Wprowadzenie do programowania w jÄzyku C â struktura programu

Wprowadzenie do programowania 

w języku C 

Część trzecia 

Struktura programu 

Autor 

Roman Simiński 

Kontakt 

siminski@us.edu.pl 

www.us.edu.pl/~siminski 

Niniejsze opracowanie zawiera skrót treści wykładu, lektura tych materiałów nie zastąpi uważnego w nim uczestnictwa. 

Opracowanie to jest chronione prawem autorskim. Wykorzystywanie jakiegokolwiek fragmentu w celach innych niż nauka własna jest nielegalne. 

Dystrybuowanie tego opracowania lub jakiejkolwiek jego części oraz wykorzystywanie zarobkowe bez zgody autora jest zabronione.

Podstawy i języki programowania 

Język C 

Struktura programu jednomodułowego 

Problem 


Spróbujmy to napisać z wykorzystaniem podprogramów 

Napisać program obliczający obwód i pole 

koła o promieniu podanym przez 

użytkownika. 

W języku C nie występuje podział podprogramów na procedury i funkcje. Wszystkie 

podprogramy są funkcjami, istnieje jednak możliwość wykorzystywania funkcji jak 

procedur, bądź deklarowania funkcji tak, by przypominały procedury. 

#include 

#include 

int main() 

{ 

przywitanie(); 

Wywołanie funkcji 

} 

return EXIT_SUCCESS; 

int przywitanie( void ) 

{ 

puts( "\nCzesc, tu funkcja przywitanie" ); 

return 0; 

} 

Definicja funkcji 

Copyright © Roman Simiński Strona : 2


Język C 

Struktura programu jednomodułowego — funkcje 

Czy testowy program się skompiluje bez problemów 

Tak, bez błędów i ostrzeżeń — w starszych wersjach kompilatorów. 

Dlaczego występują te rozbieżności 


Tak, bez błędów lecz z ostrzeżeniem — w nowszych wersjach kompilatorów, oraz tych 

pracujących w trybie zgodności z normą ANSI. 

Nie, wystąpi błąd — w kompilatorach pracujących w trybie C++. 

Definicja funkcji przywitanie występuje po jej wywołaniu. Kompilator na etapie 

wywołania jej jeszcze nie zna. Czyni w stosunku do niej założenia — że to funkcja, której 

rezultatem jest wartość int. To założenie może być słusznie albo nie. 

Aby uniknąć niejednoznaczności, wprowadza się prototypy funkcji. 

Aby kompilator mógł kontrolować poprawność wywołania funkcji, należy to wywołanie 

poprzedzić definicją lub deklaracją wywoływanej funkcji. Deklaracja przyjmuje postać 

prototypu funkcji. 

Definicja funkcji 


{ 


return 0; 

} 

Prototyp funkcji 

int przywitanie( void ); 



Język C 



Ogólna postać definicji funkcji: 

nazwa_funkcji ( lista_parametrów_formalnych ) 

{ 

ciało_funkcji 

} 

Ogólna postać prototypu funkcji: 

nazwa_funkcji ( lista_parametrów_formalnych ); 

Dwie wersje poprawnego programu przykładowego 

Z prototypem: 

Po „paskalowemu”: 

. . . 

int przywitanie( void ); 

int main() 

{ 


. . . 


{ 

. . . 

} 

} 



{ 

. . . 

} 

int main() 

{ 


} 




Język C 



Dlaczego przywitanie to funkcja, skoro nie udostępnia sensownego rezultatu 


{ 


return 0; 

} 

Może lepiej tak, czyli jak zrobić z funkcji procedurę: 

void przywitanie( void ) 

{ 


} 

Ale może być kłopot 

int main() 

{ 


} 


void przywitanie( void ) 

{ 


} 

Kompilator zakłada, że funkcja 

będzie miała rezultat int. 



Język C 

Struktura programu jednomodułowego — funkcje, podsumowanie 


Podsumowanie informacji o prototypach 

Starsze implementacje C dopuszczały wywoływanie funkcji wcześniej kompilatorowi 

nieznanych. 

W trakcie kompilowania wywołania nieznanej funkcji przez domniemanie 

przyjmowano, że zwraca ona wartość int i nic nie wiadomo na temat jej parametrów. 

Nie pozwalało to kompilatorowi kontrolować poprawności wywołania funkcji. 

