Язык “C”(произносится “си”) - это универсальный язык программирования, для которого характерны экономичность выражения, современный поток управления и структуры данных, богатый набор операторов. Язык “C” не является ни языком “очень высокого уровня”, ни “большим” языком, и не предназначается для некоторой специальной области применения. но отсутствие ограничений и общность языка делают его более удобным и эффективным для многих задач, чем языки, предположительно более мощные.
Язык “C”, первоначально предназначавшийся для написания операционной системы “UNIX” на ЭВМ DEC PDP-11, был разработан и реализован на этой системе Деннисом Ричи. Операционная система, компилятор с языка “C” и по существу все прикладные программы системы “UNIX” (включая все программное обеспечение, использованное при подготовке этой книги) написаны на “C”. Коммерческие компиляторы с языка “C” существуют также на некоторых других ЭВМ, включая IBM SYSTEM/370, HONEYWELL 6000, INTERDATA 8/32. Язык “C”, однако, не связан с какими-либо определенными аппаратными средствами или системами, и на нем легко писать программы, которые можно пропускать без изменений на любой ЭВМ, имеющей “C”-компилятор.
Эта книга предназначена для того, чтобы помочь читателю научиться программировать на языке “C”. Она сдержит учебное введение, цель которого - позволить новым пользователям начать программировать как можно быстрее, отдельные главы по всем основным особенностям языка и справочное руководство. Обучение построено в основном на чтении, написании и разборе примеров, а не голой формулировке правил. Примеры, приводимые в книге, по большей части являются законченными реальными программами, а не отдельными фрагментами. Все примеры были проверены непосредственно с текста книги, где они напечатаны в виде, пригодном для ввода в машину. Кроме указаний о том, как сделать использование языка более эффективным, мы также пытались, где это возможно, проиллюстрировать полезные алгоритмы и принципы хорошего стиля и разумной разработки.
Настоящая книга не является вводным курсом в программирование; она предполагает определенное знакомство с основными понятиями программирования такими как переменные, операторы присваивания, циклы, функции. Тем не менее и новичок в программировании должен оказаться в состоянии читать подряд и освоиться с языком, хотя при этом была бы полезной помощь более опытного коллеги.
По нашему опыту , “C” показал себя приятным, выразительным и разносторонним языком на широком множестве разнообразных программ. Его легко выучить , и он не теряет своих качеств с ростом опыта программиста. Мы надеемся , что эта книга поможет вам хорошо его использовать.
Вдумчивая критика и предложения многих наших друзей и коллег очень много добавили как для самой книги, так и для нашего удовольствия при ее написании. В частности, Майк Биапси, Джим Блю, Стью Фельдман, Доуг Мак-Илрой, Билл Рум, Боб Розин и Ларри Рослер тщательно прочитали множество вариантов. Мы также обязаны Элю Ахо, Стиву Борну, Дэву Двораку, Чаку Хэлею, Дебби Хэлей, Мариону Харрису, Рику Холту, Стиву Джонсону, Джону Машею, Бобу Митцу, Ральфу Мьюа, Питеру Нельсону, Эллиоту Пинсону, Биллу Плагеру, Джерри Спиваку, Кену Томпсону и Питеру Вейнбергеру за полезные замечания на различных этапах и Майку Лоску и Джо Осанна за неоценимую помощь при печатании книги. Брайен В. Керниган Деннис М. Ричи
Содержание.
