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

Подождите немного. Документ загружается.

формальных параметров указывать необязательно (как это сдела-

но в примере 2), хотя их указание не является ошибочным. Мож-

но было написать и так, как в заголовке определения функции:

int MAX(int x, int у);

Точка с запятой в конце прототипа ставится обязательно!

Можно было бы записать прототип и

теле основной функции

наряду

описаниями других программных объектов в ней. Вопрос

о размещении описаний связан с понятием области видимости,

который будет обсужден немного позже.

В следующей программе приводится пример использования

функции, которая не имеет параметров и не возвращает никаких

значений в точку вызова. Эта функция рисует на экране строку,

состоящую из 80 звездочек.

Пример 3.

tinclude <iostream.h>

//Прототип функции line

void

line(void);

//Основная функция

void main()

{ line

();

//Вызов функции line

}

//Определение функции line

void line(void)

{ int i;

for(i=0;

i<80;

i++) cout«"*";

}

А теперь сопоставим программу на Паскале (разд. 3.13) для

вычисления наибольшего общего делителя для суммы, разности

и произведения двух чисел с аналогичной программой на Си++.

Пример 4.

Программа на Паскале Программа на Си++

Program

NOD3;

#include <iostream.h>

Var a,b,Rez: Integer; linclude <math.h>

Function int

NOD2(int,int);

NOD2(M,N:Integer):

void main()

Integer; { int a,b,Rez;

Begin cout«"a="; cin»a;

While MON Do cout<<"b="; cin»b;

If M>N Rez=NOD2(NOD2(a+b,

Then M:=M-N

abs(a-b)),a*b);

Else N:=N-M; cout«"NOD paBeH"«Rez;

NOD2:=M }

End;

210

Begin int N0D2(int M, int N)

Write("a=");

{ while(M!=N)

ReadLn(a);

{ if(M>N) M=M-N;

Write("b="); else N=N-M;

ReadLn(b); }

Rez:=N0D2(N0D2(a+b, return M;

Abs(a-b)),a*b); }

Write.LnC'NOD равен",

Rez)

End.

У читателя может возникнуть вопрос: если основная часть про-

граммы является функцией, то кто (или что) ее вызывает? Ответ

состоит в следующем: программу вызывает операционная система

при запуске программы на исполнение. И в принципе main-фун-

кция совсем не обязательно должна иметь тип void. Например,

она может возвращать операционной системе целое значение 1 в

качестве признака благополучного завершения программы и 0 —

в «аварийном» случае. Обработка этих сообщений будет осуществ-

ляться системными средствами.

Использование библиотечных функций. Библиотечными назы-

ваются вспомогательные функции, хранящиеся в отдельных фай-

лах. Стандартные библиотеки входят в стандартный комплект си-

стемы программирования на Си/Си++. Кроме того, программист

может создавать собственные библиотеки функций. Ранее уже го-

ворилось о том, что для использования стандартных функций не-

обходимо подключать к программе заголовочные файлы соответ-

ствующих библиотек. Делается это с помощью директивы пре-

транслятора #include с указанием имени заголовочного файла.

Например, #include <stdio.h>. Все заголовочные файлы имеют

расширение h (от английского

header).

Теперь должно быть понят-

но,

что эти файлы содержат прототипы функций библиотеки. На

стадии претрансляции происходит подстановка прототипов перед

основной функцией, после чего компилятор в состоянии контро-

лировать правильность обращения к функциям. Сами программы,

реализующие функции, хранятся в форме объектного кода и под-

ключаются к основной программе на стадии редактирования свя-

зей (при работе компоновщика).

Рассмотрим программу решения следующей задачи: зная де-

картовы координаты вершин выпуклого четырехугольника, вы-

числить его площадь (рис. 45).

Математическое решение этой задачи следующее. Обозначим

координаты вершин четырехугольника так:

(х\,у\),

(х2,у2),

(хЗ,

уЪ),

(х4,

уА).

Площадь четырехугольника можно вычислить как

сумму площадей двух треугольников.

свою очередь, площадь каж-

дого треугольника вычисляется по формуле Герона. Для примене-

211

Рис.45

ния формулы Герона нужно найти

длины

сторон.

Длина стороны меж-

ду первой и второй вершинами вы-

числяется по формуле:

J(x\-x2)

(yl~y2)

Аналогично вычисляются дли-

ны других отрезков.

Таким образом, для решения

основной задачи — вычисления

площади четырехугольника

—

тре-

буется вспомогательный алгоритм

вычисления площади треугольни-

ка, для которого, в свою очередь,

необходим вспомогательный алгоритм вычисления длины отрез-

ка по координатам концов.

