МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Учебно-методические указания к

лабораторной работе №5 по курсу «Информатика»

Язык Си. Задание значений переменным и массивам. Форматный ввод-вывод. Работа с файлом

Томск 2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1Основные компоненты операторов языка Си 4

2Типы данных, описание переменных 4

2.1Основные типы данных языка Си 5

2.2Переменные 7

2.3Массивы, символьные строки 8

3Присваивание значений 10

4Вычисление выражений 11

5Функции ввода-вывода 12

5.1Особенности функции ввода scanf() 14

5.2Работа с файлами 14

5.3Массивы и операции ввода-вывода 16

ВВЕДЕНИЕ

Данные учебно-методические указания содержат теоретический материал необходимый для выполнения лабораторной работы №5 «Язык Си. Задание значений переменным и массивам. Форматный ввод-вывод. Работа с файлом»по курсу Информатика для бакалавров направления 140800 «Ядерные физика и технологии». В частности, рассматриваются основные компоненты операторов языка Си, основные типы данных, операторы описания переменных, присваивания и вычисления выражений, функции форматированного ввода/вывода языка Си.

1. Основные компоненты операторов языка Си

Операторы языка Си состоят из следующих основных компонент:

константа– фиксированное значение, такое как число или символ (символьная строка). Это значение не может быть изменено операторами программы;

переменная– символическое имя, которое представляет значение, размещенное в памяти ЭВМ. Это значение может быть изменены операторами программы в процессе счета и выполнения операций ввода;

вызов функции– имя функции со списком аргументов. Функция – программная единица, осуществляющая выполнение набора определенных действий с использованием аргументов, указанных в вызове функции. (например, для вычисления синуса угла 0,5 рад – функция sin(0.5). Значение вычисленного результата используется по месту вызова функции;

выражение – комбинация констант, переменных, вызовов функций и операций (“операция” – это уникальный символ для операции, такой как умножение, сложение и т.д.), получающая единственный результат. Иначе – это формула для вычисления значений.

2. Типы данных, описание переменных

Переменные, именованные константы, массивы и функции имеют имена. Символические имена идентифицируют объекты, которые появляются в программной единице.

Символическое имя– это строка символов (строчных и прописных букв, цифр и символа подчеркивания), которая идентифицирует объект в программе. Первым символом не может быть цифра.

Внимание! Если используется больше 8 символов, то во время трансляции от имени могут остаться первые 8 символов (в зависимости от используемого компилятора). Строчные и прописные буквы различаются. Так, per1 и Per1 – это два разных имени.

Данные (константы, переменные, массивы, выражения и результаты, возвращаемые функциями) по способу хранения в памяти ЭВМ делятся на целочисленные и вещественные. Аналог вещественных данных в математике – рациональные числа. Целочисленные данных хранятся в памяти ЭВМ точно, а вещественные – нет.

Каждая основная компонента оператора программы на Си (константа, переменная, массив, результат вызова функции, результат выражения) имеет один конкретный тип данных.

Информация по каждому типу однозначно определяет:

1) структуру хранения данных указанного типа, т.е. выделение памяти и представление данных в ней, с одной стороны, и интерпретирование двоичного представления, с другой;

2) множество допустимых значений, которые может иметь тот или иной объект описываемого типа;

3) множество допустимых операций, которые применимы к объекту описываемого типа.

Все типы в языке Си можно разделить на две группы: простые (базовые, основные)) и производные (сложные).

К простым относят:

1. Символьные значения или знаки (character);

2. Целые (integer);

3. Перечисляемые типы (enumeration);

4. Булевые, или логические значения (bool);

5. С плавающей точкой (floating point);

6. Пустой тип (void).

Типы знаковые, целые, перечисляемые и с плавающей точкой называют также арифметическими, так как их можно интерпретировать числом.

Производные типы конструируются из простых типов.

К производным типам относят:

1. Массивы (array);

2. Функции (function);

3. Указатели (pointer);

4. Структуры (structure);

5. Объединения (union).

Введем понятия:

Объект (object)– область памяти.

Описание (declaration) объекта – указание свойств объекта без выделения для него области памяти.

Определение (definition)– указание свойств объекта и выделение для него области памяти.

Рассмотрим некоторые простые типы данных языка Си.

