Методичка по Си Бусько
| 23.09.2013, 18:40 | |
| Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» Кафедра «Вычислительные методы и программирование» ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по программированию для студентов 1-2-го курсов всех специальностей БГУИР и всех форм обучения В 2-х частях Часть 2 2-е издание дополненное и исправленное ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ НА АЛГОРИТМИЧЕСКОМ ЯЗЫКЕ С Под общей редакцией В.Л.Бусько Минск 2003 УДК 681.3.06 (075) ББК 32.973 я 73 Л 12 Рецензент зав.кафедрой ЭИ БГУИР, канд.техн.наук В.И.Комличенко Авторы: В.Л.Бусько, А.Г.Корбит, И.Н.Коренская, Т.М.Кривоносова, В.И.Убийконь Л 12 Лабораторный практикум по программированию для студентов 1-2-го курсов всех специальностей БГУИР и всех форм обучения. В 2 ч. Ч.2. «Основы программирования на алгоритмическом языке С». 2-е издание дополненное и исправленное / В.Л.Бусько, А.Г.Корбит, И.Н.Коренская и др. - Мн.: БГУИР, 2003. - c.: ил. ISBN (ч.2) В практикуме содержатся краткие теоретические сведения по основам программирования на алгоритмическом языке С, даны индивидуальные зада-ния и контрольные вопросы к каждой лабораторной работе. Во вторую часть практикума вошло 8 лабораторных работ. Предназна-чен практикум для студентов 1-2-го курсов всех специальностей и всех форм обучения. Часть 1. Методические указания по курсу “Вычислительная техника и программирование” для студентов всех специальностей Ч.1. / Сост. В.Л.Бусько, А.Б.Долгий, А.Р.Живицкий. Мн.: МРТИ, 1992. УДК 681.3.06 (075) ББК 32.973 я 73 Коллектив авторов, 2001 Коллектив авторов, 2003, доп. и испр. БГУИР, 2003 ISBN (ч.2) ISBN 985-444-269-1 СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 Линейные и разветвляющиеся вычислительные процессы . . . . . 4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 Программирование циклических вычислительных процессов . . . 18 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 Программирование циклических процессов с использованием одномерных массивов и строк . . . . . . . . . . . . 23 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Программирование циклических процессов с использованием многомерных массивов. Динамическое распределение памяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 Программирование алгоритмов с использованием функций пользователя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 Программирование алгоритмов с использованием структур . . . . 45 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 Программирование алгоритмовс использованием файлов. . . . . 50 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 Использование графического режима. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 ПРИЛОЖЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 Линейные и разветвляющиеся вычислительные процессы Цель работы: Изучить правила составления текстов программ на языке С: базовые типы данных, ввод-вывод данных, основные математические функции; операторы безусловного перехода и разветвлений (оператор выбора по условию if, оператор-переключатель switch). Научиться программировать линейные и разветвляющиеся алгоритмы. Краткие теоретические сведения Язык С отражает возможности современных компьютеров. Про-грам¬мы на С отличаются компактностью и быстротой исполнения. Структура языка С побуждает программиста использовать в своей работе нисходящее программирование, структурное программирование, пошаговую разработку модулей. Большинство трансляторов языка C - компиляторы. Система про-граммирования языка включает препроцессор, компилятор, редактор связей, библиотекарь, редактор текста, отладчик и интегрированную управляющую среду. Алфавит языка С В языке С используются наборы символов: 1) прописные (A,…,Z) и строчные (a,…,z) буквы латинского алфавита; 2) арабские цифры от 0 до 9; 3) специальные символы: + (плюс), - (минус), *(звездочка ), /(дробная черта), =(равно), >(больше), < (меньше), ;(точка с запятой ), &(амперсант), [ ](квадратные скобки), { } (фигурные скобки), ( ) (круглые скобки), _ (знак подчеркивания), (про-бел), . (точка), , (запятая), : (двоеточие), # (номер), % (процент), ~ (по-разрядное отрицание), ? (знак вопроса), ! (восклицательный знак), \ (обратный слеш). Классификация данных В языке C применяются данные двух категорий: простые (скалярные) и сложные (составные) типы данных. К основным (базовым) типам данных относятся целый, вещественный и символьный типы. В свою очередь, данные целого типа могут быть короткими (short), длинными (long) и беззнаковыми (unsigned). Приведем размеры и возможные диапазоны базовых типов данных (табл. 1). Сложные типы данных подразделяются на массивы, структуры (struct), объединения или смеси (union), перечисления (enum). Более подробно они рассмотрены в других лабораторных работах данного практикума. Таблица 1 Наименование типа Тип данных Объем па-мяти, байт Диапазон значений Символьный char 1 -128 ... 