Обробка файлових структур даних
ПРОЕКТ
Інформатика. Персональні комп’ютери та основи програмування.
Методичні вказівки
до виконання лабораторних робіт
для студентів напрямів підготовки
напрям 6.050803 "Акустотехніка", 6.050903 “телекомунікації“ усіх форм навчання
Затверджено методичною радою НТУУ „КПІ”
КИЇВ, НТУУ „КПІ”
УДК 621.3.011 (075.8)
ББК 31.211я73 Г94
Прикладне програмування у телекомунікаційних системах [Текст]: Метод.вказівки до викон. лаборатор. Робіт для студентів напрямів підготов. 6.50903 „Телекомунікації” усіх форм навчання/ Укладач: Д.В. Тітков. – К.: НТУУ „КПІ”, 2012. -42 с.
Гриф надано Методичною радою НТУУ „КПІ”
(протокол №_1_ від _22_._вересня_.2011)
Навчальне видання
Інформатика. Персональні комп’ютери та основи програмування.
Методичні вказівки
до виконання лабораторних робіт
для студентів напрямків підготовки
6.050903 “телекомунікації“ усіх форм навчання
Аудіо-та відео
Укладач: Тітков Дмитро Валерійович
| Відповідальний редактор Рецензент | Ю. Г. Савченко, доктор.техн.наук, проф. Т.М. Коротун, канд. физ.мат.наук, доцент. |
За редакцією укладачів
Надруковано з оригінал-макета замовника
| ЗМІСТ |
| ВСТУП …...…………………………………………………………….. |
| ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1 ……………………………………… |
| ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2 ……………………………………… |
| ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3 ……………………………………… |
| ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4 ……………………………………… |
| ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5 ……………………………………… |
| ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6 ……………………………………… |
| ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №7 ……………………………………… |
| ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №8 ……………………………………… |
| ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №9 ……………………………………… |
ВСТУП
Cі — універсальна, процедурна, імперативна мова програмування загального призначення, розроблена у 1972 році Денісом Рітчі уBell Telephone Laboratories з метою написання на ній операційної системи UNIX.
Хоча, Сі і було розроблено для написання системного програмного забезпечення, наразі вона досить часто використовується для написання прикладного програмного забезпечення.
Сі імовірно, є найпопулярнішою у світі мовою програмування за кількістю вже написаного на ній програмного забезпечення, доступного підвільними ліцензіями коду та кількості програмістів, котрі її знають. Реалізації компіляторів для мови Сі існують для багатьох операційних систем та апаратних архітектур. Cі здійснила великий вплив на інші мови програмування, особливо на C++, яка спочатку проектувалася, як розширення для Сі, а також на Java та C#, які запозичили у Сі синтаксис.
Сі — мінімалістична мова програмування. Серед її головних цілей: можливість прямолінійної реалізації компіляції, використовуючи відносно простий компілятор, забезпечити низькорівневий доступ до оперативної пам'яті, формувати лише декілька інструкцій машинної мови для кожного елементу мови, і не вимагати обширної динамічної підтримки. У результаті, код Сі придатний для більшості системного програмного забезпечення, яке традиційно писалося асемблером.
Незважаючи на її низькорівневі можливості, мова проектувалася для машинно-незалежного програмування. Сумісна зі стандартами та машинно-незалежно написана мовою Cі програма, може легко компілюватися на великій кількості апаратних платформ та операційних систем з мінімальними змінами. Мова стала доступною для великої кількості платформ, від вбудованих мікроконтролерів до суперкомп'ютерів.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1
Використання лінійних та розгалужених структур
Мета роботи— оволодіти практичними навичками розробки, програмування обчислювального процесу лінійної та розгалуженої структури. Отримання подальших навиків по тестування програми.
Теоретичні відомості
Змінні та константи можна задавати буквами та числами, першою літерою повинна бути буква. Великі (прописні) та малі (рядкові) букви відрізняються, так буква «х» та «Х» - два різних імені. Зазвичай в програмах на Сі малими буквами позначають змінні, а великими – константи.
В Сі існує лише декілька базових типів:
· Char – одиничний байт, який може містити одну літеру з допустимого набора літер;
· Int – ціле, зазвичай відображається на природній уяві цілих в машині;
· Float – число з плаваючою крапкою одинарної точності;
· Double – число з плаваючою крапкою подвійної точності.
Бінарними арифметичними операторами є +, -, *, /, а також оператор взяття модуля %. Операторами відношення є >, >=, <, <=.
Функція pow(х,а) підносить число х в степінь а.
Функція exp(x) підносить число е в степінь х.
Функція printf() виводить на екран те, що знаходиться у дужках. При записі printf("rozvjazok 1 %f \n",y”), функція виведе на екран rozvjazok 1 і те число y, яке ми отримаємо у розрахунках самої програми. «\n» означає, що результат буде виводитись з нового рядка.
Знак «=» - присвоєння. Наприклад, запис «а=5» означає, що ми присвоїли змінній а значення 5.
Алгоритм – деяка конкретна послідовність правил, однозначно визначаючих процес перетворення попередніх та проміжних даних в результат вирішення завдання. Для виконання першого завдання нам доведеться використати лінійний алгоритм, для вирішення другої задачі – розгалужений, для третього завдання – циклічний.
Лінійним алгоритмом називають такий алгоритм, дії якого виконуються у заданому програмістом порядку одна за одною.
