Лекция 1 "Программирование на Си"

Введение в программирование

Лекция 1.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Автоматизированная система = аппаратура + программы + пользователи

вычислительная система

Программное обеспечение ЭВМ:

прикладное, системное и инструментальное

• Прикладное ПО предназначено для решения конкретных прикладных задач.
• Системное (общее) ПО обеспечивает функционирование вычислительной системы и необходимо для решения всех задач (основная часть СПО - операционная система - ОС).
• Инструментальное ПО – средства для разработки программ (системы программирования).

Основные понятия

• Система программирования включает: языки программирования, трансляторы, библиотеки программ, текстовые редакторы, редакторы связей, загрузчики, средства отладки.

Язык программирования - система обозначений для записи программ. Наиболее распространенные языки программирования Basic, Pascal, C, C++, Fortran, Lisp, Prolog, Ada и др. Перечислены машинно-независимые языки высокого уровня (ЯВУ).

Машинная независимость языка означает возможность использовать язык для ЭВМ разных типов.

Уровень языка определяется степенью его близости к машинному языку.

Для использования языка программирования на ЭВМ необходим транслятор.

• Транслятор – программа для перевода программ с одного языка на другой.

Виды трансляторов: компилятор, интерпретатор, ассемблер и др.

• Компилятор – анализирует и переводит программу с ЯВУ на язык, близкий к машинному, без непосредственного выполнения.

Исходный модуль - текст программы на ЯВУ. Объектный модуль - результат компиляции.

• Интерпретатор – анализирует и сразу выполняет каждую команду исходной программы.

• Программирование - наука, изучающая теорию и методы разработки, производства и эксплуатации ПО ЭВМ. До половины затрат на разработку программ требует ее отладка.

• Отладка программы - обнаружение ошибок в программе, их локализация и исправление.

Методы отладки – тестирование, верификация.

• Тестирование - выполнение программы вручную или на ЭВМ на контрольных примерах (тестах).

Тест - исходные данные программы вместе с ожидаемым правильным результатом работы.

Верификация - доказательство правильности программы в общем виде, по законам математики.

Алгоритм - это описание последовательности операций, направленной на решение поставленной задачи.

Основное свойство алгоритма – дискретность.

Операция - действие конечной продолжительности над некоторыми объектами.

Операнд - объект, участвующий в операции.

Оператор - это описание операции. Алгоритм состоит из операторов.

Способы записи алгоритма

• Текстовый . Универсален, наиболее распространен.

• Табличный . Не универсален, но удобен в отдельных случаях.

• Графический . Наиболее нагляден. Используется в виде схем алгоритмов и программ.

Правила оформления схем регламентируются государственным стандартом.

Основные символы в схемах алгоритмов:

• " процесс " (прямоугольник) - для описания операций ввода, обработки и вывода данных;

• " решение " (ромб) - для разветвления алгоритма;

• " пуск-останов " (овал) обозначает начало, конец и прерывание выполнения алгоритма;

• " комментарий " - для пояснения схемы.

Основные символы (виды блоков) схем алгоритмов

Процесс

Решение

a

a

b

b

Пуск-останов

Комментарий

R=0,25a

a

5 min

b

а = 10, 15, 20, … мм; b = 1,5 а (допускается b = 2 a)

Пример простой программы на языке С

/* Программа 1.1. Площадь прямоугольника (в стиле С) */

#include

main ()

{ float a, b, /* стороны прямоугольника */ s; /* площадь прямоугольника */

printf ("\n Стороны прямоугольника = "); scanf (“%f %f”, &a, &b);

s = a * b;

printf ("\n Площадь = %.2f \n ", s);

return 0; } Можно обойтись без дополнительной переменной s, тогда вычисление площади выполняется при выводе результата:

printf ("\n Площадь равна =%.2f \n ", a * b);

9

/* */ - комментарий языка С не выполняется и не влияет на работу программы.

main() – заголовок главной функции.

Тело функции в фигурных скобках { }.

Программа на языке С состоит из одной или нескольких функций, выполнение начинается с функции main().

return - оператор возврата, завершает выполнение функции.

return 0; означает успешное завершение программы.

float a, b, s; – объявлены переменные вещественного типа.

9

printf () - вызов стандартной функции для вывода сообщения и результата.

printf ("\n Стороны прямоугольника = ");

Форматная строка содержит текст в кавычках, где символ \n - переход на новую строку.

printf ("\n Площадь = %.2f \n ", s);

Форматная строка, кроме текста, содержит формат вывода переменной s. Выводится значение переменной s или выражения a*b.

%f – формат вещественного числа, %.2f –формат вывода с точностью до 2-х знаков.

9

• scanf() - вызов стандартной функции для ввода исходных данных.

scanf (“%f %f”, &a, &b);

Форматная строка содержит форматы ввода вещественных переменных a, b.

Символ & (амперсенд ) перед именем переменной - операция получения адреса переменной.

#include - директива препроцессора для использования стандартных функции ввода/вывода.

- заголовочный файл, содержит объявления стандартных функций ввода/вывода.

9

Постоянная и переменная величина

• Величина имеет обозначение,

обладает значением,

принадлежит некоторому типу данных,

хранится по некоторому адресу в ОП.

• Константа - для представления постоянных величин.
• Значение константы не может измениться.

