УМП Информационные технологии

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

Михальченко C. Г.

Информационные технологии

Руководство по организации самостоятельной работы

ТОМСК 2013

У программистов есть свой собственный покровитель - святой Исидор.

К сожалению, больше ничего святого у них нет...

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники

УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой ПрЭ

_______ А.В. Кобзев

Информационные технологии

Руководство по организации самостоятельной работы студентов

Разработчик:

Доцент каф. ПрЭ

________ С. Г. Михальченко

ТОМСК 2013

Михальченко С.Г.

Информационные технологии: Руководство по организации самостоятельной работы студентов / С. Г. Михальченко; Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Кафедра промышленной электроники – Томск: ТУСУР, 2013. – 94 с. : ил., табл., прил. – Библиогр.: с. 90.

Руководство по организации самостоятельной работы студентов предназначено для студентов специальности 210100 «электроника и наноэлектроника».

Настоящее руководство имеет целью получение профессиональных компетенций в области информационных технологий, курс базируется на изучении языка С++ и применении полученных знаний в различных видах деятельности (инженерной, научно– исследовательской, управленческой, и др.).

Руководство может быть использовано для проведения практических занятий и лабораторных работ как аудиторно, так и в режиме самоподготовки. Наличие вариантов индивидуальных заданий позволяет использовать настоящее руководство для проведения контрольных работ и итогового тестирования.

Для освоения дисциплины Информационные технологии достаточно знаний, полученных студентом в школьном курсе информатики.

Михальченко С.Г., 2013ТУСУР, 2013

6

-Ваш родной язык.

-Как это родной язык?

-Ну, который Вы с детства знаете...

-Basic.

-Да нет, настоящий.

-А! Настоящий! - Тогда Си!

1.Основы программирования на С++

Язык программирования служит двум связанным между собой целям: он дает программисту аппарат для задания действий, которые должны быть выполнены, и формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что делать. Первой цели идеально отвечает язык, который должен быть настолько «близок к машине», что всеми основными машинными аспектами можно легко и просто оперировать достаточно очевидным для программиста образом. С таким умыслом первоначально задумывался C.

Второй цели идеально отвечает язык, который настолько «близок к решаемой задаче», чтобы концепции ее решения можно было выражать прямо и коротко. С таким умыслом предварительно задумывались средства, добавленные к C для создания С++. [1, 2]

1.1.Процесс создания программного кода

Центральный процессор компьютера способен выполнять достаточно небольшой набор команд, представленных в виде последовательностей двоичных цифр, называемый машинным кодом. Но писать программу в машинных кодах для человека весьма не просто. В программировании применяется концепция, при которой программист пишет программу на

языке высокого уровня, затем осуществляется перевод (трансляция) нашего кода (исходного)

в машинный код. Специализированная программа – компилятор, производит трансляцию и генерирует исполняемый файл, содержащий весь необходимый машинный код, требующийся компьютеру для выполнения задания.

В самом общем, приблизительном смысле процесс компиляции состоит из нескольких стадий.

1 этап. Препроцессирование

На данном этапе работа идёт только с текстовыми файлами (*.c, *.cpp). Здесь препроцессор вставляет в наш исходный текстовый файл и все заголовочные файлы (*.h, *.hpp) подключаемых библиотек. Кроме того, препроцессор заменяет все константы (define) их значениями.

2 этап. Трансляция

Полученный после препроцессирования единый текстовый файл передается транслятору. На выходе транслятора получается один файл, содержащий откомпилированный (ассемблерный) текст – почти машинный код.

Ассемблерный текст (*.asm) является образом будущего объектного файла, в котором содержатся символьные имена меток – переходов к внутренним и внешним подпрограммам.

У каждой метки есть так называемая область видимости: локальная или глобальная.

Локальные метки видны только внутри данного модуля, глобальные метки видны из других модулей. Например, метка main (та входная точка, с которой начнется выполнение программы) является глобальной, т.к. она должна быть видна извне.

3 этап. Ассемблирование

Полученный ассемблерный текст далее передаётся программе-ассемблеру, которая преобразует его в объектный файл (*.obj). Объектный файл представляет собой бинарные коды целевой машины, дополненные информацией о метках и их использовании. Информация, содержащаяся в объектном файле принципиально ничем не отличается от информации, содержащейся в ассемблерном тексте. Только весь код вместо мнемоник, понятных человеку, содержит двоичный код, понятный машине. А вместо меток ассемблерного текста, объектный файл содержит специальную таблицу символов (symbol table), описывающую все метки из нашего ассемблерного текста и таблицу перемещений (relocations table), описывающую точки, где метки использовались.

7

Важным моментом является то, что в объектном файле адреса глобальных (внешних) меток ещё не настроены, т.к. они будут известны только на этапе линковки. А все обращения к локальным меткам ассемблер меняет на смещения внутри объектного файла.

4 этап. Линковка (компоновка)

Полученный объектный файл (а их может быть несколько) отдаётся линковщику (link). Линковщик склеивает между собой все поданные ему (*.obj)-файлы и формирует один большой исполняемый файл. Помимо объектных файлов компилятор подаёт в линковщик ещё и библиотеки. Какие-то библиотеки компилятор подаёт невидимым для пользователя образом (т.е. пользователь непосредственно в этом процессе не участвует). Какие-то библиотеки пользователь сам просил компилятор передать линкеру (при помощи директив include).

Упрощенно к библиотекам можно относиться следующим образом. Где-то кто-то написал реализации некоторых нужных нам функций, далее все эти реализации были откомпилированы до объектного файла и названы словом "библиотека" (*.lib, *.dll). Т.е. библиотека - это набор уже откомпилированных кодов. Далее эту библиотеку, совместно с заголовочными файлами к ним (*.h, *.hpp), включили в состав компилятора или в состав операционной системы.