Aby kompilator mógł kontrolować poprawność wywołania funkcji, należy to 

wywołanie poprzedzić definicją lub deklaracją wywoływanej funkcji. 

Deklaracja przyjmuje postać prototypu funkcji. 

Deklaracja i definicja funkcji powinna być zgodna. Jeżeli w obrębie jednego pliku 

wystąpi niezgodność, kompilator zgłosi błąd kompilacji. 



Język C 

Struktura programu jednomodułowego — funkcje, podsumowanie 


Uwagi na temat definicji funkcji: 

Słowo kluczowe void, będące nazwą typu, oznacza brak, nieobecność jakiejkolwiek 

wartości. 

Jeżeli typem rezultatu będzie typ określany słowem kluczowym void, to oznacza, iż 

funkcja nie udostępnia rezultatu – staje się wtedy czymś podobnym do procedury 

z języka Pascal. 

Jeżeli w miejscu listy parametrów formalnych występuje słowo kluczowe void, to 

oznacza, że funkcja nie posiada parametrów. 

Jeżeli funkcja „zwraca wartość” w miejscu wywołania, w ciele funkcji powinna 

wystąpić instrukcja return, a po niej, wyrażenie o typie zgodnym z typem rezultatu 

funkcji. 

Na liście parametrów formalnych, dla każdego parametru określamy jego typ. 



Język C 

Struktura programu jednomodułowego — obliczanie obwodu i pola koła 


A może by tak w końcu wrócić do programu, który mieliśmy napisać... 

#include 

#include 

#define PI 3.14 

#define MAKS_DL 80 

void komunikat_wstepny( void ); 

void oblicz( void ); 

float obwod_kola( float r ); 

float pole_kola( float r ); 

int main() 

{ 

komunikat_wstepny(); 

oblicz(); 

} 


void komunikat_wstepny( void ) 

{ 

puts("\nObliczam obwod ..."); 

} 

void oblicz( void ) 

{ 

float r; 

char s[ MAKS_DL ]; 

} 

printf("\nPodaj promien R = " ); 

fgets( s, MAKS_DL, stdin ); 

r = atof( s ); 

printf( "Obwod : %g\n", obwod_kola(r) ); 

printf( "Pole : %g\n", pole_kola(r) ); 

printf( "\nNacisnij Enter by ..." ); 

getchar(); 

float obwod_kola( float r ) 

{ 

return 2 * PI * r; 

} 

float pole_kola( float r ) 

{ 

return PI * r * r; 

} 



Język C 

Struktura programu jednomodułowego — przykłady funkcji 


Kilka prostych funkcji 

void print_message( void ) 

{ 

puts( "\nObliczam pole kola" ); 

} 

int zawsze_5( void ) /* Wiem, że to bez sensu :-\ */ 

{ 

return 5; 

} 

float do_kwadratu( float a ) 

{ 

return a * a; 

} 

float oblicz_spalanie( float paliwo, float dystans ) 

{ 

return ( paliwo * 100 ) / dystans; 

} 



Język C 


Zamiast 


. . . 


fgets( s, MAKS_DL, stdin ); 


printf( "Obwod : %g\n", obwod_kola(r) ); 

printf( "Pole : %g\n", pole_kola(r) ); 

. . . 

A może tak: 

. . . 


r = wczytaj_liczbe_f(); 

printf( "Obwod : %g\n", obwod_kola( r ) ); 

printf( "Pole : %g\n", pole_kola( r ) ); 

. . . 

Przykład użytecznej funkcji 

float wczytaj_liczbe_f( void ) 

{ 

char bufor_tekstowy[ 80 ]; 

} 

fgets( bufor_tekstowy, 80, stdin ); 

return atof( bufor_tekstowy ); 



Język C 



Zamiast 

. . . 


r = wczytaj_liczbe_f(); 



. . . 

A może tak: 

. . . 

r = wczytaj_liczbe_f( "\nPodaj promien R = " ); 



. . . 

Przykład użytecznej funkcji — wersja kolejna 

float wczytaj_liczbe_f( char komunikat[] ) 

{ 

char bufor_tekstowy[ 80 ]; 

} 

printf( komunikat ); 

fgets( bufor_tekstowy, 80, stdin ); 

return atof( bufor_tekstowy ); 



Język C 



Przykład wykorzystania rezultatu do sygnalizacji błędów 


{ 

if( dystans == 0 ) 

return –1; 

else 

return fabs( ( paliwo * 100 ) / dystans ); 

} 

. . . 

spalanie = oblicz_spalanie( 40.5, 0 ); 

if( spalanie == -1 ) 

printf( "Nie dokonam oblicze ń dla błędnych danych" ); 

else 

printf( "Spalanie %4.2f l na 100 km", spalanie ); 

. . . 

Uwaga na instrukcję return 


{ 


printf( "Nie dokonam oblicze ń dla zerowego dystansu" ); // return 

else 

return ( paliwo * 100 ) / dystans; 

} 



Język C 


Struktura programu jednomodułowego — uwagi 

Parę pułapek związanych z definicjami funkcji 

W języku C wolno czasem opuścić słowo kluczowe int, wtedy zostanie ono przyjęte 

domyślnie. To, że tak robić można nie oznacza, że tak robić trzeba. 

Zapisy równoważne 

int fun() 

{ 

. . . 

} 

fun() 

{ 

. . . 

} 

Nawiasy po nazwie funkcji są konieczne, nawet gdy funkcja nie ma parametrów. 

Nawiasy występują zarówno przy definicji, deklaracji jak i przy wywołaniu funkcji. 

Jednak puste nawiasy wbrew pozorom nie oznaczają braku parametrów a ich 

nieokreśloną liczbę! Trzy następujące po sobie kropki ... oznaczają zmienną liczbę 

parametrów, jakie można przekazać funkcji. 

Zapisy równoważne 

int fun() 

{ 

. . . 

} 

int fun( ... ) 

{ 

. . . 

} 

Dozwolone wywołania funkcji fun: 

fun(); fun( 5 ); fun( "Ala" ); fun( 2 * a ); fun( "Ala" , "As" ); 



Język C 



Funkcja printf jest przykładem funkcji o zmiennej liczbie parametrów: 

printf( "Witaj w programie" ); 

printf( "Pole kola %g, jego obwod %g", pole_kola( r ), obwod_kola( r ) ); 

printf( "Spalanie %4.2f l na 100 km", ( paliwo * 100 ) / dystans ); 

W języku C każdy programista może pisać własne funkcje ze zmienną liczbą 

parametrów, wymaga to zastosowania odpowiednich makr – zostanie to omówione 

później. 

Słowo kluczowe void oznacza brak, nieobecność jakiejkolwiek wartości. 

void fun( void ) 

{ 

. . . 

} 

Zapis oznacza, że funkcja fun nie udostępnia 

żadnej wartości, oraz nie otrzymuje żadnych 

parametrów. 



Język C 



W języku C wszystkie funkcje są zewnętrzne 

void oblicz_pole_kola( void ) 

{ 

float r; 

char s[ MAKS_DL ]; 

} 


gets( s ); 


printf( "Pole kola wynosi %g", pole_kola( r ) ); 

float pole_kola( float r ) 

{ 

return PI * r * r; 

} 

Procedure ObliczPoleKola; 

Var 

R : Real; 

Function PoleKola : Real; { Funkcja nielokalna } 

Const 

Pi = 3.14; 

Begin 

PoleKola := Pi * R * R; 

End; 

Begin 

WriteLn; 

WriteLn( ”Podaj promie ń R: ” ); 

ReadLn( R ); 

WriteLn( ”Pole wynosi: ”, PoleKola ); 

End; 



Język C 

Deklaracje i definicje zmiennych ― klasy pamięci 


Zmienne klasy auto — zmienne automatyczne 

void fun( float a ) 

{ 

int i = 0; 

char c = 'A'; 

float f; 

} 

if( i == 0 ) 

{ 

float i = 100.0; 

int k; 

. . . 

} 

Przesłanianie identyfikatorów ― w obrębie 

tego bloku instrukcji if nazwa i oznacza, 

lokalną w tym bloki, zmienną typu float. 

Zmienne klasy auto mogą być definiowane na początku każdego bloku (standard C89 

języka C, w standardzie C99 i w języku C++ jest inaczej). 

Zmienne klasy auto pojawiają się i znikają wraz z wejściem i wyjściem sterowania do 

bloku w którym są zadeklarowane. 

Zmienne deklarowane wewnątrz bloku są automatycznymi, jeżeli nie podano klasy 

pamięci albo jawnie użyto specyfikatora auto. 



Język C 



Zmienne klasy auto — zmienne automatyczne,cd... 

