–PAGE_BREAK–· Integer – тип целых чисел.
· Character – символьный тип.
· Real – тип действительных чисел.
Также он рассматривает структурные типы данных:
· Feld (Array) — Поле (массив). Переменные величины этого типа содержат множество элементов одинакового стандартного типа.
· Record (Structure) – Записи (связи). Содержат элементы различного типа и имеют каждый свое имя.
В заключении обзора рассматривается общий тип данных – файлы. Они состоят из большого количества данных различных типов. Вместе с данным типом определяется несколько стандартных операций: открытие и закрытие доступа к файлу, чтение из файла и запись данных в файл.
1.9 Обеспечение высокого качества разработки программ Профессор определяет данное в заголовке понятие так:
Качество программного обеспечения — это совокупность признаков и значений программного продукта, которые необходимы для нормального функционирования программы и удовлетворения потребностей пользователей.
Плате выделяет следующие признаки ПО, которые определяют его качество:
1. Функциональность 2. Надежность 3. Пригодность к употреблению 4. Эффективность 5. Изменчивость 6. Переносимость Для того, чтобы создать качественный программный продукт автор говорит о необходимости выполнения ряда действий:
1. Тестирование ПО
Тест «письменного стола» – в соответствии с поставленной задачей необходимо выбрать входные данные и рациональный ход решения.
Тест «черного ящика» – функциональный тест, которыйрассматривает алгоритм в качестве черного ящика, в который нельзя заглянуть (проводит обычно покупатель).
Тест «белого ящика» – он предполагает, чтобы входные данные были подобраны так, чтобы алгоритм выполнился хотя бы один раз.
2. Проверка подлинности ПО — это комплекс мероприятий, направленных на безупречное функционирование программы при любых входных данных, которое показывается с помощью математического аппарата.
3. Тестовое планирование и тестовая документация. Так как достаточно часто тестирование проходит непродуманно и внепланово, то необходимо составлять план тестов и протоколировать ход тестирования, чтобы исключить появление других ошибок в программе.
Таким образом, разработка ПО включает в себя следующие этапы:
1. Интуитивная разработка алгоритмов.
2. Формализация алгоритма, математическое описание.
3. Изображение алгоритмов структограммой. Разделение на модули и подпрограммы.
4. Разрабатывают алгоритмов с помощью языка программирования высокого уровня.
5. Кодирование.
2. Структура программы
Прежде чем приступать к программированию, автор обосновывает выбор в качестве изучаемого языка программирования — языка С.
Язык C был первоначально разработан как расширение для операционной системы UNIX, но впоследствии превратился в стандартный ЯП для разных платформ. Этому способствовало:
§ богатство операторов,
§ относительная машинная независимость,
§ возможная высокая мобильность,
§ небольшой языковой объем (только 32 ключевых слова),
§ много синтаксических возможностей в комбинации с упрощенными стилями.
2.1 Основные элементы программы на C В этой главе автор знакомит нас с основными синтаксическими единицами языка С:
n Набор символов С-программы – это буквы, цифры, знаки, а также некоторые специфические элементы (пробел, предупреждение, возврат, табуляция)
n Разделители – пробелы, табуляторы, конец строки, перевод страницы, комментарии служат для разделения основных элементов языка
n Директива компилятора #include – подключает к компилятору файлы.
n Функции — из них состоит вся программа. Для каждой программы главной является функция Main, которая начинается с “{” и оканчивается “}”.
n Стандартныебиблиотеки — стандартные функции предоставляются стандартными библиотеками.
n Ключевые слова имеют предопределенное значение, которое не может изменяться.
n Идентификаторы и имена – все объекты C имеют идентификаторы, которые состоят из последовательности букв, цифр или подчеркивания.
n Escape-последовательности – с помощью них записываются непечатаемые символы через “\”.
