Ввод и вывод в стандартном си

Уральский федеральный университет

Кафедра интеллектуальных информационных технологий

Программирование на языке C/С++

Лабораторный практикум

Екатеринбург, 2013

Оглавление

Требования к выполнению работ.. 4

Лабораторная работа №1. “Вычисление функций с использованием их разложения в степенной ряд”. 4

1. Краткие теоретические сведения. 4

1.1. Структура программы.. 4

1.2. Константы и переменные. 6

1.3. Операции. 7

1.4. Выражения. 10

1.5. Ввод и вывод. 11

1.6. Составные операторы.. 12

1.7. Операторы выбора. 12

1.8. Операторы циклов. 13

2. Постановка задачи.. 14

3. Варианты.. 14

4. Методические указания. 16

Лабораторная работа № 2 “Работа с одномерными массивами”. 18

1. Краткие теоретические сведения. 18

1.1. Определение массива. 18

1.2. Инициализация массива. 18

1.3. Указатели и массивы.. 18

1.4. Формирование динамических массивов с использованием операций new и delete. 18

2. Варианты заданий.. 20

3. Методические указания. 23

Лабораторная работа № 3 “Строки”. 24

1. Краткие теоретические сведения. 24

1.1. Работа со строками. 24

1.2. Потоковый ввод-вывод. 25

1.3. Открытие и закрытие потока. 26

2. Постановка задачи.. 27

3. Варианты.. 28

Лабораторная работа №4 “Функции и массивы”. 32

1. Краткие теоретические сведения. 32

1.1. Функции. 32

1.2. Массивы и строки как параметры функций. 33

2. Постановка задачи.. 34

3. Варианты.. 34

Лабораторная работа № 5 “Работа с функциями в языке C/C++”. 38

1. Краткие теоретические сведения. 38

1.1. Перегрузка функции. 38

1.2. Функции с переменным количеством параметров. 39

2. Постановка задачи.. 40

3. Варианты.. 40

Лабораторная работа №6 “Работа со структурами”. 45

1. Краткие теоретические сведения. 45

1.1. Структуры в языке C/C++. 45

1.2. Блоковый ввод-вывод. 46

2. Постановка задачи.. 47

3. Варианты.. 47

4. Методические указания. 52

Лабораторная работа № 7 “Информационные динамические структуры” 53

1. Краткие теоретические сведения. 53

2. Постановка задачи.. 54

3. Порядок выполнения работы.. 55

4. Варианты заданий.. 55

5. Содержание отчета. 57

Библиографический список.. 57

Требования к выполнению работ

Все работы должны быть выполенены самостоятельно. Выявление несамостоятельности работы является основанием для незачета.

Работа должна быть оформлена согласно следующим правилам:

· Код форматируется автоматически.

· Всякая конструкция (функция, условие, цикл) снабжается комментарием о ее назначении в той же строке или расположенным выше конструкции. Комментарий к главной программе (функции main) содержит постановку задачи.

· Весь код делится не менее чем на две функции.

· Все функции кроме главной программы (функция main) или не содержат операций ввода-вывода, или предназначены только для ввода-вывода.

· Весь код делится на два или более модулей. Один из них содержит только главную программу.

Лабораторная работа №1.
“Вычисление функций с использованием
их разложения в степенной ряд”

Цель:Знакомство со средой программирования, создание, отладка и выполнение простой программы, содержащей ввод/вывод информации и простейшие вычисления. Практика в организации итерационных и арифметических циклов.

Краткие теоретические сведения

Язык C создан в 1972 г. Деннисом Ритчи при разработке ОС Unix. Он проектировался как инструмент системного программирования с ориентацией на разработку хорошо структурированных программ. Таким образом, он сочетает в себе, с одной стороны, средства языка программирования высокого уровня: описание типов данных, операторы for, while, if и т. д., а, с другой стороны, содержит средства языка типа Ассемблер: регистровые переменные, адресную арифметику, возможность работы с полями бит и т. д.

