1-1 - Базовые понятия - Ввод-вывод - 2022

Алфавит языка Си:
– прописные и строчные буквы латинского алфавита и знак подчеркивания (код 95);
– арабские цифры от 0 до 9;
– специальные символы, смысл и правила использования которых будем рассматривать по тексту;
– разделительные символы: пробел, символы табуляции (\t) и новой строки (\n).
Каждому из множества значений, определяемых одним байтом, в таблице кодов ставится в соответствие символ.
Символы с кодами от 0 до 127 (первая половина таблицы) одинаковы для всех компьютеров, коды 128 – 255 (вторая половина) могут отличаться и обычно используются для национального алфавита, коды 176 – 223 - символы псевдографики, а коды 240 – 255 – специальные знаки (можно посмотреть в приложении 1 [1]).

Лексемы
Из символов алфавита формируются лексемы (элементарные конструкции) языка – минимальные значимые единицы текста в программе:
– идентификаторы (имена объектов);
– ключевые (зарезервированные) слова;
– знаки операций;
– константы;
– разделители (скобки, точка, запятая, точка с запятой, пробельные символы).
Границы лексем определяются другими лексемами, такими как разделители или знаки операций, а также комментариями.

Идентификатор (ID) – это имя программного объекта (константы, переменной, метки, типа, функции и т.д.).
В идентификаторе могут использоваться латинские буквы, цифры и знак подчеркивания; первый символ ID – не цифра; пробелы и другие специальные символы внутри ID не допускаются.
В Си прописные и строчные буквы – различные символы. Идентификаторы Name, NAME, name – различные объекты.
Ключевые (резервированные) слова не могут быть использованы в качестве идентификаторов.

При именовании объектов следует придерживаться общепринятых соглашений:
– имена переменных и функций обычно пишутся строчными (малыми) буквами;
– имена типов пишутся с большой буквы;
– имена констант – большими буквами;
– идентификатор должен нести смысл, поясняющий назначение объекта в программе, например, birth_date – день рождения, sum – сумма;
– если ID состоит из нескольких слов, как, например, birth_date, то принято либо разделять слова символом подчеркивания, либо писать каждое следующее слово с большой буквы – BirthDate.

Комментарии
Базовый элемент языка программирования – комментарий – не является лексемой.
Внутри комментария можно использовать любые допустимые на данном компьютере символы, т.к. компилятор их игнорирует.
В Си комментарии ограничиваются парами символов /* и */, а в С++ введен вариант комментария, который начинается символами // и заканчивается символом перехода на новую строку (до конца текущей строки).

Общая структура программы на языке Си
1. Директивы препроцессора
2. Область глобальных описаний:
- определение типов пользователя
- описание прототипов функций
- определение глобальных переменных
3. Функции

Простейшая программа
Рассмотрим кратко основные части структуры программ.
Перед компиляцией программа обрабатывается препро-цессором, который работает под управлением директив.
Препроцессорные директивы начинаются символом #.
Препроцессор выполняет предварительную обработку программы, в основном это подключение (include) заголовочных файлов (обычных текстов) с объявлением использующихся стандартных библиотечных функций.
Общий формат:
#include < Имя_файла.h >
где h (header) – расширение заголовочных файлов, в средах Microsoft Visual C – 20XX годов некоторые файлы используются без расширения.

Если имя файла заключено в угловые скобки (< >), то поиск данного файла производится в стандартной папке, если в двойные кавычки (" "), то в текущей (рабочей) папке.
К наиболее часто используемым библиотекам относятся:
stdio.h – содержит стандартные функции ввода-вывода данных;
math.h (cmath) – математические функции;
iostream.h (iostream) – ввод-вывод в потоке;
conio.h – функции для работы с консолью (клавиатура, дисплей).