127 (0 ... 255) Целый int 2 -32768 ... 32767 Короткий short 2(1) -32768... 32767 (-128...127) Длинный long 4 -2147483648... 2147483647 Беззнаковый целый unsigned int 2 0 ... 65535 Беззнаковый длинный unsigned long 4 0 ... 424967295 Вещественный float 4 3,14*10-38 ... 3,14*1038 Вещественный с двой-ной точностью double 8 1,7 *10-308 ... 1,7 *10308 Декларирование объектов Все объекты (переменные, массивы и т.д.), с которыми работает программа в С, необходимо декларировать. При декларировании объекты можно инициализировать (задавать начальные значения). Например: int j=10, m=3, n; float c=-1.3, l=-10.23, n; При декларировании объектов используются их идентификаторы, которые могут включать цифры (0...9), латинские прописные (A...Z) и строчные (a...z) буквы, символ подчеркивания (_). Первый символ идентификатора не может быть цифрой. В языке С буквы нижнего регистра (a...z) отличаются от букв верхнего регистра (A...Z), т.е. PI, Pi и pi – различные идентификаторы. Принято использовать в идентификаторах переменных строчные буквы, а в именованных константах – прописные. Например: const float PI=3.1415926; float pi=3.14; Длина идентификатора определяется реализацией транслятора C и редактора связей (компоновщика). Современная тенденция - снятие ограничений длины идентификатора. Разделители идентификаторов объектов: - пробелы; - символы табуляции, перевода строки и страницы; - комментарии (играют роль пробелов). Комментарий - любая последовательность символов, начинающаяся парой символов /* и заканчивающаяся парой символов */ или начинающаяся // и до конца текущей строки. Структура программы Программа, написанная на языке С, состоит из директив препро-цессора, объявлений глобальных переменных, одной или нескольких функций, среди которых одна главная (main) функция управляет рабо-той всей программы. Общая структура программы на языке С имеет вид: <директивы препроцессора> <определение типов пользователя – typedef> <прототипы функций> <определение глобальных объектов> <функции> Функции, в свою очередь, имеют структуру: <класс_памяти> <тип> <имя функции> (<объявление параметров>) { - начало функции <определение локальных объектов> <операции и операторы> } - конец функции Работа с функциями пользователя рассматривается в лабораторной работе № 5. Кратко рассмотрим основные части общей структуры программы. Перед компиляцией программы на языке С автоматически выполняется предва¬ри¬те¬ль¬ная (препроцессорная) обработка текста программы. С помощью директив препро¬цес¬сора задаются необходимые действия по преобразованию текста программы перед компиляцией. Директивы записываются по следующим правилам: - все препроцессорные директивы начинаются с символа #; - все директивы начинаются с первой позиции; - сразу за символом # должно следовать наименование директивы, указывающее текущую операцию препроцессора. Наиболее распространены директивы #include и #define. Директива #include используется для подключения к программе заголовочных файлов (обычных текстов) с декларацией стандартных библиотечных функций. При заключении имени файла в угловые скобки < > поиск данного файла производится в стандартной директории с этими файлами. Если же имя файла заключено в двойные кавычки ” ”, то поиск данного файла осуществляется в текущем директории. Например: #include <stdio.h> - подключение файла с объявлением стандартных функций файлового ввода-вывода; #include <conio.h> - функции работы с консолью; #include <graphics.h> - графические функции; #include <math.h> - математические функции. Директива #define (определить) создает макроконстанту и ее дей-ствие распро¬страняется на весь файл. Например: #define PI 3.1415927 В ходе препроцессорной обработки программы идентификатор PI заменяется