2.2 Условные операторы Автор знакомит нас с первой нелинейной структурой. Структура If…Else означает ветвление с переходом вперед. Здесь возможны два различных пути решения в зависимости от условия. Существует два вида этой структуры:
§ односторонний выбор — выполняет действие только на одном из путей разветвления и соединяет оба пути в один, т.е. if (Условное выражение) Инструкция;
§ двусторонний выбор – выполняет действия на каждом пути разветвления и также соединяет оба пути, т.е. if (Условное выражение) Инструкция1; else Инструкция2;
Далее автор рассматривает еще один вид условного оператора, выражаемого вопросительным знаком. Он имеет следующий вид:
Условное выражение? Выражение1: Выражение2
Выражение с условием не может стоять в одиночестве, как в предыдущем ветвлении, а стоит внутри выражения.
Третья условная структура – многократный выбор switch..case. Автор показывает, что в этой структуре имеются больше чем 2 пути выбора, которые также соединяются. Для каждого условия обязательно существует своя инструкция. Для всех оставшихся случаев выполняется какое-то действие. Структура switch… case имеет такой вид:
switch (Выражение)
{
case W1: Инструкция 1;
…;
case Wn: Инструкция n;
default: Инструкция (по умолчанию);
}
2.3 Циклические операторы В этом параграфе профессор объясняет, что структуры повторения используются, если последовательность команд должна повторяться неоднократно для решения задачи. Программирование структуры повторения ведет к так называемому «программному циклу».
В случае со структурой while условие стоит в начале программного цикла, поэтому цикл может не выполниться ни разу. Общий вид команды таков:
while (Условные выражения) Инструкции;
Следующая циклическая структура – повторение for представляет самую универсальную форму повторения. Команда имеет следующий вид:
for (Выражение 1; Выражение 2; Выражение 3)Команда;
где Выражение 1 – начальное значение выражения, Выражение 2 – условное выражение, которое должно выполниться для выполнения команд, Выражение 3 – изменяет счетную величину для продолжения повторения.
Затем автор рассматривает структуру, обратную структуре while. Последовательность команд запускается в любом случае, по меньшей мере, однажды. Поэтому эту структуру называют также непредотвратимым повторением.
Do
Инструкция;
while (Условное выражение);
Таким образом, в данной главе автором были разобраны различные типы трех структурных единиц любого языка программирования – линейной, разветвляющейся и циклической.
3. Функции
В этой главе автор рассказывает об одном из главных структурных элементов программы – функциях. Во всех высокоуровневых языках программирования происходит разделение программ на части с помощью подпрограмм-функций.
3.1 Понятие Функции реализуют идеологию структурного программирования и исполняют все необходимые задания для решения общей задачи. Для самых важных и часто используемых заданий имеются стандартные функции, занесенные в программные библиотеки C. Для решения других задач необходимо написать собственные функции. Все C-программы состоят из набора небольших функций. Для определения функции в языке C необходимо указать тип и имя, а также список параметров в круглых скобках.
В языке C любая функция определяется глобально, т.е. не зависит от других функций. В общем виде эту структуру можно представить так:
Тип имя функции (список параметров)
{
Соглашения
Инструкции
return (значение функции)
}
Для каждого из параметров функции представляется его тип. Эти формальные параметры имеют собственное имя, которое используется в пределах работы функции и собственный тип. Например, функция:
int quad (int x)
{
return (x * x);
}
содержит параметр с именем x типа Integer(целый).
При вызове функции формальные параметры заменяются актуальными параметрами, в качестве которых могут выступать определенные значения, константы или переменные величины. Например: y = quad (25); При этом тип актуального параметра должен обязательно соответствовать типу формального параметра.
3.2 Готовность и срок службы имен Особенно автор обращает внимание на имена переменных, констант, функций в программе. В программе существуют две позиции на значение имен:
1. Готовность (Доступность). Этим свойством определяются места программы, в которых можно получить доступ к тем или иным объектам (переменным величинам или функциям). Здесь существует 4 основных программных области – программа, модуль, функция, блок. Объекты, которые определяются в самой программе или модуле являются глобальными объектами, а если определяются в пределах блока или функции, то являются локальными объектами.
2. Срок службы (Жизненный цикл). Здесь говорится о длительности упорядочивания ячеек памяти. Различают полное время распространения (статическая продолжительность) и время выполнения блока, в котором определялся объект.