Приклад
#include <stdio.h>
int main()
{
float a = 3, b = 5, S;
S = a * b;
printf("s = %f", S);
return 0; }
Алгоритм зветься розгалуженим, якщо послідовність виконання кроків алгоритму змінюється в залежності від деяких умов.
Умова - це логічний вираз, який може приймати два значення: "так" - якщо умова вірна або "ні" - якщо умова не вірна.
Конструкцію if-else використовують, щоб направити програму тим чи іншим шляхом виконання. В загальному вигляді її можна записати так:
if (вираз-умова)
інструкція
else
інструкція-else
Зрозуміло, що інструкція може бути як проста так і складна, представлена блоком.
Програма піде шляхом інструкція тоді, й тільки тоді, коли вираз-умова є істинним висловом. Інакше програма попаде в секцію else, якщо вона присутня. Секція else не є обов'язковою.
Будь-яка умова складається з трьох частин: ліва частина, знак порівняння, права частина.
Приклад
Як приклад використання розгалужених алгоритмів створимо програму для перевірки коректності введення даних при розрахунку квадратного кореня. Блок-схема цього алгоритму матиме наступний вигляд:
Код програми:
#include <stdio.h>
#include <math.h>
Int main()
{
Float x, y;
x = 9;
if (x >= 0)
{
y = sqrt(x);
printf("y = %f", y);
}
Else
printf("x < 0");
Return 0;
}
Робоче завдання
ЗАВДАННЯ А. Знайти значення змінних, вказаних у таблиці (варіант задається викладачем), по заданим формулам для обчислення і набором вихідних даних. На друк вивести значення вхідних початкових даних і результати обчислень, супроводжуючи вивід вихідних змінних.
Таблиця 1.1— Варіанти завдань
| Варіант завдання | Формули для обчислення | Значення початкових даних |
 | x=1,426 y=-1,220 z=3,5 | |
 | x=1,825 y=18,225 z=-3,298 | |
 | x=0,335 y=0,025 | |
 | a=-0,5 b=1,7 t=0,44 | |
 | a=1,5 b=15,5 x=-2,9 | |
  | a=16,5 b=3,4 x=0,61 | |
 | a=0,7 b=0,05 x=0,5 | |
 | a=1,1 b=0,004 x=0,2 | |
 | m=2; c=-1 t=1,2; b=0,7 | |
 | a=3,2 b=17,5 x=-4,8 | |
 | a=10,2; b=9,2 x=2,2; c=0,5 | |
 | a=0,3 b=0,9 x=0,61 | |
 | a=0,5 b=3,1 x=1,4 | |
 | a=0,5 b=2,9 x=0,3 | |
 | m=0,7; x=1,7 a=0,5; b=1; c=2,1 |
ЗАВДАННЯ Б. Знайти значення функції заданої в таблиці 1.2 (у відповідності з варіантом завдання). Вивести значення ввідних початкових даних і результат обчислення значення функції, супроводжуючи найменування змінних.
Для ЗАВДАННЯ А і ЗАВДАННЯ Б створити окремі програми.
Таблиця 1.2 — Варіанти завдань
| Варіант завдання | Функція | Умова | Початкові дані |
 |  | a=-0,5 b=2 | |
 |  | a=1,5 | |
 |  | a=2,8 b=-0,3 c=4 | |
 |  | a=1,65 | |
 |  | a=2,3 | |
 |  | a=2,5 | |
 |  | b=1,5 | |
 |  | - | |
 |  | a=20,3 | |
 *** верхню формулу читати як ( ln3(x) + x2 ) … |  | t=2,2 | |
 |  | a=2,6 b=-0,39 | |
 | | a=0,9 | |
 |  | a=2,1 b=1,8 c=-20,5 | |
 |  | a=0,3 n=10 | |
 |  | a=2,5 b=0,4 |
Контрольні запитання
1. Які типи величин використовуються в мові програмування?
2. Вказати діапазон значень величин цілого і дійсного типів.
3. Які назви змінних допустимі в програмі? Як задати тип змінної в програмі?
4. Вказати назви стандартних функцій для обчислення 
, 
, sin(x), cos(x), ln(x), │x│.
5. Чи можливо в якості операнда в арифметичному виразі використовувати: а) ім`я масиву; б) ім`я стандартної функції, наприклад sin(y); в) ім`я символьної змінної або змінною логічного типу?
6. Назвати послідовність дій при виконанні арифметичного оператора присвоєння. Чи допустиме використання величин різних типів в арифметичному виразі?
7. Написати арифметичний оператор присвоєння для обрахунку значення р(х)=(((а5х+а4)х+а3)х+а1)х+а0.
8. Вказати старшинство виконання операцій при обрахунку арифметичного виразу.
9. Вказати засоби, наявні в мові програмування для управління розміщенням даних у рядку. Як організувати вивід значень, супроводжуючи виведене числове значення найменуванням змінної? Як організувати пропуск одного, двох рядків при виводі?
10. Як вибрати значення вихідних даних для тестового варіанта рахунку?
11. Перерахувати дії, які реалізуються при виконанні умовного оператора.
12. Які дії виконуються оператором переходу?
13. Що таке обчислювальній процес структури, що розгалужується? Як організувати розгалуження обчислень: а) на 2 гілки; б) на 3 гілки?
14. Скласти послідовність операторів для обчислення величини z=0, якщо x<-2; z=1, якщо -2≤x≤2; z=-1, якщо x>2/
15. Для чого необхідно при відладці програми тестувати всі гілки алгоритму?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2
Використання циклічних структур
Мета роботи— оволодіти практичними навичками розробки, програмування обчислювального процесу циклічної структури. Отримання подальших навиків по тестування програми.
Теоретичні відомості
Цикл — різновид керуючої конструкції, призначена для організації багаторазового виконання набору інструкцій (команд). Одноразове виконання тіла циклу називається ітераціею. Вираз, що визначає чи буде вчергове виконуватися ітерація, чи цикл завершиться, називається умовою завершення циклу або умовою продовження (в залежності від того, як інтерпретується його істинність). Змінна, в якій зберігається номер поточної ітерації, називається лічильником циклу.
Частинами виконання будь-якого циклу є початкова ініціалізація змінних циклу, перевірка умови виходу, виконання тіла циклу і оновлення змінної циклу на кожній ітерації.
Різновиди циклів:
· Цикл з передумовою — цикл, що виконується доки істинна деяка умова, вказана перед його початком. Ця умова перевіряється до початку виконання тіла циклу, тому тіло може бути не виконане жодного разу (якщо умова з початку хибна). Здійснюється за допомогою інструкції while. Приклад:
while(<умова>)
}
<тіло циклу>
}
· Цикл з післяумовою — цикл, в якому умова перевіряється після виконання тіла циклу. Звідси випливає, що тіло циклу завжди виконується хоча б один раз. Здійснюється за допомогою конструкції do-while. Приклад:
do
}
<тіло циклу>
}
while(<умова>)
Цикл завершується, коли умова хибна.
· Цикл з лічильником — цикл, в якому деяка змінна змінює своє значення від заданого початкового значення до кінцевого значення з деяким кроком, і для кожного значення цієї змінної тіло циклу виконується один раз. Реалізується оператором for, в якому вказується лічильник (так звана «змінна циклу»), потрібна кількість проходів і крок, з яким змінюється лічильник. Цикл for, незважаючи на синтаксичну форму циклу з лічильником, в дійсності є циклом з передумовою. Приклад:
for (i=0; i<10; i++)
{
<тіло циклу>
}
фактично являє собою інший варіант запису конструкції:
i=0
while(i<10)
}
<тіло циклу>
i++;
}
Приклад
Як приклад використання циклічних структур створимо програму для знаходження значень функції 
, для цілих 
Блок-схема цього алгоритму матиме наступний вигляд:
Код програми:
#include<math.h>
#include<stdio.h>
#include<conio.h>
int main()
{
float x, y;
for(x=4; x<=9; x++)
{
y=pow(2,x);
printf("%d ",y);
}
getch();
return 0;
}
Робоче завдання
Модифікувати програму ЗАВДАННЯ Б лабораторної роботи №1 таким чином, щоб значення функції обраховувалось багаторазово із заданим кроком у заданому діапазоні. Організувати вивід значення аргументу і обрахованого значення функції у вигляді таблиці.
Таблиця 2.1 — Варіанти завдань
| Варіант завдання | Діапазон і крок зміни аргументу | Варіант завдання | Діапазон і крок зміни аргументу | Варіант завдання | Діапазон і крок зміни аргументу | |||
 |  |  | ||||||
 |  | | ||||||
 |  |  | ||||||
 |  |  | ||||||
 |  |  | ||||||
Контрольні питання
1. Вказати послідовність дій, які виконуються при організації циклічних фрагментів програми із заданим числом повторів.
2. Різновиди циклів.
3. Перерахувати можливі способи організації циклу із заданим числом повторів в мові програмування Сі.
4. Вказати значення та правила організації циклу.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3
Використання вкладених циклічних структур
Мета роботи— оволодіти навичками алгоритмізації та програмування структур з вкладеними циклами.
Теоретичні відомості
Часто буває так, що при повтореннях змінюється не одна величина, а дві (чи навіть більше). І при кожному значенні однієї величини інша величина «пробігає» усі свої значення.
Цикл називається вкладеним, якщо він розміщується усередині іншого циклу. При першому проході, зовнішній цикл викликає внутрішній, який виконується до свого завершення, після чого управління передається в тіло зовнішнього циклу. При другому проході зовнішній цикл знову викликає внутрішній. І так до тих пір, поки не завершиться зовнішній цикл. Само собою, як зовнішній, так і внутрішній цикли можуть бути перервані командою break.
Вкладені цикли характеризуються рівнями вкладення. Зовнішній цикл має рівень вкладень 0, внутрішній - 1. Якщо ж тілом цього внутрішнього циклу знову є цикл, то його рівень вкладення буде 2 і т.д. У цьому випадку цикл з рівнем вкладення 1 є внутрішнім щодо циклу 2.
Параметри циклів у випадку вкладених циклів змінюються так: спочатку змінюється параметр внутрішнього циклу, набуваючи всіх своїх значень. Потім зовнішній цикл змінить значення на один крок і знову параметр внутрішнього циклу набуде всіх значень. Так триває доти, доки параметр зовнішнього циклу не набуде всіх своїх значень.
Дуже часто вкладені цикли використовують для обчислення операцій з масивами, починаючи з двовимірного. Це дуже зручно, так як дозволяє перебирати всі поточні елементи за індексами цього масиву.
