Обзор языка программирования C

Краткая история и особенности
Разработан Dennis Ritchie в Bell Labs, 1972
Первое применение – портирование ОС Unix на PDP-11
Переносимость
Минимализм
Прямой доступ к памяти
Эффективность сгенерированного кода
Основная нынешняя область применения – системное программирование

Hello, world!
#include
/* Заголовочный файл */
main() /* main() - место начала исполнения программы */
{
printf("hello, world\n"); /* отформатировать и напечатать строку */
}

Компиляция программы, состоящей из одного файла
gcc hello.c
GCC = GNU Compiler Collection
hello.c – имя программы
Выходной файл – a.out в рабочей директории
Опция –o позволяет задать имя (gcc hello.c –o hello)
Больше информации – man gcc

Переменные.
Имена состоят из букв, цифр и знака подчёркивания(_), первый символ не может быть цифрой
Переменные регистрозависимые, т.е. A и a – разные переменные
Обычно нижний регистр используется для переменных, верхний – для констант (о них позже)
размер переменной можно определить с помощью sizeof(varible)

Переменные – 2. Основные типы.
char – 1 байт. Часто используется при работе с текстовыми строками и памятью.
int – целое число. В данный момент обычно 32 или 64 бита. Конкретный размер зависит от реализации.
float – число с плавающей точкой с единичной точностью.
double – число с плавающей точкой с двойной точностью.
void

Переменные – 3. Квалификаторы.
signed/unsigned – квалификатор char и int. Показывает, является ли переменная знаковой (-N..N-1) или беззнаковой (0..2*N-1)
По умолчанию int является signed, для char наличие знака зависит от реализации
short/long/long long – модификатор размера переменной.
sizeof(short int) <= sizeof(int) <= sizeof(long int) <= sizeof(long long int)

Переменные – 4. Примеры.
unsigned char c;
int i; /* синоним signed int i */
double d;
short int s;
unsigned long l; /* при наличии long/short тип int может быть пропущен */
int one = 1;

Функция printf ()
#include
int printf(const char *format, список аргументов для подстановки);
строка с форматом
%s – строка
% – целое число
%f – float
%g – double

Примеры
#define STR "абырвалг"
printf ("i = %d\n", 10);
/* i = 10 */
printf ("My name is %s\n", STR);
/* My name is абырвалг */
printf ("Длина строки \"%s\" равна %d.\n", STR, strlen(STR));
/* Длина строки "абырвалг" равна 8. */
printf ("2/3=%10.5f", (float)2/3); /* 10 задаёт минимальную длину поля, 5 - число цифр после запятой */
/* 2/3= 0.66667 */

Введение в массивы
Набор однотипных элементов, последовательно располагающихся в памяти
Нумерация идёт с нуля
Возможно задание многомерных массивов
Количество элементов массива – sizeof(arr)/sizeof(arr[0])
int i[100];
double map[100][100]; /* Двумерный */
int sequence[] = {10, 20, 30}; /* С инициализацией */
char string[] = "This is madness!\n”; /* Строка – тоже массив */

Введение в указатели
Указатель – переменная, содержащая адрес другой переменной
& - взятие адреса переменной (взятие адреса объекта)
* - разыменование указателя (доступ к объекту, адрес которого содержит указатель)
Void * - «бестиповой» указатель
NULL – нулевой указатель

Введение в указатели - 2
int *p = NULL;
int i = 10;
p = &i; /* теперь p содержит адрес в памяти, по которому находится переменная i */
*p = *p + 1; /* запись в адрес, находящийся в p его содержимого, увеличенного на 1 */
/* теперь i содержит 11 */
*p = 0;
/* теперь i содержит 0 */

Строковые константы
Последовательность(возможно, нулевая) ненулевых символов, заканчивающаяся на 0
Задание строки возможно помещением текста в двойные кавычки (одинарные кавычки – взятие кода символа)
Спецсимволы: \n, \r, \ooo, \xhh, \”, \’, \0, \\ и т.д.
Функция C standard library strlen(str) – длина строки без завершающего \0
char *s1 = "Я строка";
char *s2 = "Я" " тоже" " строка";
printf ("Первая строчка\nВторая \”строчка\”");
s1

Использование #define для объявления констант.
#define MESSAGE "Some frequently used string."
#define DEBUG 0
#define BUFSIZE 1024
#define NEWBUF BUFSIZE*2
/* теперь мы можем использовать определённые выше константы*/

«Истина» и «ложь»
Если численное значение 0, оно ложно
Иначе оно истинно
Например, 1, 1000, -1234 – все истинны