Структура программы

Программа на языке C/C++ имеет следующую структуру:

#директивы препроцессора

.........

#директивы препроцессора

функция а ( )

операторы

функция в ( )

операторы

void main ( ) //функция, с которой начинается выполнение программы

операторы

описания

присваивания

функция

пустой оператор

составной

выбора

циклов

перехода

Директивы препроцессора ‑ управляют преобразованием текста программы до ее компиляции. Задача препроцессора ‑ преобразование текста программы до ее компиляции. Правила препроцессорной обработки определяет программист с помощью директив препроцессора. Директива начинается с символа #. Например:

1. #define ‑ указывает правила замены в тексте.

#define ZERO 0.0 ‑ Означает, что каждое использование в программе имени ZERO будет заменяться на 0.0. Это один из способов создания констант. Современные компиляторы для описания констант используют ключевое слово const. Рекомендуется использовать его.

2. #include< имя заголовочного файла>

Данная директива ‑ предназначена для включения в текст программы текста из каталога «Заголовочных файлов», поставляемых вместе со стандартными библиотеками. Каждая библиотечная функция C/C++ имеет соответствующее описание в одном из заголовочных файлов. Список заголовочных файлов определен стандартом языка. Употребление директивы include не подключает соответствующую стандартную библиотеку, а только позволяют вставить в текст программы описания из указанного заголовочного файла. Подключение кодов библиотеки осуществляется на этапе компоновки, т. е. после компиляции. Хотя в заголовочных файлах содержатся все описания стандартных функций, в код программы включаются только те функции, которые используются в программе.

После выполнения препроцессорной обработки в тексте программы не остается ни одной препроцессорной директивы. Программа представляет собой набор описаний и определений, и состоит из набора функций. Среди этих функций всегда должна быть функция с именем main. Без нее программа не может быть выполнена. Перед именем функции помещаются сведения о типе возвращаемого функцией значения (тип результата). Если функция ничего не возвращает, то указывается тип void: void main ( ). Каждая функция, в том числе и main должна иметь набор параметров, он может быть пустым, тогда в скобках указывается (void).

За заголовком функции размещается тело функции. Тело функции ‑ это последовательность определений, описаний и исполняемых операторов, заключенных в фигурные скобки. Каждое определение, описание или оператор заканчивается точкой с запятой.

Определения - вводят объекты (объект ‑ это именованная область памяти, частный случай объекта - переменная), необходимые для представления в программе обрабатываемых данных. Примером являются:

int y = 10; //именованная константа

float x; //переменная

Описания ‑ уведомляют компилятор о свойствах и именах объектов и функций, описанных в других частях программы.

Операторы ‑ определяют действия программы на каждом шаге ее исполнения.

Константы и переменные

Константа ‑ это значение, которое не может быть изменено. Синтаксис языка определяет 5 типов констант:

· символы;

· константы перечисляемого типа;

· вещественные числа;

· целые числа;

· нулевой указатель (NULL).

Переменные можно изменять. При задании значения переменной в соответствующую ей область памяти помещается код этого значения. Доступ к значению возможен через имя переменной, а доступ к участку памяти - по его адресу. Каждая переменная перед использованием в программе должна быть определена, т. е. ей должна быть выделена память. Размер участка памяти, выделяемой для переменной и интерпретация содержимого зависят от типа, указанного в определении переменной. Простейшая форма определения переменных:

тип список_имен_переменных;

Основные типы данных

тип данных	название	размер, бит	диапазон значений
unsigned char	беззнаковый целый длиной не менее 8 бит		0.. 255
char	целый длиной не менее 8 бит		-128.. 127
enum	перечисляемый		-32768.. 32767
unsigned int	беззнаковый целый		0.. 65535
short int (short)	короткий целый		-32768.. 32767
unsigned short	беззнаковый короткий целый		0.. 65535
int	целый		-32768.. 32767
unsigned long	беззнаковый длинный целый		0.. 4294967295
long	длинный целый		-214748348.. 2147483647
float	вещественный одинарной точности		3.4Е-38.. 3.4Е+38
double	вещественный двойной точности		1.7Е-308.. 1.7Е+308
long double	вещественный максимальной точности		3.4Е-4932.. 1.1Е+4932