#include 

#include 

void fun( float a ) 

{ 

int i = 0; 

int j; 

printf( "\na = %.2f | i = %d | j = %d", a, i, j ); 

} 

int main() 

{ 

fun( 1.0 ); 

fun( 2.0 ); 

fun( 3.0 ); 

} 


Zmienne klasy auto: 

Nie zachowują swoich wartości pomiędzy swoimi kolejnymi kreacjami. 

O ile nie zostaną zainicjalizowane, maja wartości przypadkowe. 

Parametry formalne funkcji też są klasy auto. 



Język C 



Gdzie w pamięci operacyjnej lokowane są zmienne automatyczne 

Zmienna klasy auto tworzone są automatycznie, lokowane są na stosie. 

Stos to element procesu, służący do przechowywania danych chwilowych. 

Na stosie lokowane są zmienne auto, w tym argumenty funkcji, oraz adresy powrotu 

dla wywoływanych podprogramów. 

Stos ma ustalony i ograniczony rozmiar ― należy sprawdzić ustalenia rozmiaru stosu 

w opcjach kompilatora (konsolidatora). Może się zdarzyć, że stos ma rozmiar rzędu 

kilku kilobajtów. 

Wobec powyższego, niebezpieczna może być poniższa definicja dużej tablicy: 

void fun( void ) 

{ 

float tab[ 10000 ]; 

. . . 

} 

Uwaga: użycie słowa kluczowego auto dla deklaracji zmiennej, która jest domyślnie 

właśnie klasy auto, jest bezcelowe: 

{ 

} 

auto int i; 

{ 

} 

int i; 



Język C 



Zmienne klasy static — zmienne statyczne 

#include 

void fun_auto( void ) 

{ 

int i = 1; 

printf( "\nAuto %d", i++ ); 

} 

void fun_static( void ) 

{ 

static int i = 1; 

printf( "\nStatic %d\n", i++ ); 

} 

Operator ++ zwiększa o 1 wartość 

zmiennej przy której występuje. 

Zatem, zapis: 

i++ 

równoważny jest: 

i = i + 1 

int main() 

{ 

fun_auto(); 

fun_static(); 

fun_auto(); 

fun_static(); 

fun_auto(); 

fun_static(); 

. . . 

} 



Język C 



Zmienne klasy static — zmienne statyczne, cd... 

Zmienne statyczne mogą być lokalne w bloku lub zewnętrzne dla wszystkich bloków. 

Jeżeli zmienna wewnątrz bloku zostanie zadeklarowana ze specyfikatorem static, to: 

✔ 

jest raz inicjowana wartością inicjalizatora lub nadawana jest jej wartość zerowa 

odpowiednio do typu. 

✔ 

przechowuje wartość po opuszczeniu i ponownym wejściu do bloku. 

Statyczne zmienne lokalne stanowią prywatną, nieulotną pamięć danej funkcji czy 

bloku. 

Szkic przykładowego zastosowania zmiennej statycznej ― funkcja z limitem wywołań 

void fun_z_limitem_wywolan( void ) 

{ 

static int licznik_wywolan = 0; 

} 

if( licznik_wywolan < 10 ) 

{ 

licznik_wywolan++; 

/* Tutaj odpowiednie instrukcje */ 

} 

else 

puts( "Wersja demo -- limit wywolan wyczerpany" ); 



Język C 



Zmienne klasy register — zmienne rejestrowe 

Deklaracja zmiennej jako register jest równoważna z deklaracją auto, ale 

wskazuje że deklarowany obiekt będzie intensywnie wykorzystywany, i w miarę 

możliwości będzie umieszczony w rejestrze procesora. 

Jeżeli nie jest możliwe umieszczenie zmiennej w rejestrze, pozostaje ona w pamięci. 

Zmienne rejestrowe pozwalają zredukować zajętość pamięci i poprawić szybkość 

wykonania operacji takie zmienne wykorzystujących. 

Jednak większość współczesnych kompilatorów wykorzystuje optymalizację 

rejestrową, zatem wiele zmiennych i tak przechowywanych jest w rejestrach, mimo 

braku jawnej specyfikacji jako register. 

register i; 

for( i = 0; i < 10; i++ ) 

{ 

. . . 

} 

int very_time_critical_fun( register int i, register char c ) 

{ 

. . . 