Ниже приведена программа решения поставленной задачи.

Пример 5.

//Площадь выпуклого четырехугольника

#include <iostream.h>

linclude <math.h>

#include <conio.h>

typedef double D; //Переименование типа double

Line(D,D,D,D);

//Прототип функции Line

Geron(D,D,D,D,D,D);

// Прототип функции Geron

//Основная функция

void main()

{ D xl,yl,x2,y2,x3,y3,x4,y4,S1234;

clrscr();

cout«"yl=";

cout«"y2=";

cout«"y3=";

cout«"y4

= ";

cin»yl;

cin»y2;

cin»y3;

cin»y4;

cout«"xl="; cin»xl

cout«"x2="; cin»x2

cout«"x3="; cin»x3

cout«"x4

= ";

cin»x4

S1234=Geron(xl,yl,x2,y2,x3,y3)

+Geron(xl,yl,x3,уЗ,

х4,у4);

cout«"Плoщaдь четырехугольника="«31234;

}

//Определение функции Line

D Line(D a,D b,D c,D d)

{return sqrt((a-c)*(a-c)+(b-d)*(b-d));}

//Определение функции Geron

D Geron(D al,D a2,D bl,D b2,D cl,D c2)

{D p,ab,bc,ca;

ab=Line(al,a2,bl,b2);

bc=Line(bl,b2,cl,c2);

ca=Line(cl,c2,al,a2);

212

p=(ab+bc+ca)/2;

return sqrt(p*(p-ab)*(p-bc)*(p-ca));

}

В этой программе используются функции из трех стандартных

библиотек с заголовочными файлами iostream.h, math.h и

conio. h. С первыми двумя мы уже встречались раньше. Третья биб-

лиотека (файл conio. h) содержит функции, предназначенные для

управления выводом на экран в символьном режиме. Она является

аналогом модуля CRT в Турбо Паскале. В программе из этой биб-

лиотеки используется функция clrscr () — очистка экрана.

Еще одним новым элементом в приведенной программе явля-

ется строка

typedef double D;

Служебное слово typedef представляет собой спецификатор

типа, позволяющий определять синонимы для обозначения ти-

пов.

В результате в рассматриваемой программе вместо длинного

слова double для обозначения того же самого типа можно упот-

реблять одну букву

Данное описание действует глобально и рас-

пространяется как на основную, так и на вспомогательные функ-

ции.

Обратим внимание на еще одно обстоятельство. В функции Geron

имеются обращения к функции Line, а в основной функции —

обращение только к функции Geron. Для

компилятора

важно,

чтобы

перед вызывающей функцией присутствовал или прототип, или оп-

ределение вызываемой функции. Поэтому если из данной програм-

мы убрать прототип функции Line, то ошибки не будет. Но если

одновременно с этим поменять местами определения функций

Line и Geron, то компилятор выдаст сообщение об ошибке.

Рекурсивные определения функций. Как и в Паскале, в языках

Си/Си++ допускается рекурсивное определение функций. Проил-

люстрируем определение рекурсивной функции на классическом

примере вычисления факториала целого положительного числа.

long Factor(int n)

{ if (n<0) return 0;

if (n==0) return 1;

return

n*Factor(n-1);

}

В случае если при вызове функции будет задан отрицательный

аргумент, она вернет нулевое значение — признак неверного об-

ращения. Выполнение программы происходит аналогично тому,

как это описано в разд. 3.13.

Передача значений через глобальные переменные.

Областью

дей-

ствия описания программного объекта называется часть програм-

мы,

пределах которой действует (учитывается)

это

описание.

Если

213

переменная описана внутри некоторого блока, то она локализо-

вана в этом блоке и из других блоков, внешних по отношению к

данному, «не видна». Если описание переменной находится вне

блока и предшествует ему в тексте программы, то это описание

действует внутри блока и называется глобальным. Глобальная пе-

ременная «видна» из блока. Например:

double х;

int fund ()

{int у;... }

void main()

{float у;...}

Переменная х является глобальной по отношению к функ-

циям fund, main и, следовательно, может в них использо-

ваться. В функциях fund и main имеются локальные перемен-

ные с одинаковым именем у. Однако это разные величины,

никак не связанные друг с другом. Поскольку переменная х яв-

ляется общей для обеих функций, то они могут взаимодейство-

вать через х друг с другом.