Аннотация
0.1. Введение
1. Учебное введение
1.1. Начинаем
1.2. Переменные и арифметика
1.3. Оператор FOR
1.4. Символические константы
1.5. Набор полезных программ
1.5.1. Ввод и вывод символов
1.5.2. Копирование файла
1.5.3. Подсчет символов
1.5.4. Подсчет строк
1.5.5. Подсчет слов
1.6. Массивы
1.7. Функции
1.8. Аргументы - вызов по значению
1.9. Массивы символов
1.10. Область действия: внешние переменные
1.11. Резюме
2. Типы, операции и выражения
2.1. Имена переменных
2.2. Типы и размеры данных
2.3. Константы
2.3.1. Символьная константа
2.3.2. Константное выражение
2.3.3. Строчная константа
2.4. Описания
2.5. Арифметические операции
2.6. Операции отношения и логические операции
2.7. Преобразование типов
2.8. Операции увеличения и уменьшения
2.9. Побитовые логические операции
2.10. Операции и выражения присваивания
2.11. Условные выражения
2.12. Старшинство и порядок вычисления
3. Поток управления
3.1. Операторы и блоки
3.2. IF - ELSE
3.3. ELSE - IF
3.4. Переключатель
3.5. Циклы - WHILE и FOR
3.6. Цикл DO - WHILE
3.7. Оператор BREAK
3.8. Оператор CONTINUE
3.9. Оператор GOTO и метки
4. Функции и структура программ
4.1. Основные сведения
4.2. Функции, возвращающие нецелые значения
4.3. Еще об аргументах функций
4.4. Внешние переменные
4.5. Правила, определяющие область действия
4.5.1. Область действия
4.6. Статические переменные
4.7. Регистровые переменные
4.8. Блочная структура
4.9. Инициализация
4.10. Рекурсия
4.11. Препроцессор языка “C”
4.11.1. Включение файлов
4.11.2. Mакроподстановка
5. Указатели и массивы
5.1. Указатели и адреса
5.2. Указатели и аргументы функций
5.3. указатели и массивы
5.4. Адресная арифметика
5.5. указатели символов и функции
5.6. Указатели - не целые
5.7. Многомерные массивы
5.8. Массивы указателей; указатели указателей
5.9. Инициализация массивов указателей
5.10. Указатели и многомерные массивы
5.11. Командная строка аргументов
5.12. Указатели на функции
6. Структуры
6.1. Основные сведения
6.2. Структуры и функции
6.3. Массивы структур
6.4. Указатели на структуры
6.5. Структуры, ссылающиеся на себя
6.6. Поиск в таблице
6.7. Поля
6.8. Объединения
6.9. Определение типа
7. Ввод и вывод
7.1. Обращение к стандартной библиотеке
7.2. Стандартный ввод и вывод - функции GETCHAR и PUTCHAR
7.3. Форматный вывод - функция PRINTF
7.4. Форматный ввод - функция SCANF
7.5. Форматное преобразование в памяти
7.6. Доступ к файлам
7.7. Обработка ошибок - STDERR и EXIT
7.8. Ввод и вывод строк
7.9. Несколько разнообразных функций
7.9.1. Проверка вида символов и преобразования
7.9.2. Функция UNGETC
7.9.3. Обращение к системе
7.9.4. Управление памятью
8. Интерфейс системы UNIX
8.1. Дескрипторы файлов
8.2. Низкоуровневый ввод/вывод - операторы READ и WRITE
8.3. Открытие, создание, закрытие и расщепление (UNLINK)
8.4. Произвольный доступ - SEEK и LSEEK
8.5. Пример - реализация функций FOPEN и GETC
8.6. Пример - распечатка справочников
8.7. Пример - распределитель памяти
9. Приложение а: справочное руководство по языку 'C'.
9.1. Введение
10. Лексические соглашения
10.1. Комментарии
10.2. Идентификаторы (имена)
10.3. Ключевые слова
10.4. Константы
10.4.1. Целые константы
10.4.2. Явные длинные константы
10.4.3. Символьные константы
10.4.4. Плавающие константы
10.5. Строки
10.6. Характеристики аппаратных средств
11. Синтаксическая нотация
12. Что в имени тебе моем?
13. Объекты и L-значения
14. Преобразования
14.1. Символы и целые
14.2. Типы FLOAT и DOUBLE
14.3. Плавающие и целочисленные величины
14.4. Указатели и целые
14.5. Целое без знака
14.6. Арифметические преобразования
15. Выражения
15.1. Первичные выражения
15.2. Унарные операции
15.3. Мультипликативные операции
15.4. Аддитивные операции
15.5. Операции сдвига
15.6. Операции отношения
15.7. Операции равенства
15.8. Побитовая операция 'и'
15.9. Побитовая операция исключающего 'или'
15.10. Побитовая операция включающего 'или'
15.11. Логическая операция 'и'
15.12. Операция логического 'или'
15.13. Условная операция
15.14. Операция присваивания
15.15. Операция запятая
16. Описания
16.1. Спецификаторы класса памяти
16.2. Спецификаторы типа
16.3. Описатели
16.4. Смысл описателей
16.5. Описание структур и объединений
16.6. Инициализация
16.7. Имена типов
16.8. TYPEDEF
17. Операторы
17.1. Операторное выражение
17.2. Составной оператор (или блок)
17.3. Условные операторы
17.4. Оператор WHILE
17.5. Оператор DO
17.6. Оператор FOR
17.7. Оператор SWITCH
17.8. Оператор BREAK
17.9. Оператор CONTINUE
17.10. Оператор возврата
17.11. Оператор GOTO
17.12. Помеченный оператор
17.13. Пустой оператор
18. Внешние определения
18.1. Внешнее определение функции
18.2. Внешние определения данных
19. Правила, определяющие область действия
19.1. Лексическая область действия
19.2. Область действия внешних идентификаторов
20. Строки управления компилятором
20.1. Замена лексем
20.2. Включение файлов
20.3. Условная компиляция
21. Неявные описания
22. Снова о типах
22.1. Структуры и объединения
22.2. Функции
22.3. Массивы, указатели и индексация
22.4. Явные преобразования указателей
23. Константные выражения
24. Соображения о переносимости
25. Анахронизмы
26. Сводка синтаксических правил
26.1. Выражения
26.2. Описания
26.3. Операторы
26.4. Внешние определения
26.5. Препроцессор
27. Присваивание структуры
28. Тип перечисления
29. Таблица изображений непечатных символов языка “C”.