значе¬нием 3,1415927. Пример программы: #include <stdio.h> #include < conio.h> // Директивы препроцессора #define PI 3.1415927 void main() // Заголовок главной функции { // Начало функции int num; // Декларирование переменной num num=13; // Операция присваивания clrscr(); // Очистка экрана printf(" \n Число pi=%9.7f \n %d - это опасное число \n”, PI, num); } // Конец функции В первых двух строках программы указаны директивы препроцессора #include, по которым происходит подключение заголовочных файлов, содержащих декларации функций ввода-вывода (stdio.h) для функции printf() и работы с консолью (conio.h) для функции clrscr(). Следующая директива создает макроконстанту PI и подставляет вместо ее имени значение 3,1415927 по всему тексту программы. В главной функции main декларируется переменная целого типа num. Далее этой переменной присваивается значение 13. Функция printf выводит на экран строки: Число pi =3.1415927 13 – это опасное число Как видно, функция представляет собой набор операций и операторов, каждый из которых оканчивается символом ; (точка с запятой). В тексте программы использованы комментарии между парой символов /* */ и после пары символов //. Функции вывода информации Для вывода информации используются следующие функции: putchar() - вывод одиночного символа без перехода на новую строку; puts() - вывод строки символов с переходом на начало новой строки; printf() - форматированный вывод данных. Ее формат: рrintf (<управляющая строка>, <список аргументов>); Управляющая строка заключается в кавычки и указывает компилятору вид выводимой информации. Она может включать спецификации преобразования и управляющие символы. Спецификация преобразования имеет вид % <флаг> <размер поля . точность> спецификация где флаг может принимать следующие значения: - выравнивание влево выводимого числа (по умолчанию выполняется выравнивание вправо); + выводится знак положительного числа; размер поля – задает минимальную ширину поля, т.е. длину числа; при недостаточной ширине поля выполняется автоматическое расширение; точность – задает точность числа, т. е. количество цифр в его дробной части; спецификация - указывает вид выводимой информации. Ниже приведены основные форматы функции печати: Таблица 2 Формат Тип выводимой информации %d Десятичное целое число %c Один символ %s Строка символов %e Число с плавающей точкой (экспоненциальная запись) %f Число с плавающей точкой (десятичная запись) %u Десятичное число без знака %o Восьмеричное число без знака %x Шестнадцатеричное число без знака Для длинных чисел (long, double) – используется дополнительный формат l. Например: %ld - длинное целое, %lf – вещественное число с удвоенной точностью. При необходимости вывода управляющих символов ( % \ и т.п.) их нужно указать 2 раза. Например: printf("Только %d%% предприятий не работало. \n",5); Получим: Только 5% предприятий не работало. Управляющая строка может содержать управляющие симво-лы: \n – переход на новую строку; \t – горизонтальная и \v – вертикальная табуляция; \b – возврат назад на один символ; \r – возврат в начало строки; \f – прогон бумаги до начала новой страницы; \a – звуковой сигнал; \ddd – 8-ричный ASCII-код; \xhhh – 16-ричный код; \? – знак вопроса. Список аргументов - печатаемые объекты (константы, перемен-ные или выражения), вычисляемые перед выводом. Количество аргу-ментов и их типы должны соответствовать спецификациям преобразования в управляющей строке. Пример: #include <stdio.h> #define PI 3.1415926 main() { int number=5, cost=11000, s=-777; float bat=255, x=12.345; printf ("%d студентов съели %f бутербродов. \n", number, bat); printf ("Значение числа pi равно %f. \n", PI); printf ("Стоимость этой вещи %d %s.\n", cost,"Руб."); printf ("x = %-8.4f s = %5d %8.2f ", x, s, x); } В результате выполнения последней функции printf () на экране будет выведено: х = 12.3450 s = -777 12.34 Функции ввода информации Функция getch () используется для ввода одиночных символов. Функция gets () обеспечивает ввод строки символов до нажатия клавиши ENTER. Функция scanf предназначена для форматированного ввода информации любого вида. Общий вид функции: scanf (<управляющая строка>, < список адресов>); Для нее, как и для функции printf (), указывается управляющая строка. Однако функция scanf() в отличие от функции printf () использует в списке адресов указатели на перемен¬ные, т.