Приклад
Як приклад вкладених циклів виведемо на екран табличку множення від 1 до 10. Блок-схема такого алгоритму буде мати наступний вигляд:
Код програми:
#include <conio.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
clrscr();
int i, j;
for (i = 1; i <= 10; i++)
{
for (j = 1; j <= 10; j++)
printf("%4d", i * j);
printf("\n");
}
return 0;
}
Робоче завдання
Обчислити на ЕОМ з заданою точністю ε значення екстремума на заданому відрізку [a;b], у відповідності до варіанта. На друк вивести таблицю значень функції f(x) тільки при „грубому” кроці, та знайдене значення екстремума і значення аргументу при якому він досягається, а також кількість зменшень кроку. Значення функцій подано у Таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 — Варіанти завдань
| Варіант завдання | Вид функції y=f(x) | Вид екстремуму Хекс. | Діапазон зміни аргументу [a;b] | "Грубе" значення кроку h | Точність обрахунку екстремуму Е |
| 2+x-x2 | Максимум 0,5 | [0;1,0] | 0,15 | 10-5 | |
| (1-x)4 | Мінімум 1,0 | [0,2;1,5] | 0,25 | 0,5*10-4 | |
| cosx+chx | Мінімум 0,0 | [-0,8;0,4] | 0,25 | 10-5 | |
| x1/3*(1-x)2/3 | Максимум 0,33 | [0,1;0,6] | 0,1 | 10-5 | |
| x3-6x2+9x+4 | Максимум 1,0 | [0,2;1,5] | 0,3 | 10-5 | |
| x3-6x2+9x+4 | Мінімум 3,0 | [2;4] | 0,3 | 0,5*10-5 | |
| 2*x2-x4 | Мінімум 0,0 | [-2;0,8] | 0,15 | 10-4 | |
| (x2-3x+2)/ (x2+2x-1) | Мінімум 1,4 | [1;2] | 0,15 | 0,5*10-4 | |
| x*(x-1)x/3 | Мінімум 0,75 | [0,1;1,2] | 0,2 | 10-5 | |
| x*e-x | Максимум 1,0 | [0,1;1,5] | 0,25 | 10-5 | |
| ln2x/x | Максимум 7,389 | [6;8] | 0,15 | 10-5 | |
| x+1/x | Мінімум 1,0 | [0,1;1,5] | 0,2 | 10-4 | |
| arctgx-ln(1+x2)/2 | Максимум 1,0 | [0,15;1,5] | 0,2 | 10-5 | |
| │x│*e-│x-1│ | Максимум -1,0 | [-2;-0,5] | 0,15 | 10-5 | |
| ln2x/x | Мінімум 1,0 | [0,1;1,9] | 0,2 | 10-4 |
Контрольні запитання
1. Вказати основні правила організації вкладених циклів.
2. Чи можливий вихід із внутрішнього циклу до його повного завершення?
3. Чому вихід із внутрішнього циклу при знаходженні екстремуму функції здійснюється до досягнення правої границі інтервалу [a;b]?
4. Вказати, які можливості має досліджувана мова програмування для побудови ітераційних циклічних структур із заданим числом повторів.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4
Обробка одновимірних масивів
Мета роботи— оволодіти практичними навиками роботи з масивами, особливостями їх вводу та виводу, набуття подальших навиків з організації програм циклічної структури.
Теоретичні відомості
Масив – одина з найбільш відомих структур даних. Під масивом в мові Сі розуміють набір даних одного і того ж типу, зібраних під одним ім'ям. Кожний елемент масиву визначається ім'ям масиву і порядковим номером елемента, який називається індексом. Індекс в мові Сі завжди ціле число.
Частіше за все використовуються одновимірні масиви:
тип <ім'я масиву> [розмір] ;
Розмір масиву в мові Сі може задаватися константою або константним виразом. Не можна задати масив змінного розміру. Для цього існує окремий механізм, званий динамічним виділенням пам'яті.
У мові Сі індекс завжди починається з нуля. Коли ми говоримо про перший елемент масиву, то маємо на увазі елемент з індексом 0. Якщо ми оголосили масив int a[100] це означає, що масив містить 100 елементів від а[0] до а[99]. Для одновимірного масиву легко підрахувати, скільки байт в пам'яті буде займати цей масив:
кільк. байтів = <розмір базового типу> * <кільк. елементів>.
У мові Сі під масив завжди виділяється безперервне місце в оперативній пам'яті.
У мові Сі не перевіряється вихід індексу за межі масиву. Якщо масив а[100] описаний як цілочисельний масив, що має 100 елементів, а ви в програмі вкажете а[200], то повідомлення про помилку не буде видане, а як значення елемента а[200] буде видано деяке число, що займає відповідні 2 байти. Можна визначити масив будь-якого визначеного раніше типу, наприклад:
unsigned arr[40], long double al[1000], char ch[80].
Перед тим як використати масив, необхідно присвоїти значення його елементам. У Сі масиви не ініціалізуються і не обнулюються автоматично. Елементам масиву можна задати початкові значення трьома способами: ініціалізацією, присвоєнням або введенням. При описі масиву може бути виконана ініціалізація елементів масиву.
Є два методи ініціалізації:
1) ініціалізація за замовчуванням. Якщо не проводиться ініціалізація елементів масиву, то всі елементи статичних та зовнішніх масивів ініціалізуються компілятором нулями, а елементи автоматичних і регістрових масивів визначені на неочищену пам’ять;
2) явна ініціалізація елементів. Після опису масиву можна
записати список початкових значень масиву, які беруться у фігурні дужки.
Існують дві форми явної ініціалізації:
1) явне зазначення числа елементів масиву та список початкових значень, можливо, з меншим числом елементів.
