выхода из вло-

женного цикла. Вот пример такой ситуации:

for(...)

{ while (...)

{ for(...)

{... goto exit ...}

}

exit: cout«"Bbixofl из цикла";

При использовании оператора безусловного перехода необхо-

димо учитывать следующие ограничения:

• нельзя входить внутрь блока извне;

• нельзя входить внутрь условного оператора (if ...else...);

• нельзя входить внутрь переключателя;

• нельзя входить внутрь цикла.

Упражнения

Используя циклы while, do - while и for, написать три

варианта программы получения на экране таблицы синусов для

значений аргумента в диапазоне от 0 до я/2 с заданным числом

шагов.

Вычислить и вывести все члены числового ряда

_L _L

' 2!' 3!' '"' /V!'

значение которых превышает 10~

Напечатать в возрастающем порядке все трехзначные числа,

в десятичной записи которых нет одинаковых цифр.

Дано целое п

Напечатать все простые числа из диапазона

[2,п].

206

Составить программу перевода целого десятичного числа в

двоичную систему счисления.

6. Составить программу перевода целого десятичного числа в

шестнадцатеричную систему счисления.

4.8. Функции

А теперь нам предстоит разобраться с вопросом о том, как в

Си/Си++ реализуется механизм подпрограмм. Вспомним о том,

что в Паскале существуют

две

разновидности подпрограмм: под-

программы-процедуры и подпрограммы-функции. Тот и другой

тип подпрограмм описывается внутри основной программы и

компилируется вместе с ней. Реализация механизма подпрограмм

в Си/Си++ существенно отличается от аналогичной реализации

в Паскале.

Определение функции. Обращение

функции. В Си использу-

ется лишь один тип подпрограмм

—

функция. Здесь вообще не

принято употреблять термин «подпрограмма», потому что фун-

кция является

основной программной единицей

в Си, минималь-

ным исполняемым программным модулем. Всякая программа

обязательно включает в себя основную функцию с именем main.

Если в программе используются и другие функции, то они вы-

полняют роль подпрограмм.

Рассмотрим пример. Требуется составить программу нахожде-

ния наибольшего значения из трех величин

— max

(я,

Ь,

с).

Для ее

решения можно использовать вспомогательный алгоритм нахож-

дения максимального значения из двух, поскольку справедливо

равенство:

max

(a,

b, с) =

max (max

(A,

b), с).

Вот программа решения этой задачи с использованием вспо-

могательной функции.

Пример 1.

•include <iostream.h>

//Определение вспомогательной функции

int MAX(int x, int у)

{ if (x>y) return х;

else return у;

}

//Основная функция

void main()

{ int

a,b,c,d;

cout<<"BBeflHTe a,b,c:";

cin>>a>>b>>c;

d=MAX(MAX(a,b),c);

cout«"\nmax

(a,

c) =

"«d;

}

207

Формат определения функции следующий:

тип имя_функции (спецификация_параметров)

{тело_

функции}

Тип

функции

—

это тип возвращаемого функцией результата.

Если функция не возвращает никакого результата, то для нее ука-

зывается тип void.

Имя функции — идентификатор, задаваемый программистом

или main для основной функции.

Спецификации параметров —

это либо «пусто», либо список

имен формальных параметров функции с указанием типа для

каждого из них.

Тело

функции

—

это либо составной оператор, либо блок.

Здесь мы впервые встречаемся с понятием блока. Признаком

блока является наличие описаний программных объектов (пере-

менных, массивов и т.д.), которые действуют в пределах этого

блока. Блок, как и составной оператор, ограничивается фигурны-

ми скобками.

В Си действует правило:

тело функции не может содержать

себе определения других

функций.

Иначе говоря, недопустимы внут-

ренние функции, как это делается в Паскале. Из всякой функции

возможно обращение к другим функциям, однако они всегда яв-

ляются внешними по отношению к вызывающей.

Оператором возврата

из

функции

точку

ее

вызова является опе-

ратор return. Он может использоваться в функциях

в двух

формах:

return;

или return выражение;

В первом случае функция не возвращает никакого значения в ка-

честве своего результата.

Во

втором случае результатом функции яв-

ляется значение указанного выражения. Тип этого выражения дол-

жен либо совпадать с типом функции, либо относиться к числу ти-

пов,

допускающих автоматическое преобразование к типу функции.

Оператор return может в явном виде отсутствовать в теле фун-

кции.

таком случае его присутствие подразумевается перед зак-

рывающей тело функции фигурной скобкой. Такая подстановка

производится компилятором.

Формат обращения к функции (вызова функции) традици-

онный:

имя_функции(список_фактических_праметров)

Однако в Си обращение к функции имеет своеобразную трактов-

ку: обращение к функции

—

это

выражение.

этом выражении круг-

лые скобки играют роль знака операции, для которой функция и

фактические параметры (аргументы) являются операндами. Приори-

тет

операции «скобки» самый высокий

(см.

табл.

4.2), поэтому вычис-

ление функции

выражениях производится

раньше других

операций.

208

Между формальными и фактическими параметрами при вызо-

ве функции должны соблюдаться правила соответствия по после-

довательности

и по типам. Фактический параметр

—

это выраже-

ние того же типа, что и у соответствующего ему формального

параметра. Стандарт языка Си допускает автоматическое преобра-

зование значений фактических параметров к типу формальных

параметров. В Си++ такое преобразование не предусмотрено. По-

этому в дальнейшем мы будем строго следовать принципу соот-

ветствия типов.

Необходимо усвоить еще один важнейший принцип, действую-

щий в Си/Си++:

передача параметров

при вызове функции происхо-

дит только по

значению.

Если снова проводить аналогию с Паска-

лем, то это значит, что в Си допустимы только параметры-значения

(без var). Поэтому

выполнение

функции

не может изменить значения

переменных,

указанных в

качестве фактических

параметров.

Правило соответствия по количеству, обязательное в Паскале,

в Си в некоторых случаях может не соблюдаться. Более того, в Си

возможны функции с переменным числом параметров. Примером

таких функций являются библиотечные функции printf () и

scanf ().

Прототип функции. Оказывается, совсем не обязательно было в

предыдущем примере помещать полное определение функции

МАХ

() перед основной частью программы. Вот другой вариант

программы, решающей ту же самую задачу.

Пример 2.

tinclude <iostream.h>

//Прототип функции МАХ

int MAX(int, int);

//Основная функция

void main()

{ int

a,b,c,d;

сои1:<<"Введите a,b,c:";

cin»a»b»c;

d=MAX(MAX(a,b),c);

cout«"\nmax (a, b, c) ="«d;

}

//Определение функции MAX

int MAX(int x, int y)

{ if (x>y) return x;

else return y;

}

Здесь использован

прототип

функции. Прототипом называется

предварительное описание функции, в котором содержатся все

необходимые сведения для правильного обращения к ней: имя и

тип функции, типы формальных параметров. В прототипе имена

209