9

Постоянные и переменные величины

• Типы констант Примеры констант Целые числа: 15 -1 100 9 Вещественные числа: -1.05 0.0001 1е-4 Символьные : ‘A’ ‘a’ ‘*’ ‘9’ Строковые: “BMK” “КАИ”

• Символические константы

Константа может быть именована, по традиции имена констант задают заглавными буквами. Примеры объявления символических констант:

#define N 20 const float PI = 3.1415;

9

• Переменная величина может принимать в программе различные значения.

До использования переменная величина должна быть объявлена.

• Объявление переменной величины :

[, ] …;

При объявлении определяются: имя переменной величины – идентификатор; тип данных, к которому она относится.

Идентификатор – имя для обозначения переменной величины в программе. Именуются также функции, метки.

9

• Идентификатор – последовательность латинских букв, цифр, символов подчеркивания.

Идентификатор должен начинаться с буквы или символа подчеркивания. Не допускается совпадение имени с ключевыми словами языка, например, с ключевым словом while.

• Примеры идентификаторов: summa, X, k2, k_sim

9

Тип данных величины определяет: - множество допустимых значений величины; - набор допустимых операций над ними; - способ представления этих значений в памяти.

Встроенные типы данных:

• Целые – int, unsigned (беззнаковое целое), short (короткое целое), long (длинное целое), char (символ);

• Вещественные – float, double (двойной точности);

• Прочие: пустой – void; перечислимый – enum.

9

= int ) 4 байта 32 бита от -2 31 до 2 31 -1 т. е. приблизительно ±2*10 9 unsigned long 4 байта 32 бита от 0 до 2 32 -1 т. е. приблизительно от 0 до 4*10 9 9 " width="640"

Целые величины

Тип Размер Диапазон значений

• unsigned char 1 байт 8 бит от 0 до 255;
• int 2 байта 16 бит от -2 15 до 2 15 -1, т. е. от -32768 до 32767
• short ( int ) 2 байта 16 бит от -32768 до 32767
• unsigned 2 байта 16 бит от 0 до 2 16 -1 т. е. от 0 до 65535
• unsigned short 2 байта 16 бит от 0 до 65535
• long (= int ) 4 байта 32 бита от -2 31 до 2 31 -1 т. е. приблизительно ±2*10 9
• unsigned long 4 байта 32 бита от 0 до 2 32 -1 т. е. приблизительно от 0 до 4*10 9

9

Вещественные величины

• Тип Размер Точность Диапазон значений
• float 4 байта 6..7 знач. цифр ± (от 10 -38 до 10 +38 )
• double 8 байт 15 знач. цифр ± (от 10 -308 до 10 +308 )
• long double 10 байт 19 знач. цифр ± (от 3.4·10 -4932 до 1.1·10 +4932 )

9

Примеры объявления переменных величин

int i, j; float x, y=0; char c;

int z[5]={1, 3, 12,-8, 15}; float a[10][10]; char st[80]; char s[]=“КАИ”;

9

Присваивание

Присваивание – изменение значения переменной величины.

Оператор присваивания имеет вид = ;

Присваивание можно понимать как операцию «заменить на». Вычисляется значение выражения, которое заменяет прежнее значение переменной.

• Например, x = 20; y = x*10+5; x++; x = x*x; x += 10; y--;

9

• Выражение - это формула, определяющая последовательность операций для получения значения.

• Выражения языка СИ подобны алгебраическим выражениям, могут содержать константы, имена констант и переменных, вызовы функций, знаки операций, скобки.

• В языке C выражение, заканчивающееся точкой с запятой, образует оператор-выражение. Частными случаями этого оператора являются оператор присваивания и вызов подпрограммы.

9

• Например,

y = (1 + x*x) / (2+x); z = ( (x + y)*10 - 1) / 2;

i ++; i = i + 1;

x += 10; x = x + 10;

z = sqrt(x + y) * 10; y = (1 + sin( x) * x) / 2;

9

= (равно) != (не равно) Логические операции: ! (не) && (и) || (или) Операции присваивания: = *= /= += -= 9 " width="640"

• Некоторые операции языка С

Арифметические операции: ++ -- * / % + -

Операции отношений: = (равно) != (не равно)

Логические операции: ! (не) && (и) || (или)

Операции присваивания: = *= /= += -=

9

Операции целочисленного деления / - частное ,

% - остаток от деления.

При целочисленном делении с остатком дробная часть частного отбрасывается.

Делимое = Частное * Делитель + Остаток

Например, 17 / 5 = 3 , а 17%5 = 2 17 = 3*5 + 2

9

b) ? a : b; /* z = max (a, b); */ 9 " width="640"

Условная операция

выражение1 ? выражение2 : выражение3

Если значение выражения1 !=0, то результат равен выражению2, в противном случае - выражению3.

Выражение1 должно иметь целочисленное значение.

Например, нахождение максимума из двух значений:

z = (a b) ? a : b; /* z = max (a, b); */

9

• sin(x) и sqrt(x) - стандартные функции языка С: sin(x) – для вычисления sin x; sqrt(x) – для вычисления квадратного корня из x.

Для использования стандартных функций языка С (их свыше 200) необходимо включать заголовочные файлы.

• Например, для использования перечисленных функций нужна директива препроцессора #include

Заголовочный файл содержит объявления математических функций.

9

Заголовки некоторых стандартных математических функций:

int abs (int i) | i | но: abs(-32768) = -32768 double fabs (double x) | x | double sqrt (double x) корень квадратный из x double exp (double x) e x double log (double x) ln x

• Примеры вызова этих функций: int n; float x, y, z, t;
• n = abs (n); printf (“\n %f”, fabs(z*2));
• t = sqrt(y+z); x = exp(z); printf (“\n %f”, log(z/2));

9