Второе основное назначение препроцессора – обработка макро­определений (замещений).
Макроподстановка определить (define) имеет общий вид:
#define ID строка
Например:
#define PI 3.1415927
– в ходе препроцессорной обработки программы идентификатор-константа PI везде будет заменяться значением 3.1415927

Пример простейшей программы:
#include
void main(void) // Заголовок функции
{ // Начало функции
printf (" 10 is the best mark ! ");
} // Конец функции
Отличительный признак функции – скобки ( ) после ее имени, в которых заключается список параметров.
Если параметров нет, указывают атрибут void (пустой, отсутствующий), атрибут void можно не писать.
Перед функцией указывается тип возвращаемого результата, если результата нет – void.
В фигурных скобках записываются выполняемые ин-струкции (код функции), каждая из которых оканчивается символом «;». В нашем примере только стандартная фун-кция printf – вывод указанной фразы на экран (из stdio.h).

Используя потоковый вывод, этот пример можно записать следующим образом:
#include
//для iostream
// используем using namespace std;
void main ()
{
cout << " 10 is the best mark ! " << endl;
}
cout (class output) – вывод данных в потоке с помощью операции побитового сдвига <<;
endl (end line) – перевод курсора на новую строку.

При создании проекта в консольном режиме формируется шаблон основного файла, который может иметь следующий вид
int main ( int argc, char* argv[] )
{
return 0;
}
Перед функцией указан тип (int – целочисленный) возвращаемого оператором return 0; результата (0 – выход из функции без ошибки) и стандартные параметры: int argc, char* argv[]

Типы данных
Данные разделяются на две категории: простые (скалярные) и сложные (составные) типы данных.
Тип данных определяет:
– внутреннее представление в памяти;
– диапазон допустимых значений;
– набор допустимых операций.
Базовые типы данных: символьный – char (character), целый – int (integer), вещественный обычной точности – float, вещественный удвоенной точности – double.

Данные целого типа могут быть короткими – short, длинными – long, со знаком – signed и беззнаковыми – unsigned.
Атрибут unsigned может использоваться для типа char.
Атрибут long так же может использоваться для типа double.
Тип void указывает отсутствие типа.
Сложные типы данных: структуры – struct, объединения – union, перечисления – enum.
Массивы – составные данные базовых, или объявленных ранее пользовательских типов.

Диапазон и объем памяти данных

Декларация объектов
Все объекты программы (кроме самоопре-деленных констант) необходимо декларировать, т.е. объявить компилятору об их свойствах.
Общий формат объявления:
Атрибуты Список;
Элементы Списка разделяются запятыми, а Атрибуты – разделителями (хотя бы одним пробелом), например:
long int i, j, k;
или (атрибут int можно не писать)
long i, j, k;

Атрибуты могут быть следующими:
Класс памяти – определяет способ разме-щения в памяти (статическая, динамическая), область видимости и время жизни (по умолчанию – auto), данные атрибуты будут рассмотрены позже;
Тип – базовый тип, или созданный ранее тип Пользователя (по умолчанию – тип int).
Класс памяти и тип – атрибуты необязательные и при отсутствии одного из них (но не обеих) устанавливаются по умолчанию.
Примеры декларации простых объектов:
char ss; int i, j, k; double a, b, x;

Данные целого типа (integer)
Тип int – целое число, соответствующее обычному виду целых чисел.
Квалификаторы short и long указывают на различные размеры и определяют объем памяти, выделяемый под них, например:
short x;
long x;
unsigned x = 8;
– декларация с инициализацией числом 8;
атрибут int в этих случаях может быть опущен.

Для определения константных значений используется атрибут const, указывающий запрет изменения введенной величины в программе, например
const N = 20; или const double PI = 3.1415926;
Атрибуты signed и unsigned показывают, как интерпре-тируется старший бит – как знак или как часть числа:

Данные символьного типа (char)
Любой символ в памяти занимает один байт и соответствует конкретному коду.
Для персональных компьютеров (ПК) наиболее распространена ASCII (American Standard Code for Information Interchenge) таблица кодов.
Данные типа char рассматриваются компилятором как целые, поэтому можно использовать величины со знаком signed char (по умолчанию) – символы с кодами от –128 до +127 и unsigned char – беззнаковые символы с кодами от 0 до 255.
Примеры:
char res, simv1, simv2;
char sim = 's';
– декларация с инициализацией символом s.