0.1. Введение.
Язык “C” является универсальным языком программирования. Он тесно связан с операционной системой “UNIX” , так как был развит на этой системе и так как “UNIX” и ее программное обеспечение написано на “C”. Сам язык , однако, не
связан с какой-либо одной операционной системой или машиной;
и хотя его называют языком системного программирования, так
как он удобен для написания операционных систем, он с равным
успехом использовался при написании больших вычислительных
программ, программ для обработки текстов и баз данных.
Язык “C” - это язык относительно “низкого уровня”. В
такой характеристике нет ничего оскорбительного; это просто
означает, что “C” имеет дело с объектами того же вида, что и
большинство ЭВМ, а именно, с символами, числами и адресами.
Они могут объединяться и пересылаться посредством обычных
арифметических и логических операций, осуществляемых реаль-
ными ЭВМ.
В языке “C” отсутствуют операции, имеющие дело непос-
редственно с составными объектами, такими как строки симво-
лов, множества, списки или с массивами, рассматриваемыми как
целое. Здесь, например, нет никакого аналога операциям PL/1,
оперирующим с целыми массивами и строками. Язык не предос-
тавляет никаких других возможностей распределения памяти,
кроме статического определения и механизма стеков, обеспечи-
ваемого локальными переменных функций; здесь нет ни
“куч”(HEAP), ни “сборки мусора”, как это предусматривается в
АЛГОЛЕ-68. Наконец, сам по себе “C” не обеспечивает никаких
возможностей ввода-вывода: здесь нет операторов READ или
WRITE и никаких встроенных методов доступа к файлам. Все эти
механизмы высокого уровня должны обеспечиваться явно вызыва-
емыми функциями.
Аналогично, язык “C” предлагает только простые, после-
довательные конструкции потоков управления: проверки, циклы,
группирование и подпрограммы, но не мультипрограммирование,
параллельные операции, синхронизацию или сопрограммы.
Хотя отсутствие некоторых из этих средств может выгля-
деть как удручающая неполноценность (“выходит, что я должен
обращаться к функции, чтобы сравнить две строки символов
?!”), но удержание языка в скромных размерах дает реальные
преимущества. Так как “C” относительно мал, он не требует
много места для своего описания и может быть быстро выучен.
Компилятор с “C” может быть простым и компактным. Кроме то-
го, компиляторы легко пишутся; при использовании современной
технологии можно ожидать написания компилятора для новой ЭВМ
за пару месяцев и при этом окажется, что 80 процентов прог-
раммы нового компилятора будет общей с программой для уже
существующих компиляторов. Это обеспечивает высокую степень
мобильности языка. Поскольку типы данных и стуктуры управле-
ния, имеющиеся в “C”, непосредственно поддерживаются боль-
шинством существующих ЭВМ, библиотека, необходимая во время
прогона изолированных программ, оказывается очень маленькой.
На PDP -11, например, она содержит только программы для
32-битового умножения и деления и для выполнения программ
ввода и вывода последовательностей. Конечно, каждая реализа-
ция обеспечивает исчерпывающую, совместимую библиотеку функ-
ций для выполнения операций ввода-вывода, обработки строк и
распределения памяти, но так как обращение к ним осуществля-
ется только явно, можно , если необходимо, избежать их вызо-
ва; эти функции могут быть компактно написаны на самом “C”.
* 8 -
Опять же из-за того , что язык “C” отражает возможности
современных компьютеров, программы на “C” оказываются доста-
точно эффективными, так что не возникает побуждения писать
вместо этого программы на языке ассемблера. Наиболее убеди-
тельным примером этого является сама операционная система
“UNIX”, которая почти полностью написана на “C”. Из 13000
строк программы системы только около 800 строк самого низко-
го уровня написаны на ассемблере. Кроме того, по существу
все прикладное программное обеспечение системы “UNIX” напи-
сано на “C”; подавляющее большинство пользователей системы
“UNIX”(включая одного из авторов этой книги) даже не знает
языка ассемблера PDP-11.