При обращении к функции передача значений возможна как

через параметры, так и через глобальные переменные. Используя

этот механизм, в программах на Си можно реализовывать функ-

ции, работающие подобно процедурам в Паскале. В следующей

программе решается уже рассматриваемая нами задача получения

наибольшего из трех значений.

Пример 6.

int z; //Описание глобальной переменной

void MAX(int х, int у)

{if (x>y) z=x; else z=y;}

#include <iostream.h>

void main()

{ int a,b,с;

cout«"a="; cin»a;

cout«"b="; cin»b;

cout«"c="; cin>>c;

MAX(a,b);

MAX(z,c);

cout«"max="«z;

}

Результат выполнения функции MAX заносится в глобальную

переменную z, которая «видна» также и из основной функции.

Поэтому при втором обращении эта переменная играет одновре-

менно роль аргумента и результата. Здесь оператор обращения к

функции выглядит подобно обращению к процедуре в Паскале, а

глобальная переменная z играет роль var-параметра.

214

Классы памяти. Под всякую переменную, используемую в про-

грамме, должно быть выделено место в памяти ЭВМ. Выделение

памяти может происходить либо на стадии компиляции (компо-

новки) программы, либо во время ее выполнения. Существуют 4

класса памяти, выделяемой под переменные:

• автоматическая (ключевое слово auto);

• внешняя (extern);

• статическая (static);

• регистровая (register).

Под

глобальные переменные выделяется

место во внешней памя-

ти (не нужно думать, что речь идет о магнитной памяти; это опе-

ративная память класса extern). Глобальную переменную можно

объявить либо вне программных блоков, либо внутри блока с клю-

чевым словом extern. Обычно это делается в тех случаях, когда

программный модуль хранится в отдельном файле и, следователь-

но,

отдельно компилируется.

Пусть, например, основная и вспомогательная функции хра-

нятся в разных файлах.

Пример 7.

Файл 1: Файл 2:

int var void func()

void main() { extern int var;

{var=5;

var=10*var;

func();

}

cout<<var;

}

Здесь обмен значениями между основной и вспомогательной

функцией f unc () происходит через общую глобальную перемен-

ную var, для которой во время компиляции выделяется место во

внешнем разделе памяти. В результате выполнения данной про-

граммы на экран выведется число 50.

Локальные переменные, объявленные внутри блоков, распреде-

ляются в автоматической памяти,

работающей

по принципу стека.

Выделение памяти происходит при входе выполнения програм-

мы в блок, а при выходе из блока память освобождается. Клю-

чевое слово auto писать необязательно (подразумевается по

умолчанию).

Статическая память выделяется под переменные, локализован-

ные внутри блока, но в отличие от автоматической памяти не

освобождается при выходе из блока. Таким образом, при повтор-

ном вхождении в блок статическая переменная сохраняет свое

прежнее значение. Пример объявления статической переменной:

f О

{static int schet=10; ...}

215

Инициализация статической переменной происходит толь-

ко при первом вхождении в блок. Если инициализация явно не

указана, то переменной автоматически присваивается нулевое

начальное значение. Статические переменные можно использо-

вать,

например, для организации счетчика числа вхождений

в блок.

Регистровая память выделяется под локальные переменные.

Регистры процессора — самый быстрый и самый маленький вид

памяти. Они задействованы при выполнении практически всех

операций в программе. Поэтому возможность распоряжаться ре-

гистровой памятью лучше оставить за компилятором.

Наконец рассмотрим пример, в котором используются различ-

ные способы описания переменных.

Пример 8.

int var //описана внешняя переменная var

main

()

{extern int var; // та же внешняя переменная var

}

fund ()

{extern int varl;//новая внешняя переменная varl

//внешняя var здесь также видна

}

func2 ()

{... //здесь переменная var видна, а переменная

} // varl не видна

int

varl;

//глобально описана переменная varl

func3 {)

{ int var; //здесь var

—

локальная переменная,

//видна внешняя переменная varl

}

func4 ()

{auto int varl; //здесь varl

—

локальная переменная,

//видна внешняя глобальная var

}

Упражнения

Найти ошибку в программе:

tinclude <iostream.h>

void main()

{int a=l, b=2, c;

c=sum(a,b);

cout«c;

}

216

int sum(int

x,int

{return x+y;}

Определить результат выполнения программы:

#include <iostream.h>

void mul(int,int);

int S;

void main ()

{int a=2,b=3;

mul(a,b);a=2*S;mul(a,b);

cout«S;

}

void mul(int x,int y)

{S=x*y;}

Составить программу для вычисления площади кольца по

значениям внутреннего и внешнего радиусов, используя функ-

цию вычисления площади круга.