Данные вещественного типа (float, double)
Внутреннее представление этих данных состоит из мантиссы и порядка, т.е.
< Мантисса > * 10 < Порядок >
Характеристика данных:
Переменная типа double формально соответствует типу long float.

КОНСТАНТЫ
Константами называют величины, которые не изменяют значений во время выполнения программы.
Константа – это неадресуемая величина и, хотя она хранится в памяти, определить ее адрес невозможно!
Константы нельзя использовать в левой части операции присваивания.
В языке Си константами являются:
– самоопределенные константы;
– имена (идентификаторы) массивов и функций;
– элементы перечислений.

Целочисленные константы
Десятичные константы – это набор цифр 0...9, первая из которых не 0 (со знаком или без него).
Для длинных целых констант указывается признак L(l) – 273L (273l). Константа, которая слишком длинна для типа int, рассматривается как long int.
Восьмеричные константы – это набор цифр от 0 до 7, первая из которых 0, например: 020 = 16 – десятичное.
Шестнадцатеричные константы – набор цифр от 0 до 9 и букв от A до F (a...f), начинающаяся символами 0Х (0х), например: 0X1F (0х1f) = 31 – десятичное.
Восьмеричные и шестнадцатеричные константы также могут быть long, например, 020L или 0X20L.
Примеры целочисленных констант:
1992 777 1000L – десятичные;
0777 00033 01L – восьмеричные;
0x123 0X00ff 0xb8000L – шестнадцатеричные.

Константы вещественного типа
Данные константы могут иметь две формы:
1) с фиксированной точкой:
±n.m (n, m – целая и дробная части числа);
2) с плавающей точкой (экспоненциальная форма) представляется в виде мантиссы и порядка:
±n.mE±p
где ±n.m – мантисса (n, m – целая и дробная части числа), Е (или е) – знак экспоненты, р – порядок. Например, число 1,25⋅10–8 можно записать 12.5E–9 , 1.25E–8 или 0.125E–7
Примеры:
1.0 –3.125 100Е–10 –0.12537е+5
Пробелы внутри чисел не допускаются. Для разделения целой и дробной части используется точка. Дробную или целую часть можно опустить, но не обе сразу, например,
1. (или 1.0) .5 (или 0.5)

Символьные константы
Символьная константа – это любой символ, заклю-ченный в одинарные кавычки, например: 'а' .
Так же используются специальные управляющие симво-лы (первый символ обратный слеш), например:
\n – новая строка;
\t – горизонтальная табуляция;
\0 – нулевой символ.
Простые символы могут вводится с клавиатуры, а специальные – представляются в исходном тексте парами символов, например: \\ – обратный слеш; \' – апостроф; \" – кавычки.
Примеры символьных констант:
'А' '9' '$' '\n' '\t'

Строковые константы
Строковая константа – набор символов, заключенных в кавычки (”). Кавычки не являются частью строки, а служат для ее ограничения. Строка в языке Си представляет собой массив символов. Внутреннее представление константы "1234ABC":
'1‘ '2' '3' '4' 'A' 'B' 'C' '\0'
В конец строковой константы автоматически добавляется нулевой символ '\0', называемый нуль-терминатор, который на печать не выводится и является признаком окончания строки.
Примеры строковых констант:
"Summa" "\n \t Result = \n" " \" EXIT \" "
Длинную строковую константу можно разбить на несколько с помощью обратного слеша (\). Например:
"Вы учитесь в Белорусском государственном \
университете информатики и радиоэлектроники"
Такаю запись будет представлена как единое целое.

Операции, выражения
Выражения используются для вычисления значений определенного типа и состоят из операндов, операций и скобок. Операнд может быть, в свою очередь, выражением (константой или переменной).
Операции задают выполняемые действия.
В языке Си используются четыре первичных операции с наивысшим приоритетом:
– операция «( )» при обращении к функции;
– операция индексации «[ ]» при обращении к элементам массива;
– операция доступа к полям структур и объединений при помощи идентификаторов «.» (точка);
– операция доступа к полям структур и объединений при помощи указателей «->» (стрелка).

Операции делятся на унарные, бинарные и тернарные – по количеству операндов, и выполняются в соответствии с приоритетами. Для изменения порядка выполнения операций используются круглые скобки.
Унарные операции имеют больший приоритет над бинарными.
Большинство операций выполняются слева направо. Унарные операции, операции присваивания и условная операция (?:) выполняются справа налево.
Арифметические операции
Бинарные арифметические операции:
+ (сложение); – (вычитание); / (деление, для int операндов – с отбрасыванием остатка); * (умножение); % (остаток от деления целочисленных операндов со знаком первого операнда – деление «по модулю»).

Операндами арифметических операций могут быть любые объекты, имеющие допустимые типы (константы, переменные, выражения, функции, элементы массивов).
Унарные операции +,– (знак) определены только для числовых операндов.
Порядок выполнения операций:
1) выражения в круглых скобках;
2) вычисление функций (стандартные функции и функции пользователя);
3) операции * , / , %;
4) операции – , + .

При записи сложных выражений нужно использовать общепринятые математические правила:
Т.е. использовать круглые скобки.
Единственной исключительной ситуацией при выполнении арифметических операций является деление на ноль, другие ситуации (переполнение, исчезновение порядка или потеря значимости) компилятором игнорируются.

Операция присваивания
Общий формат:
Операнд_1 = Операнд_2 ;
Операндом_1 (Левое–значение – Left-Value) может быть только адресное значение, т.е. именованная, либо косвенно адресуемая указателем переменная.
Операндом_2 (Правое–значение – Right-Value) может быть константа, переменная или любое выражение, составленное в соответствии с синтаксисом.
Операция выполняется справа налево.
Тип результата определяется типом левого операнда.
Приведите примеры «хитрых» ситуаций!

Присваивание может включать несколько операций, изменяя значения нескольких операндов, например:
i = j = k = 0; ↔ k = 0, j = k, i = j;
x = i + (y = 3) – (z = 0); ↔ y = 3, z = 0, x = i + 3 – 0;
Примеры недопустимых выражений:
– присваивание константе: 2 = x + y;
– присваивание функции: getch() = i;
– присваивание результату операции: (i + 1) = 2 + y;

Сокращенные формы операции присваивания
В языке Си используются два вида сокращенной записи операции присваивания:
1) вместо записи v = v # e;
где # – любая арифметическая операция, используется запись v #= e;
Например, s = s + 2; ↔ s += 2;
знаки операций записываются без пробелов;
2) вместо записи x = x # 1;
где # – символы операций инкремента (+1), либо декремента (–1), используются записи:
префиксная ##x; ++х; --х;
или
постфиксная x##; х++; х--;

Операции инкремента (++) и декремента (--) – унарные.
Если эти операции используются отдельно, то различий между постфиксной и префиксной формами нет.
Если же они используются в выражении, то
1) в префиксной форме (##x) сначала значение x изменится на 1, а затем x будет использовано в выражении;
2) в постфиксной форме (x##) сначала значение x используется в выражении, а затем изменяется на 1.
Например,
для значение int x, a = 2, b = 5;
вариант 1: x = ++a * --b;
1) ++a = 3, 2) --b = 4, 3) 3 * 4 = 12, 4) x = 12;
вариант 2: x = a++ * b--;
1) 2 * 5 = 10, 2) x = 10, 3) a++ = 3, 4) b-- = 4;