В соответствии с синтаксисом языка переменные автоматической памяти после определения по умолчанию имеют неопределенные значения. Переменным можно присваивать начальные значения, явно указывая их в определениях:

тип имя_переменной = начальное_значение;

Этот прием называется инициализацией. Примеры:

float pi = 3.14, cc=1.3456;

unsigned int year = 1999;

Операции

Унарные:

&	получение адреса операнда
*	обращение по адресу (разыменование)
-	унарный минус, меняет знак арифметического операнда
~	поразрядное инвертирование внутреннего двоичного кода (побитовое отрицание)
!	логическое отрицание (НЕ). В качестве логических значений используется 0 - ложь и не 0 - истина, отрицанием 0 будет 1, отрицанием любого ненулевого числа будет 0.
++	увеличение на единицу: префиксная операция - увеличивает операнд до его использования, постфиксная операция увеличивает операнд после его использования.
- -	уменьшение на единицу: префиксная операция - уменьшает операнд до его использования, постфиксная операция уменьшает операнд после его использования.
sizeof	вычисление размера (в байтах) для объекта того типа, который имеет операнд

Бинарные операции.

Аддитивные:

+	бинарный плюс (сложение арифметических операндов)
-	бинарный минус (вычитание арифметических операндов)

Мультипликативные:

*	умножение операндов арифметического типа
/	деление операндов арифметического типа (если операнды целочисленные, то выполняется целочисленное деление)
%	получение остатка от деления целочисленных операндов

Операции сдвига (определены только для целочисленных операндов).

Формат выражения с операцией сдвига:

операнд_левый операция_сдвига операнд_правый

<<	сдвиг влево битового представления значения левого целочисленного операнда на количество разрядов, равное значению правого операнда
>>	сдвиг вправо битового представления значения правого целочисленного операнда на количество разрядов, равное значению правого операнда

Поразрядные операции:

&	поразрядная конъюнкция (И) битовых представлений значений целочисленных операндов
\|	поразрядная дизъюнкция (ИЛИ) битовых представлений значений целочисленных операндов
^	поразрядное исключающее ИЛИ битовых представлений значений целочисленных операндов

Операции сравнения:

<	меньше, чем
>	больше, чем
<=	меньше или равно
>=	больше или равно
==	равно
!=	не равно

Логические бинарные операции:

&&	конъюнкция (И) целочисленных операндов или отношений, целочисленный результат ложь(0) или истина(1)
\|\|	дизъюнкция (ИЛИ) целочисленных операндов или отношений, целочисленный результат ложь(0) или истина(1)

Условная операция.

В отличие от унарных и бинарных операций в ней используется три операнда.

Выражение1 ? Выражение2 : Выражение3;

Первым вычисляется значение выражения1. Если оно истинно, то вычисляется значение выражения2, которое становится результатом. Если при вычислении выражения1 получится 0, то в качестве результата берется значение выражения3.

Например:

x<0 ? -x : x; //вычисляется абсолютное значение x.

Операция явного (преобразования) приведения типа.

Существует две формы: каноническая и функциональная:

(имя_типа) операнд

имя_типа (операнд)

Приоритеты операций.