} 



Język C 



Zmienne klasy extern — zmienne zewnętrzne 

#include 

#include 

float dystans, paliwo; 

void komunikat_wstepny( void ) 

{ 

. . . 

} 

int main() 

{ 

komunikat_wstepny(); 

czytaj_dane(); 

pisz_wyniki(); 


} 

void czytaj_dane( void ) 

{ 

. . . 

dystans = fabs( atof( linia ) ); 

. . . 

paliwo = fabs( atof( linia ) ); 

} 

void pisz_wyniki( void ) 

{ 


printf( "Nie policze spalania dla zerowego dystansu" ); 

else 

printf( "Spalanie %4.2f l na 100 km", ( paliwo * 100 ) / dystans ); 

} 



Język C 



Zmienne klasy extern — zmienne zewnętrzne, cd... 

Zmienne zewnętrzne deklarowane są na zewnątrz wszystkich funkcji. Zasięg 

zmiennej zewnętrznej rozciąga się od miejsca deklaracji do końca tego pliku. 

Zmienne zewnętrzne istnieją stale, nie pojawiają się i nie znikają, zachowują swoje 

wartości i są dostępne dla wszystkich funkcji programy występujących w zakresie 

danej zmiennej. 

Zmienna zewnętrzna jest raz inicjowana wartością inicjalizatora lub nadawana jest 

jej wartość zerowa odpowiednio do typu. 

Jeżeli dla zmiennej zewnętrznej użyjemy specyfikacji static, to oznacza to 

uprywatnienie (ograniczenie dostępu) w obrębie danego pliku źródłowego. 

Zmienne zewnętrzne oraz ich właściwe definiowanie i deklarowanie mają istotne 

znaczenie przy organizacji programów wielomodułowych. 

Delikatne kwestie ― definicja a deklaracja 

extern int i; int i; 

Deklaracja zmiennej jako extern nie 

powoduje przydziału pamięci i może 

występować w programie wiele razy. 

Definicja zmiennej, powodująca 

przydzielenie pamięci. 



Język C 

Deklaracje i definicje zmiennych ― przekazywanie parametrów 


W języku C parametry przekazywane są przez wartość 

Każda funkcja może posiadać parametry — na etapie definicji funkcji określa się ich 

liczbę, typy i nazwy. 

Parametry te nazywane są parametrami formalnymi funkcji. 

float pole_trojkata( float a, float h ) /* Definicja funkcji */ 

{ 

return 0.5 * a * h; 

} 

a i h to nazwy parametrów formalnych funkcji 

Każdą funkcje można wywołać. Na etapie wywołania funkcji określa się konkretne 

wartości jakie maja przyjąć parametry formalne. 

Wartości, z którymi jest wywoływana funkcja nazywane są parametrami aktualnymi 

wywołania funkcji. 

float podstawa = 10, wysokosc = 5, pole; 

pole = pole_trojkata( podstawa, wysokosc ); 

pole = pole_trojkata( 20, 10 ); 

podstawa i wysokosc oraz 20 

i 10 to parametry aktualne 



Język C 

Deklaracje i definicje zmiennych ― przekazywanie parametrów 


W języku C parametry przekazywane są przez wartość 

W języku C obowiązuje zasada przekazywania parametrów przez wartość. 

Zakład ona, iż na etapie wywołania funkcji wartość parametru aktualnego 

kopiowana jest do odpowiedniego parametru formalnego. 

Parametr formalny i aktualny są od siebie niezależne i, po przekazaniu wartości, nie 

występuje pomiędzy nimi żadne powiązanie. 

W języku C nie występuje jawnie przekazywanie parametrów przez zmienną. 



Język C 

Ilustracja przekazywania parametrów przez wartość 


a -- to parametr formalny funkcji inc 

i -- to parametr aktualny wywołania funkcji inc 

Wywołanie funkcji inc 

i 5 

a 

Stan pamięci 

operacyjnej 

5 

Kopiowanie wartości parametru 

aktualnego i do parametru formalnego a 

Wykonanie funkcji inc 

Stan pamięci 

operacyjnej 

i 5 

a 

6 

5 

a++ 

Inkrementacja parametru 

formalnego a 

Po wykonaniu funkcji inc 

Stan pamięci 

operacyjnej 

i 5 

a 

6 

Parametr a będący klasy 

auto jest usuwany

Wprowadzenie do programowania w jÄzyku C â struktura programu

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?

Wprowadzenie do programowania w jÄzyku C â struktura programu