Даны три целых числа. Определить, сумма цифр которого из

них больше. Подсчет суммы цифр организовать через функцию.

Составить функцию, определяющую, является ли ее целый

аргумент простым числом. Использовать эту функцию для подсче-

та количества простых чисел в последовательности из десяти це-

лых чисел, вводимых с клавиатуры.

6. Описать рекурсивную функцию stepen (x, n) от веществен-

ного

Л;

(Х

^ 0) и целого п, которая вычисляет величину х" согласно

формуле

при п = 0,

х"

{

при п

•

х"'

при п

Даны натуральные числа пит; найти НОД(л, т). Составить

рекурсивную функцию вычисления НОД, основанную на соот-

ношении НОД(л, /я)=НОД (т, г), где г — остаток от деления п на

т (п >т).

4.9. Массивы

Понятие массива знакомо из Паскаля. Массив — это структу-

ра

однотипных

элементов,

занимающих

непрерывную область

памя-

ти. С массивом связаны следующие его свойства: имя, тип, раз-

мерность, размер.

Формат описания массива следующий:

тип элементов имя [константное выражение]

217

Константное выражение определяет размер массива,

т.

е.

числе

элементов этого массива. Например, согласно описанию

int A[10];

объявлен массив с именем А, содержащий 10 элементов целого

типа. Элементы массива обозначаются индексированными имена-

ми.

Нижнее значение индекса равно 0:

А[0],

А[1], А[2], А[3], А[4], А[5], А[6], А[7],

А[8],

А[9]

В отличие от Паскаля в Си нельзя определять произвольные

диапазоны для индексов. Размер массива, указанный в описа-

нии, всегда на единицу больше максимального значения ин-

декса.

Размер массива может явно не указываться, если при его

объявлении производится инициализация значений элементов.

Например:

int p[]={2, 4, б, 10, 1};

В этом случае создается массив из пяти элементов со следую-

щими значениями:

р[0]=2,

р[1]=4, р[2]=б, р[3]=10, р[4]=1

В результате следующего объявления массива

int М[б]={5, 3, 2};

будет создан массив из шести элементов. Первые три элемента

получат инициализированные значения. Значения остальных бу-

дут либо неопределенными, либо равны нулю, если массив вне-

шний или статический.

Рассмотрим несколько примеров программ обработки одно-

мерных массивов.

Пример 1. Ввод с клавиатуры и вывод на экран одномерного

массива.

//Ввод и вывод массива

tinclude <iostream.h>

•include <conio.h>

void main()

{ int i, A

[ 5 ]

;

clrscr();

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

{ cout«"A["«i«"]="; cin»A[i];}

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

cout«"A["«i«"]="«A[i]«"

}

218

Пример 2. Ввод вещественного массива и вычисление среднего

значения.

//Среднее значение массива

•include <iostream.h>

•include <conio.h>

void main()

{ const n=10;

int i; double

A[n],

SA;

clrscr

()

;

for(i=0;

i<n; i++) {cout«"A["«i«"

]="

;

cin»A[i]

;

}

SA=0;

for(i=0;

i<n;i++)

SA=SA+A[i];

SA=SA/n;

cout<<"/переднее значение="«5А;

}

В этой программе обратите внимание на определение размера

массива через константу.

Пример 3. Сортировка массива «методом пузырька».

//Сортировка массива

•include <iostream.h>

•include <conio.h>

void main()

{ int X[]={6,4,9,3,2,1,5,7,8,10};

int

i,j,n,A;

clrscr();

n=sizeof(X)/sizeof(X[0]

)

;

for(i=0;

i<n-l;

i++)

for(j=0; j<n-l-i; j++)

if(X[j]>X[j+l]) {A=X[j]; X[j]=X[j+l]; X[j+1]=A;}

for(i=0; i<n; i++) cout«X[i]«" " ;

}

Алгоритм сортировки массива «методом пузырька» описан в

разд. 3.17.

данной программе массив инициализирован. Его раз-

мер равен числу заданных значений. Чтобы сделать программу

универсальной по отношению к размеру массива, значение раз-

мера вычисляется автоматически и заносится в переменную п.

Для этого используется операция sizeof ()

—

определение раз-

мера в байтах. Результат sizeof (X) равен размеру в памяти

всего массива х — 20 байтам. Результат sizeof (Х[0] ) равен

размеру одного элемента массива — 2 байтам. Отношение этих

величин равно 10

—

числу элементов массива. Внимательно про-

анализируйте организацию перебора значений параметров вло-

женных циклов — i, j .

219