Помимо склеивания файлов линковщик ещё и занимается настройкой адресов. В соответствии с таблицей перемещений линковщик однозначно определяет, по какому адресу будет располагаться каждая функция или переменная уже с учетом адресов внешних подпрограмм во внешних библиотеках. Для каждого импортируемого имени находится его определение в других модулях, упоминание имени меняется на его адрес

Линковщик (также редактор связей, компоновщик) – программа, которая принимает на вход один или несколько объектных модулей и библиотек и собирает по ним исполнимый модуль. (*.exe, *.com).

1.2.Программирование на Visual С

Современные отладочные программные средства – компиляторы, производят все описанные выше этапы трансляции и генерируют исполняемый файл. Но, помимо этого, имеют возможности для удобного написания программного кода, его отладки и тестирования. К наиболее популярным средам разработки программ на языке С++

относятся Visual Studio (Microsoft) и C++Builder (Borland). Использование этих сред имеет свои особенности, с которыми можно будет познакомиться позже.

Рассмотрим процесс создания программы в программной среде Visual Studio. Первый шаг – создание проекта (Рис. 1).

Рис. 1. Создание проекта на Visual C: Выбор шаблона, задание имени проекта

8

Среда Visual Studio представляет собой интегрированный комплекс разработки программных продуктов, объединяющий несколько языков программирования, при создании проекта в нашем случае, разумеется, следует выбрать в качестве среды разработки

Visual C++.

После этого в диалоговом режиме пользователю будет предложено выбрать шаблон

(Template) и ввести имя проекта (Name, Location). При выборе шаблона Visual Studio

автоматически создает проект с указанным именем и помещает в главный рабочий файл первые строки программного кода основной программы int _tmain().

Всозданном файле (*.cpp) и предстоит писать вашу первую программу.

1.3.Структура программы на языке С++

Программа на языке С++ имеет следующую структуру [1, 2]:

#include "stdafx.h" // подключение библиотек #include <stdio.h>

int _tmain() // заголовок основной программы

{

// тело основной программы

}

Функция main (или _tmain) – главная функция, с нее начинается выполнение программы. Если имеются другие подпрограммы-функции, то они вызываются из главной функции. Именно функция main( ) определяет входную точку – метку main. Фигурные скобки { } служат для обозначения блока последовательно выполняемых команд, в данном примере – тела функции.

Директива #include используется для подключения библиотек. После служебного слова в треугольных скобках < > или в двойных кавычках " " указывается имя заголовочного файла библиотеки.

Ниже приведен пример простейшей программы на С++. Рассмотрим его. В первой строке – подключение библиотеки <stdio.h> форматного ввода-вывода. Во второй строке – главная функция int main( ) – в круглых скобках нет никаких параметров – входных переменных, но служебное слово int обозначает, что сама функция должна иметь возвращаемое значение целого типа.

Пример:

1#include <stdio.h>

2int main()

3{ char str[30]= {"Всем привет! Это программа..."};

4// задана строка из 30 символов

5printf("%s\n", str); // вывод строки на экран

6system("pause"); // пауза

7return 0; // возврат из главной программы

8}

Втеле главной функции – между фигурными скобочками { } – в третьей строке задается переменная str – строка из 30 символов и заполняется следующим текстом: "Всем привет! Это программа...". Каждая команда в С++ заканчивается символом точка с запятой

– ";". Четвертая строка начинается с символов "//" – комментарий, это означает, что всё написанное правее символа "//" не воспринимается и не обрабатывается компилятором, комментарии нужны для удобства программиста.

В5 строке программы стоит вызов подпрограммы printf( ), осуществляющей форматный вывод строки str на экран. В круглых скобках функции printf("%s\n", str) указан формат вывода строки "%s\n" и, через запятую, имя выводимой текстовой переменной – str. Как задавать формат вывода будет рассказано в следующем параграфе.

В6 строке вызов системной функции, обеспечивающей паузу – ожидание нажатия пользователем любой кнопки. В 7 строке оператор return 0, возвращающий нулевой значение главной функции и прерывающий ее выполнение.

9

Это ваша первая программа на С++. Нажав комбинацию клавиш <Ctrl-F9> или вызвав из меню опцию «Build Solution» (Рис. 2) можно запустить ее на выполнение.

Рис. 2. Запуск созданного программного кода на компиляцию и выполнение

В нижней части рабочего окна Visual C++ имеется несколько вкладок, отражающих процесс выполнения программы. На Рис. 3 можно видеть окно вывода «Output», в котором отражается процесс компиляции и выполнения программы, а так же наличие в ней ошибок. На Рис. 3, например, показано, что процесс компиляции файла test02.cpp прерван из-за обнаруженной ошибки.

Рис. 3. Окно Output: вывод информации о компиляции проекта и наличии ошибок

Для просмотра информации об обнаруженных компилятором ошибках необходимо перейти во вкладку «Error List» (Рис. 4). В этом окне выводятся сообщения трех видов: ошибки (error), предупреждения (warning) и сообщения (messages). По каждой ошибке указывается имя файла и номер строки, в которой она обнаружена, код ошибки и текстовое объяснение этой ошибки (на английском языке). В примере (Рис. 4) указывается, что ошибка найдена в 7 строке, ее код C2065, а ее суть – обращение к неописанному выше идентификатору х ("x": undeclared identifier). Список всех ошибок находится в интерактивной справочной системе Visual C++, вызываемой командной клавишей <F1>.

Рис. 4. Окно «Error List»: вывод информации об ошибках

10