Преобразование типов
Если операнды арифметических операций имеют один тип, то результат операции будет иметь такой же тип.
Если в операциях участвуют операнды различных типов, то они преобразуются к «большему» типу (в смысле объема памяти), т.е. неявные преобразования идут от «меньших» объектов к «большим»:
– значения char и short преобразуются в int;
– если один операнд double, то и другой преобразуется в double;
– если один операнд long, то и другой long.
Внимание! Результат операции 1 / 3 имеет значение НОЛЬ, т.к. и 1 и 3 имеют тип int !!!
Чтобы избежать такого рода ошибок необходимо явно изменить тип хотя бы одного операнда, т.е. записывать, например: 1. / 3, т.к. 1. вещественная константа !!!

Типы char и int могут свободно использоваться в арифметических выражениях.
При присваивании значение правой части преобра-зуется к типу левой, который и является типом результата. Поэтому необходимо быть внимательным, т.к. при некор-ректной записи могут возникнуть ошибки.
При преобразовании int в char старший байт просто отбрасывается.
Преобразование double (float) в int приведет к отбрасыванию дробной части.
Тип double преобразуется во float округлением.
Длинное целое преобразуется в int и char посредством отбрасывания лишних битов более высокого порядка.

Операция явного приведения типа
Формат операции:
(Тип) Выражение;
ее результат – значение Выражения, преобразованное к заданному Типу.
Рекомендуется использовать эту операцию в исключи-тельных случаях, например:
double x;
int n = 6, k = 4, m = 3;
x = (n + k) / m; → x = 3;
x = (double)(n + k) / m; → x = 3.333333.

Стандартные библиотечные файлы
В любой программе кроме инструкций используются стандартные функции, входящие в библиотеку языка Си, которые облегчают создание программ.
В стандартных библиотечных файлах описаны прототипы функций, макросы, глобальные константы. Это заголо-вочные файлы, которые хранятся обычно в папке include и подключаются на этапе предпроцессорной обработки.
Математические функции находятся в файле math.h (cmath). В файле math.h среды C++ Builder описаны макроконстанты, такие как, например π, это M_PI (и другие).
У большинства математических функций аргументы и возвращаемый результат имеют тип double. Аргументы тригонометрических функций должны быть заданы в радианах (2π радиан = 3600).

Из библиотеки conio.h используется функция
getch( ); или _getch( );
Которая выполняет ожидание нажатия любой клавиши, ее результат – int код, или char символ нажатой клавиши.
Вместо нее можно пользоваться функцией
system ("pause");
(может понадобится библиотека windows.h).

Потоковый ввод-вывод
Для ввода-вывода в С++ используются два класса: cin (класс ввода), cout (класс вывода). Для их работы необходимо подключить файл iostream.h (iostream).
Стандартный поток вывода cout по умолчанию связан со стандартным потоком stdout (дисплей монитора), а ввода cin – со стандартным потоком stdin (клавиатура).
Вывод на экран (помещение в поток <<): cout << Имя-Объекта-Вывода;
Ввод с клавиатуры (извлечение из потока >>):
cin >> Имя-Переменной;

Пример:
#include < iostream.h > (iostream)
// using namespace std;
void main ()
{
int i, j, k;
cout << “ Input i, j ”;
cin >> i >> j ;
k = i + j ;
cout << “ Sum i + j = “ << k << endl;
/* end line – переход на новую строку и очистка буферов ввода-вывода */
}

Использование манипуляторов
Манипуляторы – специальные функции, возвращающие модифицированные данные потока. Для их использования необходимо подключить заголовочный файл iomanip.h.
Рассмотрим некоторые из них.
setw (n) – устанавливает ширину поля, т.е. n позиций для вывода следующего за ним объекта.
setprecision (n) – устанавливает n значащих цифр после запятой с учетом точки или без нее (в зависимости от системы программирования).