1. Основные типы данных языка Си

i

nt– целые числа;

long– целые числа двойной точности;

char– символы (буквы, цифры, и некоторые другие символы);

f

loat– вещественные (действительные) числа;

double– вещественные числа двойной точности.

• int– целое число, во внутреннем представлении занимает 2 или 4 байта (в зависимости от разрядности используемого компилятора – так, например, компилятор bc версии 3.1 фирмы Borland International предоставляет под данные типа int 2 байта), причем старший бит отводится под знак (+ или -).

Таким образом, в данных этого типа будут храниться целые числа в диапазоне значений от (-2¹⁵) до (+2¹⁵-1) (от –32 768 до +32 767) для 2 байтов или от (-2³¹) до (+2³¹-1) (от –2 147 483 648 до +2 147 483 647) для 4 байтов соответственно. В памяти хранится ТОЧНО.

Пример размещения целого значения – числа 11 – в двухбайтовой переменной типа int:

0		0		0		0		0		0		0		0		0		0		0		0		1		0		1		1		Значение бита
15		14		13		12		11		10		9		8		7		6		5		4		3		2		1		0		№ бита
Бит знака		214		213		212		211		210		29		28		27		26		25		24		23		22		21		20		Соответ-ствующее число
	+																								1.23 +		0.22 +		1.21 +		1.20 =		8+0+2+1=11

• long – целое число с в 2 раза большим числом значащих цифр, чем для int;во внутреннем представлении занимает 4или 8 байт (в зависимости от используемого компилятора), причем старший бит отводится под знак (+ или -), т.е. диапазон значений составляет от -2³¹ до +2³¹-1 или от -2⁶³ до +2⁺⁶³-1 соответственно. В памяти хранится ТОЧНО.

• float – “вещественные числа” (или в математике – "действительные" числа) – это десятичные дроби и, в частности, целые числа, записанные в виде десятичных дробей; вместо запятой, отделяющей целую часть от дробной, используется точка. Если целая часть константы равна нулю, то она может быть опущена, как и нулевая дробная часть (например, 0.18 == .18; 35.0 == 35.). Аналог “стандартной” записи числа – нормализованная запись константы с использованием буквы е (например, 2,5^.10⁹ == 2.5е9 == .25е10: здесь 0.25 – дробная часть, 10 – порядок). Размер –4 байта(1байт для представления порядка и 3 байта – для мантиссы, старший бит, как для мантиссы, так и для порядка, отводится под знак), значащих (верных) цифр в дробной части – 6-7; диапазон хранимых значений по модулю – от 3.4^.10^-39 до 3.4^.10⁺³⁸. Десятичная точка или буква е должны быть всегда.Данный тип соответствует типу real в Паскале или ФОРТРАНе. В памяти хранится НЕ ТОЧНО.

• double – вещественное число с в 2 раза большим числом значащих цифр (~16), чемдляfloat; размер – 8 байт. Соответственно диапазон значений (по модулю) – от 1.7^.10^-308 до 1.7^.10⁺³⁰⁸.

• char - символ (размер в памяти – 1 байт). Этот тип определяет целые числа без знака в диапазоне от 0 до 255, что обычно соответствует кодам символов (буквы, цифры, псевдографика, неотображаемые символы, например, "звук", или "новая строка"). Символьные константы заключаются в апострофы: 'S', '1', 'a' –правильно записанные символьные константы. Значениями переменной или константы типа char могут быть только одиночные символы. Некоторые символы не являются отображаемыми (например, "новая строка", "табуляция" и т.д.). В этом случае используют либо код ASCII, либо специальную последовательность символов. Например, "табуляцию" можно обозначить как '\09' или '\t'. Например: nam = '\n'.Некоторые полезные управляющие последовательности:

\n	новая строка	\\	обратный слэш(обратная косая черта)
\t	Табуляция	\'	апостроф
\f	подача бланка	\"	кавычки

2. Переменные

Величина, значение которой может изменяться в процессе работы, называется переменной. Каждой переменной величине в памяти отводится ячейка ("домик"), размеры которой зависят от типа размещаемых данных. В этой ячейке и будет находиться текущее значение переменной. При вычислении нового значения переменной производится изменение содержимого ячейки памяти, в которой находилось прежнее значение этой переменной. Это новое значение переменной становится текущим до получения следующего её значения – в результате операции ввода или после вычисления выражения.