<тип даних> <ім’я масиву> [розмірність N]...[розмірність 1] = {<список значень>};
Наприклад, ініціалізація зовнішнього масиву з 10 елементів:
int array [10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
Якщо оголошений масив b з 10 елементів int b [10] = {1, 2, 3, 4}, то перші чотири елементи масиву ініціалізувати числами 1, 2, 3 і 4. Значення інших шести елементів або дорівнює 0, якщо масив зовнішній чи статистичний, або не визначено, якщо масив автоматичний чи регістровий.
Завдання в списку початкових значень більшого числа значень, ніж є елементів у масиві, є синтаксичною помилкою;
2) без явного зазначення елементів масиву, тільки зі списком початкових значень. Компілятор визначає число елементів масиву за списком ініціалізації.
<тип даних> <ім’я масиву> [ ][розмірність N–1]...[розмірність 1] =
{<список значень >};
Наприклад, int array [ ] = {1, 2, 3, 4};
У результаті створюється масив з чотирьох елементів, і ці елементи отримують початкові значення зі списку ініціалізації.
Масиву символів можна задавати початкові значення, використовуючи рядкову константу. Наприклад, оголошення
char c[ ] = {"ABCD"};
присвоює елементам масиву с початкові значення як окремі символи рядка “ABCD”. Розмір масиву с визначається на основі довжини рядка плюс нульовий символ закінчення рядка, таким чином масив містить п’ять елементів. Символьний масив можна задати окремими символьними константами. Попереднє оголошення еквівалентне наступному:
char c [ ] = {'A', 'B', 'C', 'D', '\0'};
Використовуючи операцію присвоєння, можна в програмі присвоїти значення кожному елементу масиву або, використовуючи оператор циклу і функції введення, можна вводити значення елементів з клавіатури. Ці способи ініціалізації масиву будуть показані нижче.
Доступ до елементів масиву може виконуватися за допомогою операції індексації або за допомогою механізму вказівників. При використанні операції індексації для посилання на необхідний елемент вказується його номер у масиві, вміщений у [ ].
У мові Сі дозволяється лише поелементне звертання до масиву, при якому поточне значення може бути задане константою, змінною чи виразом. Наприклад,
int a[9]; a[0] = 0; a[1] = 0; a[2] = 0; a[3] = 0; a[4] = 0; a[5] = 0; a[6] = 0; a[7] = 0; a[8] = 0;
У даному прикладі обнуляються елементи масиву a.
Інший спосіб доступу до елементів масиву — використання механізму вказівників. Ім’я масиву, що використовується без наступних [ ], являє собою адресу початку масиву. Оскільки ім’я масиву — це вказівник-константа на перший байт першого елемента масиву, то, використовуючи операцію отримання значення за адресою (*), можна виконати доступ до будь-якого елемента масиву. Тобто будуть еквівалентними запис до посилання на i-й елемент масиву array array[i] і *(array+i).
Нехай є опис масиву int a[5], який містить 5 елементів: a[0], a[1], a[2], a[3], a[4]. Адреса і-го елемента масиву дорівнює сумі адреси початкового елемента масиву і зсування цього елемента на і одиниць від початку масиву. Якщо pa — це вказівник на ціле int *pa; , то після виконання оператора pa = &a[0]; pa містить адресу елемента a[0]. Вираз pa+1 вказує на наступний елемент, pa+i вказує на i-й елемент масиву, тобто є адресою a[i], тоді *(pa+i) є вмістом i-го елемента. Оскільки ім’я масиву ототожнюється з адресою його першого елемента, то оператор pa = &a[0]; еквівалентний оператору pa = a; , тому будуть еквівалентними запис до посилання на i-й елемент масиву a[i] і *(а+i). Будь-який масив і індексний вираз можна представити за допомогою вказівника. В той же час між ім’ям масиву й відповідним вказівником є істотна відмінність. Треба пам’ятати, що вказівник — це змінна, а ім’я масиву — константа. Тому pa = a; і pa++; допустимі операції. Оператори вигляду а = pa; а++; використати не можна, оскільки значення константи постійне і не може бути змінене.
Якщо до вказівника додається ціле, компілятор автоматично масштабує ціле, множачи його на число байтів, відповідне типу, зазначеному в оголошенні вказівника. Розміщення масиву а в пам’яті подано на рис. 5.1, якщо він розташовується з адреси 1000.
| *ра | *(pa+1) | *(pa+2) | *(pa+3) | *(pa+4) |
| a[0] | a[1] | a[2] | a[3] | a[4] |
| *а | *(а+1) | *(а+2) | *(а+3) | *(а+4) |
Рисунок 5.1. Розміщення масиву в пам’яті
Тоді вираз ра + 3 або а + 3 дає значення адреси 1000 + 3*sizeof(int) = 1000 + 3*2 = 1006. Взявши значення за цією адресою, можна набути значення четвертого елемента масиву, тобто *(ра+3) або *(а+3). Обидва способи еквівалентні.
Приклад
Розробимо алгоритм для підрахунку кількості ненульових значень масиву А[10].