Хотя “C” соответствует возможностям многих ЭВМ, он не
зависит от какой-либо конкретной архитектуры машины и в силу
этого без особых усилий позволяет писать “переносимые” прог-
раммы, т.е. программы, которые можно пропускать без измене-
ний на различных аппаратных средствах. В наших кругах стал
уже традицией перенос программного обеспечения, разработан-
ного на системе “UNIX”, на системы ЭВМ: HONEYWELL, IBM и
INTERDATA. Фактически компиляторы с “C” и программное обес-
печение во время прогона программ на этих четырех системах,
по-видимому, гораздо более совместимы, чем стандартные вер-
сии фортрана американского национального института стандар-
тов (ANSI). Сама операционная система “UNIX” теперь работает
как на PDP-11, так и на INTERDATA 8/32. За исключением прог-
рамм, которые неизбежно оказываются в некоторой степени ма-
шинно-зависимыми, таких как компилятор, ассемблер и отлад-
чик. Написанное на языке “C” программное обеспечение иден-
тично на обеих машинах. Внутри самой операционной системы
7000 строк программы, исключая математическое обеспечение
языка ассемблера ЭВМ и управления операциями ввода-вывода,
совпадают на 95 процентов.
Программистам, знакомым с другими языками, для сравне-
ния и противопоставления может оказаться полезным упоминание
нескольких исторических, технических и философских аспектов
“C”.
Многие из наиболее важных идей “C” происходят от гораз-
до более старого, но все еще вполне жизненного языка BCPL ,
разработанного Мартином Ричардсом. Косвенно язык BCPL оказал
влияние на “C” через язык “B”, написанный Кеном Томпсоном в
1970 году для первой операционной системы “UNIX” на ЭВМ
PDP-7.
Хотя язык “C” имеет несколько общих с BCPL характерных
особенностей, он никоим образом не является диалектом пос-
леднего. И BCPL и “B” - “безтипные” языки; единственным ви-
дом данных для них являются машинное слово, а доступ к дру-
гим объектам реализуется специальными операторами или обра-
щением к функциям. В языке “C” объектами основных типов дан-
ных являются символы, целые числа нескольких размеров и чис-
ла с плавающей точкой. Кроме того, имеется иерархия произ-
водных типов данных, создаваемых указателями, массивами,
структурами, объединениями и функциями.
* 9 -
Язык “C” включает основные конструкции потока управле-
ния, требуемые для хорошо структуированных программ: группи-
рование операторов, принятие решений (IF), циклы с проверкой
завершения в начале (WHILE, FOR) или в конце (DO) и выбор
одного из множества возможных вариантов (SWITCH). (Все эти
возможности обеспечивались и в BCPL, хотя и при несколько
отличном синтаксисе; этот язык предчувствовал наступившую
через несколько лет моду на структурное программирование).
В языке “C” имеются указатели и возможность адресной
арифметики. Аргументы передаются функциям посредством копи-
рования значения аргумента , и вызванная функция не может
изменить фактический аргумент в вызывающей программе. Если
желательно добиться “вызова по ссылке”, можно неявно пере-
дать указатель, и функция сможет изменить объект, на который
этот указатель указывает. Имена массивов передаются указани-
ем начала массивов, так что аргументы типа массивов эффек-
тивно вызываются по ссылке.
К любой функции можно обращаться рекурсивно, и ее ло-
кальные переменные обычно “автоматические”, т.е. Создаются
заново при каждом обращении. Описание одной функции не может
содержаться внутри другой, но переменные могут описываться в
соответствии с обычной блочной структурой. Функции в “C” -
программе могут транслироваться отдельно. переменные по от-
ношению к функции могут быть внутренними, внешними, но из-
вестными только в пределах одного исходного файла, или пол-
ностью глобальными. Внутренние переменные могут быть автома-
тическими или статическими. Автоматические переменные для
большей эффективности можно помещать в регистры, но объявле-
ние регистра является только указанием для компилятора и ни-
как не связано с конкретными машинными регистрами.
Язык “C” не является языком со строгими типами в смысле
паскаля или алгола 68. Он сравнительно снисходителен к пре-
образованию данных, хотя и не будет автоматически преобразо-
вывать типы данных с буйной непринужденностью языка PL/1.
Существующие компиляторы не предусматривают никакой проверки
во время выполнения программы индексов массивов, типов аргу-
ментов и т.д.