Операторы
Арифметические: +, -, *, /, %(остаток от деления)
Логические: >, >=, <, <=, ==, !=, &&(логическое И), ||(логическое ИЛИ), !(отрицание, x!=0 => 0, x==0 => 1)
Побитовые: &(побитовое И), |(побитовое ИЛИ), ^(исключающее ИЛИ), <<(сдвиг влево), >>(сдвиг вправо), ~(дополнение)

Примеры
int a, b;
double x;
a = 2*2; /* a = 4 */
b = (a + 8) / 2; /* b = 6 */
b = 3 / 2; /* b = 1 */
x = 3 / 2; /* x = 1.5 */
a = 1234 || 0; /* a != 0 */
a = 1234 && 0; /* a == 0 */
a = (1 == 0) || (10 > 1) /* a != 0 */

++ и --
Прибавление/вычитание единицы с последующей записью значения в переменную
Могут находиться перед переменной(префиксная запись, «сперва прибавить/вычесть, потом использовать») и после (постфиксная запись, наоборот)

Примеры
int x = 0, n = 0;
n++; /* n = 1 */
x = ++n; /* x = 2, n = 2 */
x = n++; /* x = 2, n = 3 */

+=, -=, *= и т.д.
A += B эквивалентно A = A + B
+ - * / % << >> & ^ |
/* Пример */
x = 2;
x *= 5; /* x = 10 */
x -=3; /* x = 7 */

A ? B : C
Если A истинна(т.е. не равна 0), то B, иначе C
/* Пример: */
/* если x кратно 2, то y = 1, иначе 0 */
y = x % 2 ? 0 : 1;

Преобразование типа.
Возможное преобразование:
автоматическое
(type)variable
“Общее правило” – автоматическое преобразование происходит при преобразовании в более «ёмкий» тип данных (например, char -> long int), при котором преобразование имеет смысл (целочисленный тип -> целочисленный тип; указатель -> указатель)

Правила конверсии для беззнаковых чисел
If either operand is long double, convert the other to long double.
Otherwise, if either operand is double, convert the other to double.
Otherwise, if either operand is float, convert the other to float.
Otherwise, convert char and short to int.
Then, if either operand is long, convert the other to long.

Приоритет операторов
Наивысший
Самый низкий

if-else
Если expression истинно, то statement1, иначе – statement2
if (expression)
statement1
else
statement2

Примеры
/* 1. else идёт с соседним if-ом! */
if (n > 0)
if (a > b)
z = a;
else
z = b;
/* 2. */
if (n > 0) {
if (a > b)
z = a;
}
else
z = b;

switch
Условное выполнение кода при равенстве выражения одной из численных констант
switch (expression) {
case const-expr: statements
case const-expr: statements
default: statements
}

Пример
switch (c) {
case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
case '5': case '6': case '7': case '8': case '9':
ndigit[c-'0']++;
break;
case ' ':
case '\n':
case '\t':
nwhite++;
break;
default:
nother++;
break;
}

while - цикл
Выполнение statement пока expression не равен 0
while (expression)
statement
/* Пример */
int i = 0;
while (i < 10){
printf("%d\n”, i);
i ++;
}

for - цикл
содержит 3 выражения, разделённые запятой
Аналогичен следующей конструкции с while:
for (expr1; expr2; expr3)
body
expr1;
while (expr2) {
statement
expr3;
}
/* Пример */
printf ("напечатать все степени двойки, меньшие 1000\n");
for (i = 1; i <1000; i *=2)
printf("%d\n", i);

Цикл do-while
Выполнять statement пока expression не равно нулю. statement выполнятся хотя бы раз
do
statement
while (expression);

Break и continue
Break: ранний выход из циклов for, while, do
Выход осуществляется из самого вложенного цикла
Continue: начало следующей итерации цикла

Примеры
/* trim: remove trailing blanks, tabs, newlines */
int trim(char s[]) {
int n;
for (n = strlen(s)-1; n >= 0; n--)
if (s[n] != ' ' && s[n] != '\t' && s[n] != '\n')
break;
s[n+1] = '\0';
return n;
}
for (i = 0; i < n; i++)
if (a[i] < 0) /* skip negative elements */
continue;
... /* do positive elements */

Goto
Goto – переход по метке
Использование оправданно очень редко!
Есть возможность перехода между функциями – man longjmp
for (i = 0; i < n; i++)
for (j = 0; j < m; j++)
if (a[i] == b[j])
goto found;
/* didn't find any common element */
...
found:
/* got one: a[i] == b[j] */
...