Код програми:
#include <stdio.h>
int main()
{
int N = 10;
int p = 0;
int A[N] = {5, -3, 0, 3, 9, -2, 0, 2, 1, 4};
for (int i = 0; i < N; i++)
if (A[i] == 0) p++;
printf("%d", p);
return 0;
}
Робоче завдання
Обробити масив у відповідності до варіанту завдання вказаного у таблиці. Масив створити з елементами цілого типу. Заповнюючи масив, робити це таким чином щоб у масиві знаходилися елементи які задовольняють умову з стовпчика „Умови і обмеження” а також за цими межами. Виконуючи завдання з колонки „Дії” враховувати тільки ті елементи які підходять до умови з колонки „Умови і обмеження”. Перевірити правильність виконання програми за допомогою тестового варіанту.
Таблиця 4.1 — Варіанти завдань
| Варіант завдання | Масив | Дії | Умови і обмеження |
| Х(10) | Обрахувати суму і кількість елементів | 0 ≤ X[i] ≤ 4 | |
| А(15) | Обрахувати середнє арифметичне значення елементів | A[i] > 0 | |
| X(12) | Переписати елементи масиву Х в масив Y і підрахувати їх кількість | -2 ≤ X[i] ≤ 2 | |
| B(14) | Визначити максимальний елемент масиву В і його порядковий номер | B[i] >0 | |
| С(10) | Знайти мінімальний елемент масиву С і його номер | C[i] <0 | |
| D(17) | Знайти максимальний і мінімальний елемент масиву D і поміняти їх місцями. | ||
| Y(12) | Обрахувати середнє геометричне елементів | Y[i] >0 | |
| Z(13) | Розташувати у масиві R спочатку додатні а потім від’ємні елементи масиву Z. | ||
| N(15) | Визначити суму елементів масиву N, кратних трьом. | ||
| X(10) | Обрахувати суму і кількість елементів масиву | X[i]>0 | |
| A(12) | Знайти середнє геометричне елементів | A[i]> 0 | |
| X(14) | Переписати в масив Y підряд додатні елементи масиву Х. | X[i] >0 | |
| X(16) | Переписати підряд в масив Y додатні і в масив Z від’ємні елементи масиву Х. | ||
| B(12) | Визначити максимальний елемент масиву В і його порядковий номер. | B[i]< 0 | |
| С(16) | Визначити мінімальний елемент масиву С і його порядковий номер. | -2 ≤ C[i] ≤ 2 |
Контрольні запитання
1. Вказати особливості програм, в яких використовуються масиви.
2. Які оператори мови можна використовувати для опису масивів?
3. В чому полягає особливість організації цикла при обробці масивів?
4. В чому полягає особливість використання прийомів програмування при обробці масивів?
5. Вказати особливості вводу і виводу масивів.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5
Робота з багатовимірними масивами
Мета роботи— оволодіти практичними навиками роботи із масивами, особливостями їх вводу і виводу, отримання подальших навиків по організації програм циклічної структури із використанням прийомів програмування.
Теоретичні відомості
Сі підтримує багатовимірні масиви. Найпростішим видом багатовимірного масиву є двовимірний масив, який можна представити як масив одновимірних масивів. Двовимірний масив являє собою матрицю, де перший індекс відповідає за рядок, а другий за стовпець. Кожна розмірність масиву вміщується в окремі квадратні дужки. Багатовимірний масив оголошується таким чином:
<тип даних> <ім’я масиву> [розмірність N]...[розмірність 2] [розмірність 1];
Елементи багатовимірного масиву зберігаються в пам’яті в порядку зростання найправішого індексу, тобто за рядками. Це означає, що правий індекс змінюється швидше лівого, якщо переміщатися масивом у порядку розташування елементів в пам’яті.
При ініціалізації багатовимірних масивів можна додати фігурні дужки навколо кожного вимірювання. Наприклад, int d [2][3] = {{1, 2, 3},{4, 5, 6}};
Якщо даних рівно стільки, скільки має бути при заповненні всіх елементів, то фігурні дужки в списку можуть бути опущені, тоді наступні два записи еквівалентні:
int f [2][2] = {{1, 2}, {3, 4}}; int f [2][2] = {1, 2, 3, 4};
Для багатовимірних масивів необхідно визначити всю розмірність, крім найлівішої, компілятор визначає число елементів за числом значень у списку ініціалізації. Наприклад,
int array [ ] [3] = {0, 1, 2, 3, 4, 5}; тобто кожен рядок міститиме три елементи: нульовий — 0, 1, 2; перший — 3, 4, 5. Якщо потрібно проініціалізувати не всі елементи, в списку ініціалізації використовуються фігурні дужки, наприклад:
int array [ ][3] = {{0}, {3, 4}};
m [0][0] дорівнюватиме 0, m [1][0] — 3, m [1][1] — 4.
| Стовпець 0 | Стовпець 1 | Стовпець 2 | Стовпець 3 | |
| Рядок 0 | а[0][0] | а[0][1] | а[0][2] | а[0][3] |
| Рядок 1 | а[1][0] | а[1][1] | а[1][2] | а[1][3] |
| Рядок 2 | а[2][0] | а[2][1] | а[2][2] | а[2][3] |
Рисунок 6.1. Двовимірний масив з трьома рядками і чотирма стовпцями
Приклад
Як приклад виконання операцій над матрицями розробимо алгоритм для виведення на екран таблички множення розмірами 10х10. Блок-схема такого алгоритму матиме наступний вигляд:
Код програми:
#include <stdio.h>
#include <conio.h>
int main()
{
clrscr();
int A[10][10], i, j;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
for (j = 0; j < 10; j++)
{
A[i][j] = (i + 1) * (j + 1);
printf("%4d", A[i][j]);
}
printf("\n");
}
Return 0;
}
Робоче завдання
Обробити матрицю у відповідності з варіантом, вказаного у таблиці. Вивести на друк результати і вихідну матрицю у загальноприйнятому вигляді. Перевірити правильність виконання програми за допомогою тестового завдання.