е. их адреса. Для обозначения указателя перед именем переменной записывается символ &, обозначающий адрес переменной. Для ввода значений строковых переменных символ & не используется. При использовании формата %s строка вводится до первого пробела. Вводить данные можно как в одной строке через пробел, так и в разных строках. Данную особенность иллюстрирует следующий участок програм-мы: int course; float grant; char name[20]; printf ( "Укажите ваш курс, стипендию, имя \n"); scanf ( "%d%f", &course, &grant); scanf ( "%s", name); // отсутствует & для массива символов Стандартные математические функции Декларации математических функций языка С содержатся в файле math.h. В последующих записях аргументы x и y имеют тип double, кроме abs(), параметр n имеет тип int. Аргументы тригонометрических функций задаются в радианах (2 радиан = 360О). Все приведенные математические функции возвращают значение (результат) типа double. Таблица 3 Математическая функция Имя функции в языке С Математическая функция Имя функции в языке С sqrt(x) arcsin(x) asin(x) |x| fabs(x) arctg(x) atan(x) ex exp(x) arctg(x/y) atan2(x,y) xy pow(x,y) sh(x)=1/2 (ex-e-x) sinh(x) ln(x) log(x) ch(x)=1/2 (ex+e-x) cosh(x) lg10(x) log10(x) tgh(x) tanh(x) sin(x) sin(x) Остаток от деления x на y fmod(x,y) cos(x) cos(x) Наименьшее целое x ceil(x) tg(x) tan(x) Наибольшее целое x floor(x) Операция присваивания Операция присваивания имеет две формы записи: 1. Полная форма: имя_переменной =выражение; Сначала вычисляется выражение, а затем результат присваивается имени_переменной. Например: y=(x+2)/(3*x)-5; С помощью одного оператора можно присвоить одно значение несколь¬ким перемен¬ным, например: x=y=z=0; /* x, y, z=0 */ или z=(x=y)*5; - сначала переменной x присваивается значение переменной y, далее вычисляется выражение x*5 , и результат присваивается переменной z. 2. Сокращенная форма: имя_переменной операция=выражениe; где операция – одна из арифметических операций (+ , -, *, /, %); Например: x*=5; // x=x*5; s+=7; // s=s+7; y/=x+3; // y=y/(x+3); Сокращенная форма операции присваивания применяется тогда, когда переменная используется в обеих частях полной формы данного оператора. В языке С существуют операции уменьшения (--) и увеличения (++) значения переменной на 1. Операции могут быть префиксные (++i и --i) и постфиксные (i++ и i--). При использовании данной операции в выражении в случае префиксной операции сначала выполняется сама операция (изменяется значение i), и только потом вычисляется выражение. В случае постфиксной операции – операция применяется после вычисления выражения. Например: b=7; n=1; 1. c=b*++n; // n=n+1; c=b*n; т.е. c=14 2. c=b*n++; // c=b*n; n=n+1; т.е. c=7 Операторы перехода Оператор безусловного перехода goto < метка>; Управление передается оператору с данной меткой: <метка>: оператор; В языке С метка не декларируется. Оператор условного перехода if применяется для выбора одной из ветвей вычислений. Общая форма записи: if ( условие ) оператор_1; else оператор_2; Например: if(x>y) max=x; else max=y; Если оператор_1 или оператор_2 содержит два и более операторов, то они заключаются в фигурные скобки { }, т.е. применяется составной оператор. Оператор if проверяет истинность или ложность условия. Если условие истинно (не равно 0), то выполняется оператор_1, иначе, при ложности условия (=0), выполняется оператор_2. Вторая часть оператора (else оператор_2;) может отсутствовать, такую форму называют “сокращенной”. Тогда в случае ложности условия управление передается на следующий за if оператор. Если оператор_1 и оператор_2 в свою очередь являются опера-торами if, то такой оператор называют вложенным. При этом ключевое слово else принадлежит ближайшему предшествующему if. Общий вид вложенного оператора if: if (условие_1) оператор_1; else if(условие_2) оператор_2; else оператор_3; Например: найти наибольшее значение из трех чисел x,y,z. if (x>y) if (x>z) max=x; else max=z; else if(y>z) max=y; else max=z; В качестве условий в языке С используют следующие операции отношений: < (меньше), <= (меньше или равно), > (больше), >= (больше или равно), != (не равно), = = (равно). Пары символов разделять нельзя. Общий вид условия: <выражение_1> <знак_операции> <выражение_2> Операндами могут быть любые простые типы. Значения операндов