2.2 Пример: Таблица химических элементов
Рассмотрим условия двух задач:
1. Написать программу, которая читает химическую формулу вещества и выдает молекулярную массу и элементный состав в процентах, например:
Na2SO4
Molecular mass: 142.037
Na: 32.37%
S: 22.57%
O: 45.06%
2. Написать программу, которая читает файл с данными о геометрической конфигурации молекулы (как в примере 1.3 из предыдущей лекции) и вычисляет координаты центра масс.
У этих двух задач (в общем-то совсем разных) есть общая особенность: нужно уметь находить атомную массу (а может быть и другие свойства), зная химический символ элемента. Очевидно, в программе нужно хранить таблицу свойств элементов и иметь функцию поиска информации в этой таблице. Посмотрим, как это можно было бы организовать.
typedef struct { /* Информация о химическом элементе: */
char sym[3]; /* символ химического элемента */
double mass; /* атомная масса в углеродных единицах */
} Element;
static Element table[] = {
{ "H" , 1.0079 },
{ "He", 4.0026 },
{ "Li", 6.941 },
{ "Be", 9.01218 },
{ "B" , 10.81 },
{ "C" , 12.011 },
{ "N" , 14.0067 },
. . . . . . . . . .
{ "Xe", 131.30 }
};
static int tbsz = sizeof(table) / sizeof(Element);
Для хранения свойств химического элемента используется структура, обозначаемая для удобства (с помощью typedef) как тип Element. Таблица свойств задана в виде массива table таких структур, причем ее содержимое определено с помощью инициализации (показана лишь часть таблицы). Обратите внимание на синтаксис: список инициализаторов элементов массива заключен в фигурные скобки, элементы разделяются запятыми. Поскольку каждый элемент массива является структурой, т.е. состоит из нескольких элементарных значений, то список этих значений в свою очередь заключается в фигурные скобки, а значения внутри скобок тоже разделяются запятыми.
Размер массива table явно не указан — в этом случае по правилам языка С число элементов массива будет равно количеству инициализаторов. Фактический размер таблицы хранится в переменной tbsz (название построено из слов “table size”), причем инициализирующее значение определяется как частное от деления размера всего массива на размер одного элемента (размер любого объекта в байтах дает операция sizeof). Такая организация облегчает в дальнейшем изменение таблицы: если захочется ее расширить, то нужно лишь добавить в список инициализаторов новые элементы и перекомпилировать программу. Фактический размер массива table и значение переменной tbsz автоматически согласованно изменятся.
Заметим, что таблица в таком виде больше подходит для первой задачи — хранится атомная масса природной смеси изотопов. Для второй задачи желательна более детальная информация — массы не атомов, а ядер, причем иногда могут понадобиться различные изотопы одного элемента. В этом случае структуру Element следует видоизменить, включив в нее дополнительные элементы данных, и соответствующим образом записать инициализаторы таблицы table.
Теперь рассмотрим функцию (назовем ее getinfo) поиска информации в таблице по заданному химическому символу sym. Она возвращает указатель на информацию об элементе (т.е. на элемент массива — структуру типа Element) либо NULL, если указанного символа в таблице нет.
#include <string.h>
/* Функция getinfo возвращает указатель на информацию об элементе
по его символу sym (или NULL, если символа нет в таблице) */
Element *getinfo (char *sym)
{
int i;
for (i = 0; i < tbsz; i++) {
if (strcmp(sym, table[i].sym) == 0) return table + i;
}
return NULL;
}
Здесь использована стандартная библиотечная функция сравнения двух строк strcmp(s1, s2), которая возвращает значение 0, если строки совпадают, и ненулевое значение, если строки различаются. Прототип этой функции содержится в стандартном заголовочном файле string.h. Результат поиска (указатель на найденный элемент) возвращается в виде выражения table+i, где i — индекс нужного элемента. Это выражение основано на связи между указателями и массивами и на правилах сложения указателей с целыми числами. То же самое выражение можно было бы записать и как &table[i] (т.е. указатель на i-й элемент массива table).