Таблиця 5.1 — Варіанти завдань
| Варіант завдання | І'мя матриці та розміри | Дії | Умова та обмеження |
| A(10;15) | Обрахувати і запам’ятати суму і число додатніх елементів кожного стовпця матриці. Результати роздрукувати у вигляді двох рядків. | aij>0 | |
| A(N;M) | Обрахувати і запам’ятати суми і числа елементів кожної строки матриці. Результат роздрукувати у вигляді двох стовпців. | N≤20 M≤15 | |
| B(N;M) | Обрахувати суму і число елементів матриці, що знаходяться під головною діагоналлю і на ній. | N≤12 | |
| V(15;10) | Впорядкувати за збільшенням елементи кожного рядка матриці. | ||
| C(N;N) | Обрахувати суму і число додатних елементів матриці, що знаходяться над головною діагоналлю. | cij>0 N≤12 | |
| D(K;K) | Записати на місце від’ємних елементів матриці нулі, і вивести її на друк у загальноприйнятому вигляді. | K≤10 | |
| D(10;10) | Записати на місце від’ємних елементів матриці нулі, а на місце додатних – одиниці. Вивести на друк нижню трикутну матрицю у загальноприйнятому вигляді. | ||
| F(N;M) | Знайти у кожному рядку матриці максимальний і мінімальний елементи, і розмістити їх на місце першого і останнього елемента рядка відповідно. | N≤20 M≤15 | |
| F(10;10) | Транспонувати матрицю і вивести на друк елементи головної діагоналі і діагоналі розміщеної під головною. Результати розмітити у двох рядках. | ||
| N(10;10) | Для цілочислової матриці знайти для кожного рядка число елементів кратних 5, і найбільший з отриманих результатів. | nij/5*5=nij | |
| N(10;10) | Із додатних елементів матриці N сформувати матрицю М (10,КМАХ), розміщуючи їх у рядках матриці підряд, де КМАХ – максимальне число додатних елементів рядка матриці N. Записати нулі на місце відсутніх елементів. Роздрукувати обидві матриці | ||
| P(N;N) | Знайти у кожному рядку найбільший елемент, і поміняти його з місцями елементом головної діагоналі. | N≤15 | |
| R(K;N) | Знайти найбільший і найменший елементи матриці, і поміняти їх місцями. | N≤20 M≤10 | |
| S(25;8) | Ввести початкові дані в перші 24 рядка і перші 7 стовпців. Обрахувати середнє арифметичне значення елементів кожного рядка і записати його у 8-й стовпчик, а також середнє арифметичне кожного стовпчика і записати його у 25-й рядок. | ||
| T(N;M) | Знайти рядок з найбільшою і найменшою сумую елементів. Вивести на друк знайдені рядки і суми їх елементів. | N≤20 M≤15 |
Контрольні запитання
1. Вказати основні правила організації вкладених циклів.
2. Вказати способи виходу з внутрішнього циклу.
3. Як організувати вивід матриці в загальноприйнятому вигляді?
4. Як організувати вивід нижньої трикутної матриці в загальноприйнятому вигляді?
5. Як організувати вивід матриці розміром N*M елементів?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6
Програмування з використанням підпрограм користувача
Мета роботи— оволодіти навиками алгоритмізації і програмування задач з використанням підпрограм користувача, оволодіти навиками написання підпрограм і звертання до них.
Теоретичні відомості
Під бібліотечними підпрограмами розуміють підпрограми, які були створені раніше та розміщені в спеціальних програмних блоках, що називаються модулями або бібліотеками. До таких підпрограм можна звернутися у власній програмі. Для цього достатньо підключити модуль, де вона описана.
Програмісти розрізняють два види підпрограм: процедури та функції. Цей поділ умовний у мові С.
Функція – це підпрограма, яку викликають, щоб виконати якісь розрахунки чи перевірки. Коли вона закінчує роботу, то повертає управління програмі, з якої викликалась і передає їй результати розрахунків.
Наприклад,
int func1(int x)
{
x=x+1;
return x;
}
Процедура – це підпрограма, яку викликають, щоб виконати деякі дії, але від неї не вимагається повертати основній програмі певні значення. У мові С умовно вважається, що процедур немає, але функція типу void виконує відомі нам функції процедури, не повертаючи ніякого значення підпрограмі. Наприклад,
void func2(int &x)
{
x=x+1;
}
Приклад
Припустимо, що нам потрібно розробити програму для знаходження факторіалу числа. Для вирішення цієї задачі напишемо функцію. Блок-схема алгоритму матиме наступний вигляд:
Код програми:
#include <conio.h>
#include <stdio.h>
Int fact(int n)
{
int i, r = 1;
for (i = 1; i <= n; i++)
r *= i;
Return r;
}
Int main()
{
Clrscr();
int a = 4;
printf("%d", fact(a));
Return 0;
}
Припустимо, що нам потрібно заповнити декілька масивів довільними числами. Для вирішення цієї задачі напишемо процедуру. Блок-схема алгоритму матиме наступний вигляд:
Код програми:
#include <stdio.h>
void Fill(int *M, int n)
{
Int i;
for (i = 0; i <= n; i++)
M[i] = rand() % 10;
}
Int main()
{
int A[10], B[20];
Fill( A, 10 );
Fill( B, 20 );
Return 0;
}
Робоче завдання
Скласти програму яка реалізує задачу вказану у Табл. 6.1. На друк вивести значення вхідних початкових даних і результати обчислень.