Функции вывода данных на экран
Стандартные функции ввода/вывода описаны в файле stdio.h.
Для вывода на экран чаще всего используются: printf (printf_s) и puts.
Формат функции форматного вывода на экран:
printf ( Управляющая Строка , Список Вывода );
В Управляющей Строке, заключенной в кавычки, записывают:
− Поясняющий текст (комментарии);
− Список модификаторов форматов, определяющих способ вывода объектов (признак – символ %);
− Специальные управляющие символы.

В Списке Вывода указываются выводимые объекты: константы, переменные, выражения (вычисляемые перед выводом).
Количество и порядок форматов должен совпадать с количеством и порядком следования печатаемых объектов.
Так как функция printf (printf_s) выполняет вывод данных в соответствии с указанными форматами, формат может использоваться для преобразования типов выводимых объектов.

Если признака модификации (%) нет, то вся информация выводится как комментарии (текст).
Основные модификаторы форматов:
%d – десятичное целое число (int), можно %i
%c – один символ (char)
%s – строка символов (string)
%f – вещественное типа float
%ld – длинное целое (long int)
%lf – вещественное типа double (long float)

При выводе используются специальные символы:
\n – переход на новую строку;
\t – горизонтальная табуляция;
\\ – вывод обратного слеша;
\' – вывод апострофа;
\" – вывод кавычки;
\b – шаг назад;
\r – возврат каретки;
\v – вертикальная табуляция.

В модификаторах формата функции printf после символа % можно указывать параметры поля вывода, например,
%5d – ширина поля 5 символов для int,
%8.4lf – ширина поля 8 символов с точкой и знаком и 4 цифры после запятой для double.
Если указанных в ширине позиций для вывода числа не хватает, то происходит автоматическое расширение.
Можно использовать функцию printf для нахождения кода ASCII любого символа, например:
printf ( " %c – %d \n" , 'a', 'a');
Функция
puts ( Имя-Строки );
выводит на экран ОДНУ строку, автоматически добавляя к ней символ перехода на начало новой строки (\n).
Аналогом такой функции будет:
printf ( " %s \n " , Имя-Строки);

Функции ввода информации
Форматированный ввод с клавиатуры:
scanf (Управляющая Строка , Список Ввода);
в Управляющей строке указываются только модификаторы форматов, количество и порядок которых должны совпадать с количеством и порядком вводимых объектов, тип преобразуется в соответствии с модификаторами.
Список Ввода – адреса переменных (через запятую), т.е. для ввода перед именем СКАЛЯРНОЙ переменной указывается символ & – унарная операция «взять адрес».
При вводе строковой переменной операцию & не используем, т.к. строка – это массив символов, а имя массива – это адрес его первого элемента. Например:
int k; // Курс
double st; // Стипендия
char name[20]; // Имя
printf (" Input kypc, stipendia, name \n ");
scanf ("%d%lf%s", &k, &st, name);

Вводить данные с клавиатуры можно как в одну строку, разделяя данные хотя бы одним пробелом, так и в столбец, нажимая после каждого значения клавишу Enter.
В функции scanf (scanf_s) используется тот же набор модифи-каторов форматов, что и в printf.
Внимание! Функцией scanf по формату %s строка вво-дится ТОЛЬКО до первого пробела (аналогично и в cin).
Для ввода текста, состоящего из слов, разделенных пробелами, используется функция:
gets (Имя-Строковой-Переменной);

При запуске программы автоматически открываются стандартные потоки ввода – stdin (по умолчанию связан с клавиатурой) и вывода – stdout (экран монитора).
Внимание! Ввод данных функцией gets выполняется с использованием потока stdin. Если указанная функция не выполняет своих действий (проскакивает), перед ее использованием необходимо очистить поток (буфер) ввода с помощью функции (библиотека stdlib.h)
fflush (stdin);