Ранг	Операции
	( ) [ ] ->.
	! ~ - ++ -- & * (тип) sizeof тип( )
	* / % (мультипликативные бинарные)
	+ - (аддитивные бинарные)
	<< >> (поразрядного сдвига)
	< > <= >= (отношения)
	== != (отношения)
	& (поразрядная конъюнкция «И»)
	^ (поразрядное исключающее «ИЛИ»)
	\| (поразрядная дизъюнкция «ИЛИ»)
	&& (конъюнкция «И»)
	\|\| (дизъюнкция «ИЛИ»)
	?: (условная операция)
	= *= /= %= -= &= ^= \|= <<= >>= (операция присваивания)
	, (операция запятая)

Выражения

Из констант, переменных, разделителей и знаков операций можно конструировать выражения. Каждое выражение состоит из одного или нескольких операндов, символов операций и ограничителей, в качестве которых чаще всего выступают квадратные скобки. Если выражение формирует целое или вещественное число, то это арифметическое выражение. В арифметических выражениях допустимы операции: + - * / %.

Отношение - это пара арифметических выражений, объединенных знаком операции отношения. Логический тип в C/C++ отсутствует, поэтому принято, что отношение имеет ненулевое значение, если оно истинно и 0, если оно ложно.

Ввод и вывод

Ввод и вывод в стандартном Си

Обмен данными с внешним миром программа на стандартном C/C++ реализует с помощью библиотеки функций ввода-вывода

#include <stdio.h>

printf ( <форматная строка>,<список аргументов>);

<форматная строка> - строка символов, заключенных в кавычки, которая показывает, как должны быть напечатаны аргументы. Например:

printf ( “Значение числа Пи равно %f\n”, pi);

Форматная строка может содержать:

· символы печатаемые текстуально;

· спецификации преобразования

· управляющие символы.

Каждому аргументу соответствует своя спецификация преобразования:

· %d - десятичное целое число;

· %f - число с плавающей точкой;

· %c - символ;

· %s - строка.

· \n - управляющий символ новая строка.

scanf ( <форматная строка>,<список аргументов>);

В качестве аргументов используются указатели. Например:

scanf(“ %d%f ”, &x, &y);

1.5.2. Ввод и вывод в Си++

Используется библиотечный файл iostream.h, в котором определены стандартные потоки ввода данных от клавиатуры cin и вывода данных на экран дисплея cout, а также соответствующие операции:

· << - операция записи данных в поток;

· >> - операция чтения данных из потока.

Например:

#include <iostream.h>;

.........

cout << “\nВведите количество элементов: ”;

cin >> n;

Составные операторы

К составным операторам относят собственно составные операторы и блоки. В обоих случаях это последовательность операторов, заключенная в фигурные скобки. Блок отличается от составного оператора наличием определений в теле блока. Например:

{

n++; это составной оператор

summa+=n;

}

{

int n=0;

n++; это блок

summa+=n;

}

Операторы выбора

Операторы выбора - это условный оператор и переключатель. Условный оператор имеет полную и сокращенную форму.

if ( <выражение-условие> ) <оператор>; //сокращенная форма

В качестве <выражения-условия> могут использоваться арифметическое выражение, отношение и логическое выражение. Если значение <выражения-условия> отлично от нуля (т. е. истинно), то выполняется оператор. Например:

if (x<y&&x<z)min=x;

if ( <выражение-условие> ) <оператор1>; //полная форма

else <оператор2>;

Если значение <выражения-условия> отлично от нуля, то выполняется оператор1, при нулевом значении <выражения-условия> выполняется оператор2.Например:

if (d>=0)

{

x1=(-b-sqrt(d))/(2*a);

x2=(-b+sqrt(d))/(2*a);

cout<< “\nx1=”<<x1<<“x2=”<<x2;

}

else cout<<“\nРешения нет”;

Переключатель определяет множественный выбор.

switch (<выражение>)

{

case <константа1> : <оператор1 >;

case <константа2> : <оператор2 >;

...........

default: <операторы>;

При выполнении оператора switch, вычисляется выражение, записанное после switch и его значение последовательно сравнивается с константами, которые записаны следом за case. Значения для сравнения, описанные полсе case могут быть только константами. При первом же совпадении выполняются операторы, помеченные данной меткой. Если выполненные операторы не содержат оператора перехода, то далее выполняются операторы всех следующих вариантов, пока не появится оператор перехода или не закончится переключатель. Если значение выражения, записанного после switch не совпало ни с одной константой, то выполняются операторы, которые следуют за меткой default. Метка default может отсутствовать.