Эти правила дают ряд преимуществ при написании программ:
· Переменная получает определенное значение в пределах функции.
· Локальные переменные не применяются для всей программы, поэтому можно использовать одинаковые имена переменных в различных функциях.
· Глобальные переменные определяются один раз и используются всеми функциями программы.
· Если имена глобальных и локальных переменных совпадают, то в данной функции используются значения локальных переменных. Таким образом, необходимо избегать написания одинаковых имен переменных.
3.3 Рекурсия и итерация В этом параграфе автор рассказывает о очень важном методе решения задач – рекурсивных алгоритмах. Алгоритм называется рекурсивным, если вызов функции происходит в пределах самой функции, т.е. функция ссылается сама на себя. При этом основная мысль состоит в том, чтобы уменьшать рекурсивным образом данную проблему до тех пор, пока не будет получен простейший случай. При этом значительно уменьшается алгоритм решения задачи.
Чтобы достигнуть рекурсивности, локальные переменные величины и параметры должны сохраняться не в статической памяти, а в так называемой динамической памяти, которая реализуется программно.
Также из большого количества шагов состоит итерационный алгоритм. Он содержит промежуточные шаги, которые образуют основу для промежуточных результатов в следующем повторении (итерации). Итерации используются в основном при обработке больших массивов данных. Различают 2 основных вида итераций:
§ Алгоритмы с заранее известным количеством шагов повторения.
§ Алгоритмы с заранее неизвестным количеством шагов повторения.
Программист должен всегда заботиться о том, чтобы все процессы, которые протекают в определенной программе, после конечного числа шагов завершались. К сожалению, зачастую этого не происходит и программа «зацикливается».
Поэтому, если написана какая-то условная или циклическая структура, необходимо следить, чтобы после конечного числа прохождений условие не было больше выполнено. Конечность повторения можно подытожить следующим образом: число шагов зависит от переменных величин программы и оно больше 0, если условие выполняется хотя бы один раз, а значение счетчика определяется в зависимости от действий.
3.4 Функции ввода-вывода В этом параграфе автор рассказывает о наиболее важных стандартных функциях, которые позволяют вводить информацию с клавиатуры и выводить ее на экран.
Ввод и вывод данных в C происходит через файловый интерфейс. При этом с устройствами, как, например, принтер или консоль обращаются как с файлами. В стандартной C-библиотеке для нескольких устройств существуют стандартные файлы:
· stdin (стандартный ввод данных, клавиатура)
· stdout (стандартный вывод, монитор)
· stderr (ошибки вывода, монитор)
С функциями ввода-вывода связан файл заголовка stdio.h стандартной библиотеки заголовков. В нем определены для применения функций необходимые функциональные прототипы, такие как типы и константы (макрокоманды), которые стоят в связи с реализацией и приложением функций. Кроме всего прочего определяется константа EOF, которая служит для внутренней идентификации конца файлов.
Также существует специальная функция вывода информации – printf, которая имеет вид:
int printf(контрольная строка, аргумент1, аргумент2,… ). Функция printf копирует символы из формата стандартного вывода либо до конца строки, либо до символа %. Чтобы определить тип формата вывода, функция ищет следующие за % символы. Самый часто используемым является формат %d, который выводит целые числа в десятичной системе счисления.
Стандартной функцией ввода данных в C является функция scanf, которая имеет следующий вид: scanf (контрольная строка, аргумент1, аргумент2,…). Она переводит соответственно в управляющую строку «контрольную строку» данного типа и формата. Она задает формат и назначает конвертированные значения через определенный адрес соответствующим переменным величинам arg1, arg2…
4. Типы данных в C
4.1 Числа и числовые системы В этой параграфе автор рассказывает об основах представления чисел в компьютере.
Значение числа Z = an an-1… a0a-1… a-m в позиционной системе счисления по основанию B имеет вид:
где 0
Например, в десятичной системе счисления число 1972 выглядит так:
1972 = 1 * 103 + 9 * 102 + 7 * 101 + 2 * 100
Формой представления чисел в компьютере является двоичная. Недостатком этой системы является запутанная, монотонная последовательность цифр при изображении длинных двоичных чисел. Поэтому в информатике также используют часто восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления. Именно о них рассказывает автор в этой главе.