В тех ситуациях, когда желательна строгая проверка ти-
пов, используется специальная версия компилятора. Эта прог-
рамма называется LINT очевидно потому, она выбирает кусочки
пуха из вашей программы. Программа LINT не генерирует машин-
ного кода, а делает очень строгую проверку всех тех сторон
программы, которые можно проконтролировать во время компиля-
ции и загрузки. Она определяет несоответствие типов, несов-
местимость аргументов, неиспользованные или очевидным обра-
зом неинициализированные переменные, потенциальные трудности
переносимости и т.д. Для программ,которые благополучно про-
ходят через LINT, гарантируется отсутствие ошибок типа при-
мерно с той же полнотой, как и для программ, написанных,
например, на АЛГОЛЕ-68. Другие возможности программы LINT
будут отмечены, когда представится соответствующий случай.
* 10 -
Наконец, язык “C”, подобно любому другому языку, имеет
свои недостатки. Некоторые операции имеют неудачное старшин-
ство; некоторые разделы синтаксиса могли бы быть лучше; су-
шествует несколько версий языка, отличающихся небольшими де-
талями. Тем не менее язык “C” зарекомендовал себя как исклю-
чительно эффективный и выразительный язык для широкого раз-
нообразия применений программирования.
Содержание книги организовано следующим образом. Глава
1 является учебным введением в центральную часть языка “C”.
Цель - позволить читателю стартовать так быстро,как только
возможно, так как мы твердо убеждены, что единственный спо-
соб изучить новый язык - писать на нем программы. При этом ,
однако, предполагается рабочее владение основными элементами
программирования; здесь не объясняется, что такое ЭВМ или
компилятор, не поясняется смысл выражений типа N=N+1. Хотя
мы и пытались, где это возможно, продемонстрировать полезную
технику программирования. Эта книга не предназначается быть
справочным руководством по структурам данных и алгоритмам;
там, где мы вынуждены были сделать выбор, мы концентрирова-
лись на языке.
В главах со 2-й по 6-ю различные аспекты “C” излагаются
более детально и несколько более формально, чем в главе 1,
хотя ударение по-прежнему делается на разборе примеров за-
конченных, полезных программ, а не на отдельных фрагментах.
В главе 2 обсуждаются основные типы данных, операторы и
выражения. В главе 3 рассматриваются управляющие операторы:
IF-ELSE ,WHILE ,FOR и т.д. Глава 4 охватывает функции и
структуру программы - внешние переменные, правила определен-
ных областей действия описания и т.д. В главе 5 обсуждаются
указатели и адресная арифметика. Глава 6 содержит подробное
описание структур и объединений.
В главе 7 описывается стандартная библиотека ввода-вы-
вода языка “C”, которая обеспечивает стандартный интерфейс с
операционной системой. Эта библиотека ввода-вывода поддержи-
вается на всех машинах, на которых реализован “C”, так что
программы, использующие ее для ввода, вывода и других сис-
темных функций, могут переноситься с одной системы на другую
по существу без изменений.
В главе 8 описывается интерфейс между “C” - программами
и операционной системой “UNIX”. Упор делается на ввод-вывод,
систему файлов и переносимость. Хотя некоторые части этой
главы специфичны для операционной системы “UNIX”, програм-
мисты, не использующие “UNIX”, все же должны найти здесь по-
лезный материал, в том числе некоторое представление о том,
как реализована одна версия стандартной библиотеки и предло-
жения для достижения переносимости программы.
Приложение A содержит справочное руководство по языку
“C”. Оно является “официальным” изложением синтаксиса и се-
мантики “C” и (исключая чей-либо собственный компилятор)
окончательным арбитром для всех двусмысленностей и упущений
в предыдущих главах.
* 11 -
Так как “C” является развивающимся языком, реализован-
ным на множестве систем, часть материла настоящей книги мо-
жет не соответствовать текущему состоянию разработки на ка-
кой-то конкретной системе. Мы старались избегать таких проб-
лем и предостерегать о возможных трудностях. В сомнительных
случаях, однако, мы обычно предпочитали описывать ситуацию
для системы “UNIX” PDP-11 , так как она является средой для
большинства программирующих на языке “C”. В приложении а
также описаны расхождения в реализациях языка “C” на основ-
ных системах.
1. Учебное введение.