Пример:

switch ( number )

{

case 1 : cout<< “число=1”;break;

case 2 : cout<< “2 * 2”<<number * number;

case 3 : cout<< “3 * 3”<<number * number; break;

case 4 : cout<< number<<“- это замечательное число”; break;

default: cout<< “Конец работы программы”;

}

Обратите внимание на использование оператора break. Без использования оператора break, будет выполняться каждый оператор, начиная с метки case, значение константного выражения которой совпало со значением управляющего выражения, вплоть до конца оператора switch, включая операторы метки default.

Операторы циклов

Цикл с предусловием

while (<выражение-условие>)

<тело_цикла>;

В качестве <выражения-условия> чаще всего используется отношение или логическое выражение. Если оно истинно, т. е. не равно 0, то тело цикла выполняется до тех пор пока <выражение-условие> не станет ложным.

Цикл с постусловием

<тело_цикла>;

while (<выражение-условие>);

Тело цикла выполняется до тех пор, пока <выражение-условие> истинно.

Цикл с параметром

for ( <выражение_1>;<выражение-условие>;<выражение_3>)

<тело_цикла;>

<Выражение_1> и <выражение_3> могут состоять из нескольких выражений, разделенных запятыми. <Выражение_1> ‑ задает начальные условия для цикла (инициализация).<Выражение-условие> определяет условие выполнения цикла, если оно не равно 0, цикл выполняется, а затем вычисляется значение <выражения_3>. <Выражение_3> ‑ задает изменение параметра цикла или других переменных (коррекция). Цикл продолжается до тех пор, пока <выражение-условие> не станет равно 0. Любое выражение может отсутствовать, но разделяющие их «; » должны быть обязательно.

Примеры использования цикла с параметром.

· Уменьшение параметра:

for ( n=10; n>0; n--)

{ <тело цикла>};

· Изменение шага корректировки:

for ( n=2; n>60; n+=13)

{ <тело цикла>};

· Возможность проверять условие отличное от условия, которое налагается на число итераций:

for ( num=1;num*num*num<216; num++)

{ <тело цикла>};

· Коррекция может осуществляться не только с помощью сложения или вычитания:

for ( d=100.0; d<150.0;d*=1.1)

{ <тело цикла>};

for (x=1;y<=75;y=5*(x++)+10)

{ <тело цикла>};

· Можно использовать несколько инициализирующих или корректирующих выражений:

for (x=1, y=0; x<10;x++;y+=x);

Постановка задачи

Для х изменяющегося от a до b с шагом (b-a)/k, где (k=10), вычислить функцию f(x), используя ее разложение в степенной ряд в двух случаях:

· а) для заданного n;

· б) для заданной точности e (e=0.0001).

Для сравнения найти точное значение функции.

Варианты

№	функция	Диапазон изменения аргумента	n	сумма

Методические указания

· Алгоритм решения задачи сводится к трем циклам, причем два из них вложены в третий. Внутренние циклы суммируют слагаемые при фиксированном параметре x, (один арифметический для заданного n, другой итерационный для заданной точности e). При организации этих циклов следует обратить внимание на правильный выбор формулы для вычисления элемента ряда a_nи правильное присвоение начальных значений переменным цикла. Внешний цикл организует изменение параметра х.

· Результаты расчетов отпечатать с следующем виде:

Вычисление функции

X=...... SN=...... SE=..... Y=......

..........

X=...... SN=...... SE=..... Y=......

Здесь X- значение параметра; SN- значение суммы для заданного n; SE- значение суммы для заданной точности; Y-точное значение функции.

Лабораторная работа № 2
“Работа с одномерными массивами”

Цель:Получение навыков обработки одномерных массивов.