продолжение
–PAGE_BREAK–Достаточно часто возникает необходимость преобразования чисел из одной системы в другую, в частности, в наиболее понятную человеку десятичную систему счисления. Правило преобразования из любой системы счисления в десятичную выглядит так:
При переводе числа из любой системы в десятичную надо это число представить в виде суммы степеней основания его системы счисления.
Дробные числа возможно изображать в информатике двумя способами:
§ Изображение с фиксированной точкой (например, 1.25). При этом точка всегда стоит на своем месте в нужном разряде.
§ Изображение с плавающей точкой. При данном изображении число записывается таким образом, что точка скользит всегда к первой отличной от нуля цифре.Такая запись выглядит следующим образом:
Z = М * BE, где M = 0.xxxxxxx…., 1/B
Так как основа нам известна, то число может представляться мантиссой М и экспонентой E (нормализованное изображение). Например:
Z = 42.5456 –> 0.425456 * 102 –> M = 425456, E = 2
4.2 Основные типы данных В этом разделе профессор перечисляет соответствующие категории языка C.
К элементарным типам данных, использующихся в C относятся: char (символьный), int (целый), float (вещественный тип с одинарной точностью), double (вещественный тип с двойной точностью), void (пустой, используется для функций и указателей).
Автор выделяет следующие виды констант, использующихся в языке Си:
· целочисленные константы, которые имеют тип signed int.
· Константы с плавающей точкой. Они представляются в десятичном или экспоненциальном виде и имеют тип double.
· Символьные константы указываются в кавычках ‘’.
· Литерные константы имеют тип String и расположены в кавычках “”.
Затем Плате рассматривает основные арифметические операторы («-», «+», «*», «/», «%»), используемые в языке C. Здесь, в отличие от других языков программирования, присваивание значений записывается прямо в операторах, поэтому арифметические операции применяются во всех структурах, где есть операторы. В C также используется также два специальных оператора:
o Инкремент (приращение на 1) – «++»
o Декремент (отрицательное приращение на 1) – «–»
Они могут стоять перед или после операнда, что задает порядок выполнения операций.
Помимо этого в C используются логические операторы:
· ! — логическое отрицание
· && — логическое «и»
· || — логическое «или»
Профессор отдельно выделяет операторы сравнения, используемые в языке:
·
·
· > — больше
· >= — больше равно
· == — равно (тождественно)
· != — не равно
Специального логического типа данных Boolean в C не существует, а считается, что
Ø Неравно 0 – правда (значение 1)
Ø Равно 0 – ложь (значение 0)
Составные операторы используются для более компактной записи выражений в С. Автор показывает, что здесь возможны следующие записи:
Выражение1 op= Выражение2, которая эквивалентна записи –
Выражение1 = (Выражение1) op (Выражение2), где op – любой оператор.
Затем профессор выделяет два основных вида массивов:
§ Одномерные поля. Определим поле с 5 элементами — int n [5]; Тогда эти 5 переменных величин располагаются в памяти последовательно: Элементы массива начинаются всегда с индекса 0 и кончаются индексом [n-1].
При этом не происходит проверка на допустимую область памяти компилятором.
§ Многомерные поля. Для многомерных массивов переменные величины задаются несколько другими типами индексов. Пример определения двумерного массива: float x [8] [30]; Здесь первый элемент — x [0] [0], и соответственно последний x [7] [29]. Юрген Плате подходит к объяснению работы с символами и строками как с одномерными полями, которые имеют несколько особенностей. Строки могут инициализироваться также в классе памяти auto и должны быть замкнуты ‘\0 ‘. Например: char s[] = {‘s’,’t’,’r’,’i’,’n’,’g’,’\0′};
Массивы char могут инициализироваться также константами String –
char s[] = «string»;
В C не имеется никаких специальных элементов языка для манипуляции строками символов. Ряд функций существуют в C-стандартной библиотеке (копирование, сравнение, длина строк).
В отличие от массивов, которые работают с объектами одного типа, записи задают структуру для описания различных типов под общим именем. Преимущества этих структур состоит в объединении комплексных данных. Например, это персональные данные (Ф.И.О., адрес, социальный статус и т.д.) или студенческие данные (Ф.И.О, адрес, дисциплина, отметка и т.д.).
Записи в языке C описываются с помощью ключевого слова struct:
struct имя структуры {компонент(n)} переменная структуры (n);
Для доступа к элементу записи используются 2 собственных оператора.
При этом для прямого доступа необходима точка как разделитель переменной структуры и имени компонента, т.е переменная структуры. компонент
Структуры могут иметь также элементы, которые являются signed(со знаком) или unsigned(без знака) int, а некоторые имеют битовую длину. Поэтому обозначают эти элементы как поля бита. При определении структуры число битов таких переменных величин указывается определенно, согласно синтаксису:
typedef struct
{ unsigned b1: 1;
unsigned b2: 1;
int: 6;
int farbe: 4;
} bitpack;
Таким образом, в этой главе автором рассмотрены практически все типы данных, используемых в С и имеющих широкие возможности применения.
5. Файлы Следующей структуре, являющейся основным носителем информации в компьютере, автор посвятил отдельную главу.
Файлы — это основная структура для постоянного хранения и ввода-вывода данных. Файлы состоят из различных компонентов определенного типа данных. В конец файла могут добавляться различные данные.
Вместе с типом файла определяются и несколько стандартных операций с файлами (Open – открытие файла, Close – закрытие файла, Read – чтение из файла данных, Write – запись данных в файл).
5.1 Типы доступа
В следующих параграфах автор определяет 2 основных типа доступа для файлов в Cи:
В последовательных файлах позиционирование компонентов производится неявно и не подчиняется влиянию программы. В файлах с произвольным доступом операции считывания и записи дополняются указанием индекса компонентов. При этом индекс компонентов отсчитывается, как правило, от 1. Вместе с тем файл с произвольным доступом обладает сходством с типом данных «массив».
Доступ к различным периферийным устройствам в C осуществляется с помощью указателей. При этом файл должен открываться до начала доступа и закрываться после. Для выполнения этих функций используется стандартный файл C-библиотеки .
Что касается самого распространенного типа файлов – текстовых, то в C они представляют собой файлы, компоненты которых буквы, т.е. символы типа char. Все тексты мы разделяем на строки, и здесь встает проблема: как определить конец строки, когда реализация текстовых файлов во всех программах разная?
В Си используется, так называемый, буферный вывод. Это значит, что выводится только тогда, если конец строки посылается устройству вывода, или выводится совсем, если программа завершает свои действия.
Здесь используют следующие функции языка C:
· int putc(int c, FILE *f) — записывает символы в текстовые файлы.
· int getc(FILE *f) – читает символы из файла.
· int puts(const char *s) – записывает последовательность символов в файл.
· char *gets(char *s) – чтение последовательности из файла.
При бинарном вводе и выводе данные представлены в допустимой форме, а внутреннее изображение в памяти перенесет (побайтово) данные в файл. Например, для бинарной записи переменных величин long нужно 4 байт памяти. Необходимое количество памяти зависит от величины числа и соответственно от его формата.
Функция fwrite записывает указанное количество элементов данных равной величины в файл. Здесь должны передаваться:
Затем автор рассказывает, как получить доступ к отдельным наборам данных файла с произвольным доступом. Для этого в C используются следующие команды:
int fseek(FILE *f, long offset, int origin)
Эта функция ставит указатель на определенную позицию в пределах файла. Функция позиционирует смещение (offset), которое считается в байтах. Значение origin устанавливается в соответствии со смещением (SEEK_SET oder 0 – смещение из начала файла, SEEK_END oder 1 – смещение из текущей позиции, SEEK_CUR oder 2 – смещение из конца файла)
Функция long ftell (FILE *f) указывает текущую позицию в файле, на которой находится указатель файла. В случае ошибки ftell принимает значение -1.
Функция void rewind (FILE *f) перемещает указатель на начало файла и удаляет значение ошибки.
Таким образом, Юрген Плате в отличие от других авторов книг по программированию достаточно подробно описывает процесс работы с файлами, снабжая каждую операцию подробными комментариями и примерами на языке С.
6. Указатель
В этой главе автор рассказывает об одном из важнейших понятий программирования в C – указателях.
6.1 Основы указателя Указатели — это такие же переменные величины, которые нуждаются в ячейках памяти. Указатель — это переменная величина, которая содержит адрес другого объекта. Потом можно получить доступ к этому объекту косвенно с помощью указателя. В этих адресах памяти содержится либо адреса других переменных величин, либо адреса функций.
Указатели в языке C необходимо применять в следующих случаях:
· при передаче параметра
· при обработке массивов
· для обработки текста
· для доступа к специальным ячейкам памяти
Обозначаются указатели следующим образом: int *pc;, т.е. переменная pc является указателем тип int.
При этом используют преимущественно два типа указателей:
1. Оператор адреса &, который применяется к объекту, доставляющему адрес этого объекта. Например, pc=&c.
2. Смысловой оператор *, который применяет указатель к объекту, находящемуся в этой ячейке. Например, c=*pc; *pc=5;
Особенно важным является то, что * и & имеют более высокий приоритет, чем арифметические операторы. При этом если используются несколько операторов указателя последовательно, то выражение обрабатывается справа налево.
Аргументы указателя обладают возможностью обращаться к объектам функции из другой функции и изменять их.
Автор также показывает, что с указателями можно проводить определенные арифметические операции и операции сравнения. Разрешены, конечно, только такие операции, которые ведут к осмысленным результатам. К указателям могут целочисленные значения прибавляться и вычитаться из них. К указателям могут также применять декремент.
Можно указатели посредством операторов >,> =,
6.2 Указатель и массив Как отмечает автор в следующих параграфах, между указателями и полями существует ярко выраженная связь. Каждая операция, которая может применяться к элементам массива, может выражаться также и указателями. Программа, содержащая указатели выполняется гораздо быстрее. Однако понять смысл использования указателей гораздо тяжелее.
Присваивание pa = *a [0] показывает, что pa указывает на 0-ой элемент массива a, т.е. pa содержит адрес a [0]. Вместо этого можно записать следующее: pa = a;
К отдельным элементам массива можно обращаться 3 различными способами:
· a [i] — i-ый элемент массива
· * (pa+i) — указатель pa + i * (длина элементов массива a)
· * (a+i) начало массива + i * (длина элементов a)
Таким образом, каждое значение индекса массива может определяться также как значение смещения указателя и наоборот. Выражение pa + i не значит, что к pa значение i прибавляется, а i устанавливает смещение объекта от pa.
Многомерные массивы можно задавать через указатели следующим образом:
Matrix[1][2]=*(Matrix[1]+2)
Matrix[1][2]=*(*(Matrix+1)+2)
Matrix[1][2]=*(*Matrix+1*M+2)
Так называемые структурные указатели имеют несколько другое обозначение:
Указатель на структурную переменную -> название элемента
Например, punkt.px соответствует (*punkt)-> px
Так как структура указателей и массивов очень похожа, то далее автор объясняет как составить массив указателей.
Массив указателей — это массив, состоящий из элементов-указателей. Вектор указателей определяется следующим образом:
Тип исходных данных *Имя вектора[]
Эту запись необходимо отличать от указателя на вектор:
(*Имя вектора) []
Компоненты вектора могут быть также адресами массивов. При этом такой массив указателей похож на многомерный массив.
Например, char *Z[3], где происходит определение массива с 3 элементами, которые являются соответственно указателями типа char. При этом Z является указателем на массив с 3 указателями char.
6.3 Указатель на функцию Помимо указателей на типы данных в C можно определять указатели и на функцию, которые можно использовать затем как переменные величины. Это может пригодиться для передачи значения функции в другую функцию.
продолжение
–PAGE_BREAK–