Функции
Перед использованием функция должна быть объявлена.
Тип возвращаемого значения может быть void(ничего не возвращает)
Количество аргументов может быть как целым, так и переменным(man stdarg). Кроме того, оно тоже может быть равным нулю (void).
Пустые скобки – количество аргументов не определено!
Функции не могут быть объявлены внутри других функций
тип_возвращаемого_значения имя_функции (аргумент1, аргумент2, ...)
{
... /* тело функции */
}

Пример
#include
int power(int m, int n);
/* test power function */
main()
{
int i;
for (i = 0; i < 10; ++i)
printf("%d %d %d\n", i, power(2,i), power(-3,i));
return 0;
}
/* power: raise base to n-th power; n >= 0 */
int power(int base, int n)
{
int i, p;
p = 1;
for (i = 1; i <= n; ++i)
p = p * base;
return p;
}

Заголовочные файлы

external, static, register, volatile переменные
External – задание внешнего связывания (external linking). Все обращения к external объектам, даже из разных, независимо откомпилированных файлов, происходят к одному и тому же объекту в памяти
Static - вне функций - ограничение области видимости до файла, внутри – сохранение значения между вызовами для локальных переменных
Register - рекомендация компилятору держать значение в переменной в регистре процессора
Volatile - Значение переменной может быть изменено вне программы

Директивы препроцессора
#include “name”, #include
#define что_заменить на_что_заменить
#undef
#if, #ifdef, #ifndef, #elif, #endif

Примеры
#define BUFSIZE 1024
#define forever for (;;)
#define max(A, B) ((A) > (B) ? (A) : (B)) /* обратите внимание на сторонние эффекты! */
#if SYSTEM == SYSV
#define HDR "sysv.h"
#elif SYSTEM == BSD
#define HDR "bsd.h"
#elif SYSTEM == MSDOS
#define HDR "msdos.h"
#else
#define HDR "default.h"
#endif
#include HDR

Ещё об указателях и массивах
swap(a, b);
…………………………………………………………………………………
void swap(int x, int y) /* НЕПРАВИЛЬНО*/
{
int temp;
temp = x;
x = y;
y = temp;
}

Ещё об указателях и массивах
swap(&a, &b);
void swap(int *px, int *py) /* поменять местами *px и *py */
{
int temp;
temp = *px;
*px = *py;
*py = temp;
}

Ещё об указателях и массивах
int a[10];
int *pa;
pa = &a[0];
x = *pa;
y = *(pa + 1) /* над указателями возможны арифметические действия */

Передача параметров программе. Аргументы main.
1 аргумент – количество аргументов
2 аргумент – массив строк с аргументами
#include
/* echo command-line arguments; 2nd version */
main(int argc, char *argv[])
{
while (--argc > 0)
printf("%s%s", *++argv, (argc > 1) ? " " : "");
printf("\n");
return 0;
}

Указатели на функцию
Возможно задание и передача указателей на функции
int (*pf)(); /* указатель на функцию, возвращающую int */
int (*comp)(int, void *); /* указатель на функцию с целым числом в роли первого аргумента и void * указателем в роли второго */

Набор переменных (возможно, различных типов) объединённых вместе для простоты работы с ними struct struct_name { ... } x, y, z;
p->x то же самое, что (*p).x
struct point {
int x;
int y;
};
Структуры

typedef
Задание пользовательского типа данных
typedef struct tnode { /* the tree node: */
char *word; /* points to the text */
int count; /* number of occurrences */
struct tnode *left; /* left child */
struct tnode *right; /* right child */
} Treenode;

Полезные функции С standard library
printf/scanf, sprintf/sscanf, fprintf/fscanf
putchar/getchar, putc/getc
fopen/fclose – работа с файлами
memcpy
strcpy
malloc/realloc/free
strlen
is(alpha/upper/digit/…)
sin,cos,sqrt,… (-lm в строке компиляции для линковки мат. библиотеки)

Литература
Б. Керниган, Д. Ритчи – «Язык программирования Си» (Kernigan, Ritchie – “The C Programming Book”) aka “K&R”
The C standard library: Linux manpages / MSDN
Б. Керниган, Р. Пайк – «Практика программирования» (Kernigan, Pike – “The Practice of Programming”)

Спасибо за внимание!
Вопросы?
Следующая лекция – Введение в C++

Backup

Перечисления (enumerations)
/* Предоставляют простой способ задания нескольких констант с различиющимися значениями */
/* По умолчанию значение первого элемента - 0 */
enum months { JAN = 1, FEB, MAR, APR, MAY, JUN, JUL, AUG, SEP, OCT, NOV, DEC };
/* Переменной может и не быть: */
enum { UP, DOWN, RIGHT, LEFT };

unions
Структура, члены которой располагаются по одному и тому же адресу памяти
union u_tag {
int ival;
float fval;
char *sval;
} u;