Давайте начнем с быстрого введения в язык “C”. Наша
цель - продемонстрировать существенные элементы языка на ре-
альных программах, не увязая при этом в деталях, формальных
правилах и исключениях. В этой главе мы не пытаемся изложить
язык полностью или хотя бы строго (разумеется, приводимые
примеры будут корректными). Мы хотим как можно скорее довес-
ти вас до такого уровня, на котором вы были бы в состоянии
писать полезные программы, и чтобы добиться этого, мы сосре-
дотачиваемся на основном: переменных и константах, арифмети-
ке, операторах передачи управления, функциях и элементарных
сведениях о вводе и выводе. Мы совершенно намеренно оставля-
ем за пределами этой главы многие элементы языка “C”, кото-
рые имеют первостепенное значение при написании больших
программ, в том числе указатели, сртуктуры, большую часть из
богатого набора операторов языка “C”, несколько операторов
передачи управления и несметное количество деталей.
Такой подход имеет, конечно, свои недостатки. Самым су-
щественным является то, что полное описание любого конкрет-
ного элемента языка не излагается в одном месте, а поясне-
ния, в силу краткости, могут привести к неправильному истол-
кованию. Кроме того, из-за невозможности использовать всю
мощь языка, примеры оказываются не столь краткими и элегант-
ными, как они могли бы быть. И хотя мы старались свести эти
недостатки к минимуму, все же имейте их ввиду.
Другой недостаток состоит в том, что последующие главы
будут неизбежно повторять некоторые части этой главы. Мы на-
деемся, что такое повторение будет скорее помогать, чем раз-
дражать.
Во всяком случае, опытные программисты должны оказаться
в состоянии проэкстраполировать материал данной главы на
свои собственные программистские нужды. Начинающие же должны
в дополнение писать аналогичные маленькие самостоятельные
программы. И те, и другие могут использовать эту главу как
каркас, на который будут навешиваться более подробные описа-
ния, начинающиеся с главы 2.
1.1. Hачинаем. Единственный способ освоить новый язык
программирования - писать на нем программы. Первая програм-
ма, которая должна быть написана, - одна для всех языков:
напечатать слова : HELLO, WORLD.
Это - самый существенный барьер; чтобы преодолеть его,
вы должны суметь завести где-то текст программы, успешно его
скомпилировать, загрузить, прогнать и найти, где оказалась
ваша выдача. Если вы научились справляться с этими техничес-
кими деталями, все остальное сравнительно просто.
* 12 -
Программа печати “HELLO, WORLD” на языке “C” имеет вид:
MAIN ()
{
PRINTF(“HELLO, WORLDN”);
}
Как пропустить эту программу - зависит от используемой
вами системы. В частности, на операционной системе “UNIX” вы
должны завести исходную программу в файле, имя которого
оканчивается на “.C” , например, HELLO.C , и затем скомпили-
ровать ее по команде
CC HELLO.C
Если вы не допустили какой-либо небрежности , такой как
пропуск символа или неправильное написание, компиляция прой-
дет без сообщений и будет создан исполняемый файл с именем
а.OUT . Прогон его по команде
A.OUT
приведет к выводу
HELLO, WORLD
На других системах эти правила будут иными; проконсуль-тируйтесь с местным авторитетом.
Упражнение 1-1.
Пропустите эту программу на вашей системе. Попробуйте
не включать различные части программы и посмотрите какие со-
общения об ошибках вы при этом получите.
Теперь некоторые пояснения к самой программе. Любая
“C”-программа, каков бы ни был ее размер, состоит из одной
или более “функций”, указывающих фактические операции
компьютера, которые должны быть выполнены. Функции в языке
“C” подобны функциям и подпрограммам фортрана и процедурам
PL/1, паскаля и т.д. В нашем примере такой функцией является
MAIN. Обычно вы можете давать функциям любые имена по вашему
усмотрению, но MAIN - это особое имя; выполнение вашей прог-
раммы начинается сначала с функции MAIN. Это означает, что
каждая программа должна в каком-то месте содержать функцию с
именем MAIN. Для выполнения определенных действий функция
MAIN обычно обращается к другим функциям, часть из которых
находится в той же самой программе, а часть - в библиотеках,
содержащих ранее написанные функции.
* 13 -
Одним способом обмена данными между функциями является
передача посредством аргументов. Круглые скобки, следующие
за именем функции, заключают в себе список аргументов; здесь
маIN - функция без аргументов, что указывается как (). Опе-
раторы, составляющие функцию, заключаются в фигурные скобки
{ и }, которые аналогичны DO-END в PL/1 или BEGIN-END в ал-
голе, паскале и т.д. Обращение к функции осуществляется ука-
занием ее имени, за которым следует заключенный в круглые
скобки список аргументов. здесь нет никаких операторов CALL,
как в фортране или PL/1. Круглые скобки должны присутство-
вать и в том случае, когда функция не имеет аргументов.
Строка
PRINTF(“HELLO, WORLDN”);
является обращением к функции, которое вызывает функцию
с именем PRINTF и аргуметом “HELLO, WORLDN”. Функция PRINTF
является библиотечной функцией, которая выдает выходные дан-
ные на терминал (если только не указано какое-то другое мес-
то назначения). В данном случае печатается строка символов,
являющаяся аргументом функции.
Последовательность из любого количества символов, зак-
люченных в удвоенные кавычки “...”, называется 'символьной
строкой' или 'строчной константой'. Пока мы будем использо-
вать символьные строки только в качестве аргументов для
PRINTF и других функций.
Последовательность N в приведенной строке является
обозначением на языке “C” для 'символа новой строки', кото-
рый служит указанием для перехода на терминале к левому краю
следующей строки. Если вы не включите N (полезный экспери-
мент), то обнаружите, что ваша выдача не закончится перехо-
дом терминала на новую строку. Использование последователь-
ности N - единственный способ введения символа новой строки
в аргумент функции PRINTF; если вы попробуете что-нибудь
вроде
PRINTF(“HELLO, WORLD
“);
то “C”-компилятор будет печатать злорадные диагностические
сообщения о недостающих кавычках.
Функция PRINTF не обеспечивает автоматического перехода
на новую строку, так что многократное обращение к ней можно
использовать для поэтапной сборки выходной строки. Наша пер-
вая программа, печатающая идентичную выдачу, с точно таким
же успехом могла бы быть написана в виде
MAIN()
{
PRINTF(“HELLO, “);
PRINTF(“WORLD”);
PRINTF(“N”);
}
* 14 -
Подчеркнем, что N представляет только один символ. Ус-
ловные 'последовательности', подобные N , дают общий и до-
пускающий расширение механизм для представления трудных для
печати или невидимых символов. Среди прочих символов в языке
“C” предусмотрены следующие: т - для табуляции, B - для
возврата на одну позицию, ” - для двойной кавычки и для
самой обратной косой черты.
Упражнение 1-2.
Проведите эксперименты для того, чтобы узнать что прои-
зойдет, если в строке, являющейся аргументом функции PRINTF
будет содержаться X, где X - некоторый символ, не входящий
в вышеприведенный список.
1.2. Переменные и арифметика.
Следующая программа печатает приведенную ниже таблицу
температур по Фаренгейту и их эквивалентов по стоградусной
шкале Цельсия, используя для перевода формулу
C = (5/9)*(F-32).
0 -17.8
20 -6.7
40 4.4
60 15.6
... ...
260 126.7
280 137.8
300 140.9
Теперь сама программа:
/* PRINT FAHRENHEIT-CELSIUS TABLE
FOR F = 0, 20, ..., 300 */
MAIN()
{
INT LOWER, UPPER, STEP;
FLOAT FAHR, CELSIUS;
LOWER = 0; /* LOWER LIMIT OF TEMPERATURE
TABLE */
UPPER =300; /* UPPER LIMIT */
STEP = 20; /* STEP SIZE */
FAHR = LOWER;
WHILE (FAHR
CELSIUS = (5.0/9.0) * (FAHR -32.0);
PRINTF(“%4.0F %6.1FN”, FAHR, CELSIUS);
FAHR = FAHR + STEP;
}
}
* 15 -
Первые две строки
/* PRINT FAHRENHEIT-CELSIUS TABLE
FOR F = 0, 20, ..., 300 */
являются комментарием, который в данном случае кратко пояс-
няет, что делает программа. Любые символы между /* и */ иг-
норируются компилятором; можно свободно пользоваться коммен-
тариями для облегчения понимания программы. Комментарии мо-
гут появляться в любом месте, где возможен пробел или пере-
ход на новую строку.
В языке “C” все переменные должны быть описаны до их ис-
пользования, обычно это делается в начале функции до первого
выполняемого оператора. Если вы забудете вставить описание,
то получите диагностическое сообщение от компилятора. Описа-
ние состоит из типа и списка переменных, имеющих этот тип,
как в
INT LOWER, UPPER, STEP;
FLOAT FAHR, CELSIUS;
Тип INT означает, что все переменные списка целые; тип
FLOAT предназначен для чисел с плавающей точкой, т.е. для
чисел, которые могут иметь дробную часть. Точность как INT ,
TAK и FLOAT зависит от конкретной машины, на которой вы ра-
ботаете. На PDP-11, например, тип INT соответствует 16-бито-
вому числу со знаком, т.е. числу, лежащему между -32768 и
+32767. Число типа FLOAT - это 32-битовое число, имеющее
около семи значащих цифр и лежащее в диапазоне от 10е-38 до
10е+38. В главе 2 приводится список размеров для других ма-
шин.
В языке “C” предусмотрено несколько других основных ти-
пов данных, кроме INT и FLOAT:
CHAR символ - один байт
SHORT короткое целое
LONG длинное целое
DOUBLE плавающее с двойной точностью
Размеры этих объектов тоже машинно-независимы; детали
приведены в главе 2. Имеются также массивы, структуры и об-
ъединения этих основных типов, указатели на них и функ-
ции,которые их возвращают; со всеми ними мы встретимся в
свое время.
Фактически вычисления в программе перевода температур
начинаются с операторов присваивания
LOWER = 0;
UPPER =300;
STEP = 20;
FAHR =LOWER;
которые придают переменным их начальные значения. каждый от-
дельный оператор заканчивается точкой с запятой.
Каждая строка таблицы вычисляется одинаковым образом,
так что мы используем цикл, повторяющийся один раз на стро-
ку. В этом назначение оператора WHILE:
WHILE (FAHR
....
}
* 16 -
проверяется условие в круглых скобках. Если оно истинно
(FAHR меньше или равно UPPER), то выполняется тело цикла
(все операторы, заключенные в фигурные скобки { и } ). Затем
вновь проверяется это условие и, если оно истинно, опять вы-
полняется тело цикла. Если же условие не выполняется ( FAHR
превосходит UPPER ), цикл заканчивается и происходит переход
к выполнению оператора, следующего за оператором цикла. Так
как в настоящей программе нет никаких последующих операто-
ров, то выполнение программы завершается.
Тело оператора WHILE может состоять из одного или более
операторов, заключенных в фигурные скобки, как в программе
перевода температур, или из одного оператора без скобок,
как, например, в
WHILE (I < J)>
I = 2 * I;
В обоих случаях операторы, управляемые оператором WHILE,
сдвинуты на одну табуляцию, чтобы вы могли с первого взгляда
видеть, какие операторы находятся внутри цикла. Такой сдвиг
подчеркивает логическую структуру программы. Хотя в языке
“C” допускается совершенно произвольное расположение опера-
торов в строке, подходящий сдвиг и использование пробелов
значительно облегчают чтение программ. Мы рекомендуем писать
только один оператор на строке и (обычно) оставлять пробелы
вокруг операторов. Расположение фигурных скобок менее сущес-
твенно; мы выбрали один из нескольких популярных стилей. Вы-
берите подходящий для вас стиль и затем используйте его пос-
ледовательно.
Основная часть работы выполняется в теле цикла. Темпера-
тура по Цельсию вычисляется и присваивается переменной
CELAIUS оператором
CELSIUS = (5.0/9.0) * (FAHR-32.0);
причина использования выражения 5.0/9.0 вместо выглядящего
проще 5/9 заключается в том, что в языке “C”, как и во мно-
гих других языках, при делении целых происходит усечение,
состоящее в отбрасывании дробной части результата. Таким об-
разом, результат операции 5/9 равен нулю, и, конечно, в этом
случае все температуры оказались бы равными нулю. Десятичная
точка в константе указывает, что она имеет тип с плавающей
точкой, так что, как мы и хотели, 5.0/9.0 равно 0.5555... .
Мы также писали 32.0 вместо 32 , несмотря на то, что так
как переменная FAHR имеет тип FLOAT , целое 32 автоматически
бы преобразовалось к типу FLOAT ( в 32.0) перед вычитанием.
С точки зрения стиля разумно писать плавающие константы с
явной десятичной точкой даже тогда, когда они имеют целые
значения; это подчеркивает их плавающую природу для просмат-
ривающего программу и обеспечивает то, что компилятор будет
смотреть на вещи так же, как и Вы.
* 17 -
Подробные правила о том, в каком случае целые преобразу-
ются к типу с плаваюшей точкой, приведены в главе 2. Сейчас
же отметим, что присваивание
FAHR = LOWER;
проверка
WHILE (FAHR
работают, как ожидается, - перед выполнением операций целые
преобразуются в плавающую форму.
Этот же пример сообщает чуть больше о том, как работает
PRINTF. Функция PRINTF фактически является универсальной
функцией форматных преобразований, которая будет полностью
описана в главе 7. Ее первым аргументом является строка сим-
волов, которая должна быть напечатана, причем каждый знак %
указывает, куда должен подставляться каждый из остальных