Для описания переменных используются операторы описания типа, приведенные выше, а затем перечисляются имена переменных:

тип_данных имя1, имя2, …;

Например:

int a, bc;

float g;

char nn, mm;

В программе на языке Си ВСЕ ПЕРЕМЕННЫЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ОПИСАНЫ!!! Таким образом, во время разработки программы необходимо составить список всех требуемых переменных и указать при этом, какого они должны быть типа.

Для определения размера объекта в байтах в языке Си имеется встроенная функция sizeof():

int rr = sizeof(int);

printf("данные типа int занимают %d байта\n", rr);

В языке Си имеются и другие типы данных, как основные, так и производные – массивы, указатели, структуры, объединения – построенные с использованием основных типов.

3. Массивы, символьные строки

При необходимости связывания и использования ряда родственных величин (например, коэффициенты системы линейных уравнений) удобно использовать элементы массива, являющиеся переменными с индексами. Массивы являются важнейшим средством языка, применяемым во многих программах. Их использование позволяет удобным способом размещать в памяти большое количество необходимой информации.

Массив – это набор переменных, имеющих один тип и одно и то же базовое имя и отличающихся одна от другой числовым признаком (номером элемента). В памяти ЭВМ они располагаются последовательно. Другими словами, массив – это упорядоченный набор однородных переменных (одного типа, с одинаковой формой представления, основанием и точностью значений). Массив характеризуется своим именем, количеством измерений (индексов) и количеством переменных в каждом измерении (количеством значений, которые может принимать индекс).

Пример: улица с домами. Название улицы – это имя массива, номер дома – это номер элемента массива, количество жильцов в доме – значение элемента массива.

Для создания массива необходимо задать тип данных, имя и размер, т.е. количество элементов. Массив может быть как одномерным, так и многомерным, что указывается при его описании. Так, понятию "одномерный массив" в математике будет соответствовать понятие "вектор", а понятию "двумерный массив" – понятие "матрица", и т.д.

Описание массива:

тип имя[размер1][размер2]...

Пример:

int mas[10];

float aа[3][4];

В данном примере описан одномерный массив mas, содержащий 10 элементов,и двумерный массив aa, содержащий 3строки^х4столбца=12 элементов.

Каждый элемент определяется именем массива и списком индексов, заключенным в квадратные скобки. В качестве индекса элемента массива можно использовать не только целые константы, но и переменные целого типа, и результаты вычисления целочисленных выражений. Например:

aaa[5], bb[i], cc[k+5].

Под "размером" понимается количество элементов, а не номер последнего, т.к. ПЕРЕЧИСЛЕНИЕ НОМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ МАССИВА НАЧИНАЕТСЯ С 0, А НЕ С 1 !!! Т.е. mas[0], mas[1], .. mas[9]; aa[0][0], aa[0][1], ... aa[2][3]. Таким образом, индексами должны быть целые числа (или переменные целого типа); индексирование начинается с 0.

Символьная строка – это последовательность, состоящая из одного или более символов. Например: "Привет участникам соревнований!". Кавычки вводятся для того, чтобы отметить начало и конец строки, т.е. играют ту же роль, что и апострофы в случае одиночного символа. Специального типа для описания строк НЕТ, поэтому строки представляются в виде массива элементов типа char,по одному элементу на символ, причем последним элементом массива является символ \0 – "нуль-символ", использующийся для пометки конца строки:

П	р	и	в	е	т		у	ч	а	С	т	н	и	к	а	м		с	о	р	е	в	н	о	в	а	н	и	й	\0
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	– номер
																															элемента массива

Таким образом, для размещения данной строки понадобится массив из 31 элементаи потребуется описать соответствующий массив:

char str[31] = "Привет участникам соревнований";

3. Присваивание значений

Присваивание значений переменным и массивам можно производить различными способами:

1. Инициализировать переменную при описании:

int s1 = 1, s2 = 0;

double x = 3.56;

char st = 'a';

2) Присвоить соответствующие значения можно с использованием оператора присваивания =.

3) Присвоить первоначальные значения можно с помощью функций ввода.