Таблиця 6.1 — Варіанти завдань
| Варіант завдання | Умова задачі | Використовувані підпрограми |
Розрахувати більші корені квадратних рівнянь  | Всі корені дійсні, повертати найбільний корінь з двох | |
| Підрахувати число точок, що знаходяться всередині околу радіусом r з центром в початку координат; координати задані масивами X(15), Y(15) | Відстань точки від початку координат розрахувати в підпрограмі | |
| Знайти периметри трикутників, заданих координатами їх вершин | Довжину сторони трикутника розрахувати в підпрограмі | |
| Підрахувати число точок, що знаходяться всередині околу радіусом r з центром в точці з координатами (2, 2); координати задані масивами X(17), Y(17) | Відстань точки від початку координат розрахувати в підпрограмі | |
Розрахувати  , де,  ,  -- об’єми шарів із радіусами  відповідно |  рахувати в підпрограмі | |
| Розрахувати суми додатних елементів масивів X(12), Y(15), Z(17) | У підпрограмі обробляти один масив | |
| Розрахувати середнє арифметичне додатних елементів для масивів A(10), B(15), C(20) | У підпрограмі обробляти один масив | |
Підрахувати кількість елементів матриць X(10, 15) i Y(20, 12), що задовольняють умовам  і  | У підпрограмі обробляти один масив | |
| Розрахувати суму додатних елементів кожного рядку для матриць А(10, 12) і В(15, 10) | У підпрограмі обробляти один масив | |
Розрахувати  , де  і  -- найменші елементи масивів X1(14), X2(16) | У підпрограмі обробляти один масив і повертати мінімум з елементів | |
| Розрахувати суму елементів головних діагоналей матриць A(N, N) i B(M, M) | У підпрограмі обробляти один масив  | |
Розрахувати  , де  -- сума додатних елементів масиву X(14);  -- сума від’ємних елементів масиву Y(16) | У підпрограмі обробляти один масив, підпрограма повинна бути універсальною | |
| Підрахувати число нульових елементів для матриць A(N, M) i B(M, N) | У підпрограмі обробляти один масив | |
| Розрахувати суми елементів нижніх трикутних матриць для матриць А(15, 15) і В(20, 20) | У підпрограмі обробляти один масив | |
| Знайти число додатних елементів до першого від’ємного в масивах X(24), Y(17), Z(13) | У підпрограмі обробляти один масив |
Контрольні запитання
1. Вказати структуру опису підпрограми БСП.
2. Вказати переваги, які отримують користувачі, від використання БСП.
3. Перерахувати способи зберігання матриць, які використовуються в БСП.
4. Вказати особливості використання матриць в БСП та способи їх зберігання в пам`яті машини.
5. Вказати, як передаються вирази в підпрограмі БСП.
6. Вказати, як узгоджуються формальні та фактичні параметри підпрограм БСП.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №7
Обробка символьних даних
Мета роботи— оволодіти навиками алгоритмізації і програмування задач, що обробляють символьні дані; вводу і виводу символьних даних, їх обробки; використання функцій обробки символьних даних.
Теоретичні відомості
Стринги є одним з найбільш корисних та важливих типів даних мови Сі. Символьний рядок (стринг) - це масив символів, замкнений у лапки ("). Він має тип char. Задати рядок можна трьома способами:
· Об’явивши рядок і її розмір, а потім записати в неї текст:
char word[5];
word[5]=”line”;
· Об’явити рядок, не вказавши його довжини:
char str[]=”line”;
· Також рядок можна задати по кожному елементу по черзі:
char str[5]={'l', 'i', 'n', 'e', '\0'}; де \0 – вказує на кінець рядка.
Нульовий символ (\0) автоматично додається останнім байтом символьного рядка та виконує роль ознаки його кінця. Кількість елементів у масиві дорівнює кількості символів у стрингу плюс один, оскільки нульовий символ також є елементом масиву. Кожна стрингова константа, навіть у випадку, коли вона ідентична іншій стринговій константі, зберігається у окремому місці пам'яті. Якщо необхідно ввести у рядок символ лапок ("), то перед ним треба поставити символ зворотного слешу (\). У стринг можуть бути введені будь-які спеціальні символьні константи, перед якими стоїть символ \.
Прототипи всіх функцій, що працюють з рядками символів, містяться у файлі string.h. Всі функції працюють з рядками, що закінчуються нульовим символом. Ось деякі з них:
strcat(line1, line2) - з'єднати два стринги;
strcpy(line1, line2) - копіювати рядок s2 у рядок s1;
strlen(line) - визначити довжину рядку (кількість символів без нульового символа).
Приклад
Як приклад роботи з символьними даними розробимо алгоритм для знаходження кількості елементів рядка. Блок-схема такого алгоритму:
Код програми:
#include<string.h>
#include<stdio.h>
int main()
{
char line[]="agrg";
printf("%d",strlen(line));
getch();
return 0;
}
Робоче завдання
Скласти програму у відповідності з варіанту, вказаного у табл. 8.1. Вивести на друк вхідний рядок та результати у загальноприйнятому вигляді. Перевірити правильність виконання програми за допомогою тестового завдання.
Таблиця 7.1 — Варіанти завдань