после вычисления перед сравнением преобразуются к одному типу. В качестве условий используются и более сложные выражения, содержащие логические операции. Приведем их перечень в порядке убывания приоритета: ! (отрицание или логическое НЕТ), && (конъюнкция или логическое И), || (дизъюнкция или логическое ИЛИ). Пары символов && и || разделять нельзя. Например: (0<x)&&(x<=100) ((!x)&&(y>0)||((z==1)&&(k>0)) Выражения вычисляются слева направо, причем их вычисление прекращается, как только результат становится известен. Триадный оператор (оператор условного перехода ?). Его фор-ма: имя_переменной =условие ? выражение_1 : выраже-ние_2; Если условие истинно, то имени_переменной присваивается ре-зультат выражения_1, иначе – выражения_2. Например: найти наибольшее из двух чисел: max=a>b ? a : b; Оператор выбора switch Общая форма оператора выбора: switch(выражение) { case const_1: операторы; break; … case const_N: операторы; break; default: операторы; } где const_1…const_N - целые или символьные константы; default - вы-полняется, если результат выражения не совпал ни с одной константой; может отсутствовать; break - оператор завершения работы switch. После выполнения одной из ветвей case все остальные ветви будут опущены. Если оператор break не записан, то выполняются операторы следующей ветви case. Оператор switch проверяет, совпадает ли значение выражения с одним из значений, приведенных ниже констант. При совпадении выполняются операторы, стоящие после совпавшей константы. Например: switсh(i) { case 1: f=pow(x,2); break; case 2: f=fabs(x); break; case 3: f=sqrt(x); break; default: printf(“Ошибка!”); exit(1); } f=f+5; Пример линейного алгоритма Вычислить , при x=2,444, y=0,00869, z=-130, должно быть получено: -0.49871. Текст программы может иметь следующий вид: #include <stdio.h> #include <conio.h> #include <math.h> #define x 2.444 #define y 0.00869 #define z -130.0 void main(void) { double rezult,dop,a,b,c; clrscr( ); // Очистка экрана puts(" Линейная программа "); dop=fabs(y-x); a=pow(x,y+1)+exp(y-1); b=1+x*fabs(y-tan(z)); c=0.5*pow(dop,2)-pow(dop,3)/3; rezult=a/b*(1+dop)+c; printf("\a\n Ответ: rezult=%lf, Press any key...", rezult); getch( ); // Задержка до нажатия любой клавиши } Пример использования оператора if Вычислить значение функции F. Предусмотреть вывод сообщения о том, по какой ветви происходило вычисление. Текст программы может иметь следующий вид: #include <conio.h> #include <stdio.h> #include <math.h> #include <stdlib.h> #define A 1 #define C 3 double max(double m,double n) // Функция max с параметрами m и n для { // нахождения максимального значения if (m>n) return m; else return n; } double min(double m, double n) // Функция min с параметрами m и n для { // нахождения минимального значения if (m<n) return m; else return n; } void main() { double x,y,f; // Декларирование переменных x,y,f clrscr(); puts("Введите значения x и y"); scanf("%lf %lf",&x,&y); // Ввод значений x и y if ((x>0)&&(y<0)) { f=(A*x+tan(C*y))/(5-2*x); puts("F=(а*x+tg(c*y))/(5-2*x)"); } else if ((x<0)&&(y>0)) { f=max(pow(x,2.0/3.0),cos(y*y)); // Вызов функции max puts("F=max(pow(x,2/3),cos(y*y))"); } else if ((x>0)&&(y>0)) { f=min(0.5*x-2*pow(sin(y),2),exp(y)); // Вызов функции min puts("F=min(0.5*x-2*pow(sin(y),2),exp(y))"); } else { puts("Функция F не определена \n Press any key..."); getch(); exit(1); // Принудительное завершение программы } printf("ОТВЕТ: F=%lf,\n Press any key...\n",f); getch(); } Работа интегрированной среды программирования Borland C++, в которой происходит выполнение программы, а также порядок набора текста, компиляции, редактирования, отладки и выполнения программы приведены в Приложении. Варианты индивидуальных заданий Составить программу для определения значения функции. Предусмотреть вывод сообщения о том, по какой ветви происходило вычисление значения аргумента функции х. 1. , где 2. где 3. где 4. где 5. где 6. где 7. где 8. где 9. где 10. где 11. где 12. , где 13. , где 14. , где 15. , где 16. 17. 18. 19. 20. Контрольные вопросы 1. Какие типы переменных применяются в языке С? 2. Перечислите основные отличия функций printf() и scanf(). 3. Какие формы записи операторов if применяются в языке С? 4. Чем отличается оператор if от оператора switch? | |
|
| |
| Просмотров: 1671 | Загрузок: 0 | | |
| Всего комментариев: 0 | |