Оператор присваивания предназначен для вычисления выражения и присваивания его значения указанной переменной или элементу массива. Структура оператора:

имя_переменной = выражение;

Символ “=” – это не математическое “равно”! Это – “операция присваивания”!!!

Действие оператора присваивания можно описать предложением: "Вычислить значение выражения, расположенного СПРАВА от оператора “=”, и поместить результат в ячейку, имя которой указано СЛЕВА".

Примеры использования оператора =:

num = 2.4; ddd = 'e'; b[3] = 2*c;

В данном примере 4-му элементу массива b присвоено вычисленное значение 2^.с и соответствующие значения присвоены переменным numи ddd.

i = i + 2;

Выполнение данного оператора можно пояснить следующей фразой: “Взять значение переменной с именем i, к нему прибавить 2, а затем присвоить новое значение переменной с именем i”. С математической же точки зрения данное выражение бессмысленно. Таким образом, операторы а=с; и с=а; выполнят совершенно разные действия.

Инициализировать символьный массив можно следующим образом:

char a0[] = "1234";

char a1[5] = "1234";

char *a2 = "1234";

printf("а0 = %s\n а1 =%s\n а2 =%s\n",a0,a1,a2);

Во всех случаях (а0, а1 и а2) в памяти будет выделено по 5 элементов, причем в последнем случае был использован "указатель" на тип char.

Для копирования одной строки в другую необходимо пользоваться функцией strcpy().

Пример:

#include <stdio.h>

#include <string.h> /*не забудьте!*/

void main(void)

{

char string[10];

char *str1 = "abcdefghi";

strcpy(string, str1);

printf("%s\n", string);

}

4. Вычисление выражений

Тип результата арифметической операции определяется типом данных, используемых в выражении. Например, при вычислении выражения 3/2 получим целый результат 1, т.к. и 3, и 2 – константы целого типа. Если операция выполняется над данными двух различных типов, то обе величины приводятся к "высшему" из двух типов (последовательность имен типов, упорядоченных от "высшего" к "низшему", выглядит так: double, float, long, int, char).Например, при вычислении выражения 3./2 получим вещественный результат 1.5, т.к. 3. – константа вещественного типа, а 2 – константа целого типа.

В операторе присваивания конечный результат вычисления выражения в правой части приводится к типу переменной, которой должно быть присвоено это значение. Например, при вычислении:

float a;

a= 3/2;

получим в качестве результата (значения переменной а) вещественное число 1.0, а не 1.5! Это объясняется тем, что сначала будет вычислено целочисленное выражение (3/2 = 1), а затем результат преобразуется к типу float.

5. Функции ввода-вывода

Функции ввода-вывода дают пользователю возможность взаимодействия с выполняющейся программой. Наиболее универсальными в Си являются функции printf() – для вывода информации и scanf() – для ввода информации, причем “ввод” и “вывод” рассматриваются с точки зрения ЭВМ, а не с вашей. “Ввести” – передать данные в память ЭВМ с внешнего устройства (с клавиатуры, из файла на диске, со сканера), “вывести” – передать данные из памяти ЭВМ на внешнее устройство (на экран монитора, в файл на диске, на печатающее устройство).

Обычно функции printf()иscanf()"работают" во многом одинаково – каждая использует "управляющую строку" и список "аргументов". При необходимости ввести (вывести) значение какой-либо переменной НЕОБХОДИМО ИСПОЛЬЗОВАТЬ ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ФОРМАТ. Каждому формату соответствует тип выводимой (вводимой) информации. Список основных спецификаций преобразования приведен в таблице 1.

Таблица 1

Формат	Тип выводимой информации	Формат	Тип выводимой информации
%d	Десятичное целое число	%e	Число с плавающей точкой, экспоненциальная запись
%c	Один символ	%f	Число с плавающей точкой, десятичная запись
%s	Строка символов	%lf	Число с плавающей точкой двойной точности (double), десятичная запись

Пример:

float Pi = 3.14159;

printf("Значение числа pi равно %f\n",Pi);

Здесь "Значение числа pi равно \n" – текстовая строка, которая в том же самом виде и выведется, %f – "дырочка" в "трафарете" (спецификация преобразования), куда и выведется текущее значение переменной Pi.

Результат будет выглядеть так:

Значение числа pi равно 3.141590

Формат, указываемый при обращении к функции printf(), выглядит следующим образом: