Лекция №3. Структурное и неструктурное программирование. Основы алгоритмизации

Цель – получить представление об особенностях структурного и неструктурного программирования; изучить особенности представления алгоритмов, а также основные алгоритмические структуры.

 

Одним из способов обеспечения высокого уровня качества разрабатываемого программного обеспечения является структурное программирование.

В основе любой программы лежит алгоритм. Понятие «алгоритм» происходит от имени математика IX в. Аль Хорезми, который сформулировал правила выполнения арифме­тических действий. Первоначально под алгоритмом понимали только правила выполнения четырех арифметических действий над числами. В дальнейшем это понятие стали использовать вообще для обозна­чения последовательности действий, приводящих к решению лю­бой поставленной задачи. Алгоритм решения вычислительной задачи - это формальное описание способа решения задачи путем разбиения ее на конечную по времени последовательность действий (этапов), понятных исполнителю. При этом должны быть четко указаны как содержание каждого этапа, так и порядок выполнения этапов. Отдельный этап алгоритма либо представляет собой другую, более простую задачу, алгоритм которой разработан ранее, либо должен быть достаточно простым и понятным без пояснений. Основными свойствами алгоритма являются:

1) детерминированность (определенность) - получение однозначного результата вычислительного процес­са при заданных исходных данных, поэтому процесс выполнения алгоритма носит механический харак­тер;

2) результативность - реализуемый по заданному алгоритму вычислительный процесс должен через конечное число шагов остановиться и выдать из исходных дан­ных искомый результат;

3) массовость - алгоритм дол­жен быть пригоден для решения всех задач данного типа;

4) дискретность - расчлененность вычислительного процесса на отдельные этапы.

Существует несколько способов записи алгоритмов: словесный, формульно-словесный, графический, язык операторных схем, ал­горитмический язык.

Наибольшее распространение благодаря своей наглядности получил графический способ записи алгорит­мов с помощью блок-схем.

Блок-схемой называется графическое изображение логиче­ской структуры алгоритма, в котором каждый этап процесса обработки информации представляется в виде геометрических символов (блоков), имеющих определенную конфигурацию в за­висимости от характера выполняемых операций. Графические символы, их размеры и правила построения схем алгоритмов определены Единой системой программной документации (ЕСПД), являющейся государственным стандартом (ГОСТ). Перечень сим­волов, их наименование, отображаемые ими функции, форма и размеры определяются ГОСТами (таблица Б.1). Все формулы в блок-схеме записываются на языке математики, а не конкретном языке программирования.

Различают три вида вычислительного процесса, реализуемого программами: линейный, разветвленный и циклический. Линейная структура процесса вычислений предполагает, что для получения результата необходимо выполнить операции в определен­ной последовательности. При разветвленной структуре процесса вычислений конкретная последовательность операций зависит от значений одной или нескольких переменных. Для по­лучения результата при циклической структуре некоторые действия необходимо выполнить несколько раз. Для реализации этих вычислительных процессов в программах используют соответствующие управляющие операторы.

Программы, написанные с использованием только структурных операторов передачи управления, называют структурными, чтобы подчеркнуть их отличие от программ, разрабатываемых с исполь­зованием низкоуровневых способов передачи управления.

После того, как в 60-х годах XX в. было доказано, что любой сложный алгоритм можно представить, используя три основные управляющие конструкции, в языках программирования высокого уровня появились управляющие операторы для их реализации [3, 4]. К базовым относят:

а) следование - обозначает последовательное выполнение действий;

б) ветвление - выбор одного из двух вариантов действий;

в) цикл-пока - определяет повторение действий, пока не будет нарушено некоторое условие, выполнение которого проверяется в начале цикла.

Кроме базовых, процедурные языки программирования высокого уровня используют три дополнительные конструкции, реализуемые через базовые:

а) выбор - выбор одного варианта из нескольких в зависимости от значения некоторой величины;

б) цикл-до - повторение действий до выполнения заданного условия, проверка которого осуществляется после выполнения действий в цикле;

в) цикл с заданным числом повторений (счетный цикл) - повторение некоторых действий указанное количество раз.

Перечисленные конструкции были положены в основу структур­ного программирования. Программы, написанные с использованием только структурных операторов передачи управления, называют структурными, чтобы подчеркнуть их отличие от программ, разрабатываемых с исполь­зованием низкоуровневых способов передачи управления. Недостатки схем:

а) низкий уровень детализации, что скрыва­ет суть сложных алгоритмов;

б) использование неструктурных способов передачи управления, которые на схеме выглядят проще, чем эквивалентные структурные.

Пример 3.1 – Использование блок-схемы для описания алгоритма поиска в массиве А(n) элемента, равного заданному (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Фрагмент блок-схемы алгоритма поиска

В приведенном примере используется структурный вариант алгоритма (цикл-пока). Элементы массива перебираются и поочередно сравниваются с заданным значением Y. В результате выводится соответствующее сообщение.

К недостаткам блок-схем можно отнести следующие:

а) низкий уровень детализации, что скрыва­ет суть сложных алгоритмов;

б) использование неструктурных способов передачи управления, которые на схеме выглядят проще, чем эквивалентные структурные.

Кроме схем, для описания алгоритмов можно использовать псевдокоды, Flow-формы и диаграммы Насси-Шнейдермана, которые базируются на тех же основных структурах, допускают разные уровни детализации и делают невозможным описание неструктурных алгоритмов [1, 3, 8].

Псевдокод - формализованное текстовое описание алго­ритма (текстовая нотация внескольких вари­антах, таблица В.1). Изначально ориентирует проектировщика толь­ко на структурные способы передачи управления, не ограничивают степень детализации проектируемых операций, позволяют соизмерять степень детализации действия с рассматриваемым уров­нем абстракции и хорошо согласу­ются с методом поша­говой детализации.

Пример 3.2 – Использование псевдокода для описания алгоритма поиска в массиве А(n) элемента, равного заданному (фрагмент).

i:=1

Цикл-пока i £ n и A(i) ¹ Y

i:= i + 1

Все-цикл

Если i £ n

то Вывести «Элемент найден»

иначе Вывести «Элемент не найден»

Все-если

 

Flow-формы - графическая нотация описания структурных алгоритмов, иллюстрирующая вложенность структур. Каждому символу Flow-формы соответствует управляющая структура, изображаемая в виде прямоугольника и содержащая текст в математической нотации или на естественном языке. Для демонстрации вложенности структур символ Flow-формы вписывается в соответствующую область прямоугольника любого другого символа. В таблице В.1 приведены символы Flow-форм, соответствую­щие основным и дополнительным управляющим конструкциям.

Пример 3.3 – Использование Flow-форм для описания алгоритма поиска в массиве А(n) элемента, равного заданному (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Flow-форма алгоритма поиска (фрагмент)

 

Диаграммы Насси-Шнейдермана являются развитием Flow-форм лишь с той разницей, что область обозначения условий и вариантов ветвления изоб­ражают в виде треугольников (таблица В.1), обеспечивающих большую наглядность представления алгоритма.

Пример 3.4 – Использование диаграмм Насси-Шнейдермана для описания алгоритма поиска в массиве А(n) элемента, равного заданному (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 – Фрагмент диаграммы Насси-Шнейдермана

Так же, как при использовании псевдокодов описать неструктурный алгоритм, применяя Flow-формы или диаграммы Насси-Шнейдермана, невозможно (отсут­ствуют условные обозначения). В то же время, являясь графическими, эти но­тации лучше отображают вложенность конструкций, чем псевдокоды. Недостаток: сложность построения изображений символов усложняет их практическое применение для описания больших алгоритмов.

 

Лекция №4. Алгоритмические языки и предъявляемые к ним требования. Процедурные языки

 

Цель – получить представление об основных характеристиках алгоритмических языков и их классификации; изучить особенности использования процедурных языков.

 

Языки программирования, которые используются при записи алгоритмов, обладают рядом характеристик, которые позволяют классифицировать, сравнивать и выбирать их с учетом целей разработки программы. К таким характеристикам относятся мощность, уровень и целостность [11].

Мощность языка характеризуется разнообразием задач, алгоритмы которых можно записать, используя этот язык. Поэтому, очевидно, что самым мощным является язык процессора, так как любая задача в конечном итоге записывается на языке компьютера.

Уровень языка определяется сложностью решения задач с использованием этого языка. Чем проще записывается решение, тем более непосредственно выражаются сложные операции и понятия, тем меньше объем получаемых исходных программ и, наконец, тем выше уровень языка.

Целостность языка обусловлена свойствами экономии, независимости и единообразия понятий.

Экономия понятий предполагает достижения максимальной мощности языка при условии использования минимального числа понятий. Независимость понятий означает, что правила использования одного и того же понятия в разных контекстах также должны быть одними и теми же, кроме того, между ними не должно быть взаимного влияния. Единообразие понятий требует единого согласованного подхода к описанию и использованию всех понятий.

Традиционно при классификации языков программирования используется такая характеристика, как уровень языка (рисунок 4.1). На нижних уровнях размещаются машинно-ориентированные языки, а на верхних – машинно-независимые.

 

 

 

Рисунок 4.1 – Классификация языков программирования по уровню

Машинно-ориентированные языки позволяют в полной мере учитывать особенности процессора и получать программы с высокой степенью быстродействия. Однако они не способны обеспечить мобильность (переносимость) программ между разнотипными компьютерами. Под мнемокодами подразумеваются языки ассемблера без макросредств, к макроязыкам относятся языки ассемблера с макросредствами.

Машинно-независимые языки еще называются языками высокого уровня. Процедурные языки - это алгоритмические языки, которые предназначены для описания процедуры решения задачи, то есть программист должен указать компьютеру, что и как следует сделать для решения задачи. Среди процедурных выделяют группу универсальных языков, пригодных для решения любых задач (например, Паскаль, С/С++, Ада). Непроцедурные (проблемные) языки позволяют указать компьютеру, что нужно сделать для решения задачи, а как это сделать - система программирования решает автоматически. Среди проблемных языков выделяют языки СУБД, объектно-ориентированные, веб-программирования, функциональные, логические и другие. Каждая из этих групп отличается от других не уровнем, а принципами программирования.

Таким образом, классификация, которая показана на рисунке 4.1, содержит 5 уровней языков: 0 – машинные, 1 – мнемокоды, 2 – макроязыки, 3 – процедурные, 4 – проблемные языки. Но в связи с тенденцией универсализации языков, эта классификация уже не является строгой, поскольку языки ассемблеров приобрели средства, присущие языкам высокого уровня, а язык С++ вообще имеет признаки как высокоуровневого, так и низкоуровневого языка. Поэтому класс языка имеет смысл определять по уровню его основополагающих средств.

При использовании любого языка необходимо следить за тем, чтобы все записываемые с его помощью предложения (строки) были корректны с точки зрения алфавитных конструкций (синтаксиче­ски) и имело определенный смысл (семантику). Переводом программы с исходного языка, на котором она написана, на машинный занимается программа - транслятор.

В исходных текстах программ, как правило, используются комментарии, т. е. пояс­нительный текст, оформленный определенным образом и никоим образом не влияющий на ход выполнения программы. Для идентификации (обозначения) всех объектов, вводимых в программу, используются имена (идентификаторы). Под объектами понимаются переменные, константы, типы данных, функции и т. д. Для каждого языка четко определены правила, согласно которым вводятся обозначения. Ключевые (служебные) слова имеют однозначно определенный смысл и могут использоваться только так, как это задано в язы­ке. Ключевые слова не могут быть переопределены, т. е. их нельзя исполь­зовать в качестве имен, вводимых программистом [1, 6, 7].

Лекция №5. Введение в язык С++. Структура и этапы создания программы на языке С++. Стандарты языка С++

 

Цель – получить представление о языке программирования С++, его особенностях, структуре программ и процессе их создания.

 

Язык программирования высокого уровня C++ был разрабо­тан в США в начале 80-х годов сотрудником компании Bell Laboratories Бьерном Страуструпом (Bjarne Stroustrup) в результате рас­ширения и дополнения языка С средствами, необходимыми для объектно-ориентированного программирования. Среди современных языков С++ относится к классу универсальных и по праву считается господствующим языком, используемым для разработки коммерческих программных продуктов. Пожалуй, лишь такой язык программирования, как Java может составлять ему конкуренцию. Разновидностью С++ является С# - новый язык, разработанный Microsoft для сетевой платформы. Несмотря на ряд принципиальных отличий, языки С++ и С# совпадают примерно на 90%. Особенно эффективно применение С++ в написании системных программ-трансляторов, операционных систем, экранных интерфейсов. В этом языке сочетаются лучшие свойства Ассемблера и языков программирования высоко­го уровня. Программы, выполненные на языке С++, по быстродействию сравнимы с программами, написанными на Ассемблере, но более наглядны, просты в сопровождении и легко переносимы с одного компьютера на другой. К основным особенностям языка относят следующие:

- С++ предлагает большой набор операций, многие из которых соответствуют машинным командам и поэтому допускают прямую трансляцию в машинный код, а их разнообразие позволяет выбирать различные наборы для минимизации результирующего кода;

- базовые типы данных С++ совпадают с типами данных Ассемблера, на преобразования типов налагаются незначительные ограничения;

- объем С++ невелик, т.к. практически все выполняемые функции оформлены в виде подключаемых библиотек, также C++ полностью поддерживает техно­логию структурного программирования и обеспечивает полный набор соответствующих операторов;

- С++ широко использует указатели на переменные и функции, кроме того, поддерживает арифметику указателей, и тем самым позволяет осуществлять непосредственный доступ и манипуляции с адресами памяти; удобным средством для передачи параметров являются ссылки;

- C++ содержит в себе все основные черты объектно-ориентированных языков программирования: наличие объектов и инкапсуляцию данных, наследование, полиморфизм и абстрак­цию типов.

При написании программ на языке С++ используются следующие понятия: алфавит, константы, идентификаторы, ключевые слова, комментарии, директивы [2, 5].

Алфавитом называют присущий данному языку набор символов, из которых формируются все конструкции языка. Язык C++ оперирует со следующим набором символов: латинские прописные и строчные буквы (А, В, С,..., х, у, z); арабские цифры (0, 1, 2,..., 7, 8, 9); символ подчеркивания («_»); специальные символы (список специальных символов языка C++ приведен в таблице Г.1); символы-разделители (пробелы, комментарии, концы строк и т.д.).

С помощью перечисленных символов формируются имена, ключевые (служебные) слова, числа, строки символов, метки.

Идентификаторы (имена) обязательно начинаются с латинской буквы или символа подчеркивания «_», за которыми могут следовать в лю­бой комбинации латинские буквы и цифры. C++ различает про­писные и строчные буквы. Не допускается использование для написания имен специальных символов и символов-разделителей. Например,

_х, В12, Stack - правильно;

Label.4, Root-3 - неправильно.

Существуют некоторые соглашения относительно использования прописных и строчных букв в идентификаторах. Например, имена переменных содержат только строчные буквы, константы и макросы – прописные. С символа подчеркивания обычно начинаются имена системных зарезервированных переменных и констант, а также имена, используемые в библиотечных функциях. Поэтому во избежание возможных конфликтов и взаимопересечений с множеством библиотечных имен не рекомендуется использовать знак подчеркивания в качестве первого символа имени.

Некоторые идентификаторы, имеющие специальное значение для компилятора, употребляются как ключевые слова. Их употребление строго определено, и они не могут использоваться иначе. Список зарезервированных слов в C++ приведен в таблице Г.2.

Числа, обозначающие целые и вещественные значения, запи­сываются в десятичной системе счисления. Перед любым числом может стоять знак «+» или «-». В вещественном числе целая часть числа отделяется от его дробной части точкой. Вещественные числа, содержащие десятичную точку, должны иметь перед ней или после нее, по край­ней мере, по одной цифре.

Имя метки перехода представляет собой символьно-цифровую конструкцию, например, metkal, pass, cross15, и в программе не объявляются.

Строка символов — это последовательность символов, зак­люченная в кавычки. Например, «Строка символов».

Различают два вида комментариев. Любая последовательность символов, заключенная в ограничивающие скобки /* */, в языках С/С++ рассматривается как многострочный комментарий, например,

/*Главная программа*/.

В языке С++ дополнительно имеется еще один вид комментария – однострочный: все символы, следующие за знаком // (двойной слеш) до конца строки, рассматриваются как комментарий, например, // Главная про­грамма.

В основном, используют комментарий стиля С++ (//), а комментарий стиля C (/* */) применяют для временного отключения больших участков программы. Следует помнить, что комментарии должны пояснять, не что это за операторы, а для чего они здесь используются.

Программа, записанная на языке С/C++, обычно состоит из одной или нескольких функций. Функция – это самостоятельная единица программы, созданная для решения конкретной задачи, которая может оперировать данными и возвращать значение. Структура программы представлена на рисунке 5.1.

Каждая программа на языке C++ начинается с директивы препроцессора #include, которая подключает заголовочный файл (*.h), содержащий прототипы функций, которые сообщают компилятору информацию о синтаксисе функции, например,

# include <iostream.h>

Заголовочный файл обычно содержит определения, предоставляемые компилятором для выполнения различных операций. Заголовочные файлы записаны в фор­мате ASCII, их содержимое можно вывести для просмотра с помощью любого текстового редактора из каталога INCLUDE. Препроцессор просматривает программу до компилятора, подключает необходимые файлы, заменяет символические аббревиатуры в программе на соответствующие директивы и даже может изменить условия компиляции.

Каждая программа на C++ содержит, по крайней мере, одну функцию – main(), которая автоматически вызывается при запуске, может вызывать другие имеющиеся в программе функции и обычно имеет вид:

 

void main ()

#include <имя.h>	→	Подключение заголовочных файлов
function1 () { оператор; } function2 () { оператор; }	→	Определение функций программы
void main ()	→	Определение главной функции
{	→	Начало тела главной функции
оператор 1; … оператор N;	→	Операторы функции
function1 (); function2 (); …	→	Вызов функций программы
}	→	Конец тела главной функции

Рисунок 5.1 – Структура программы на языке С++

Обычную функцию необходимо вызывать (обращаться к ней) программно, в ходе выполнения кода. Функция main() вызывается операционной системой, и обратиться к ней из кода программы невозможно. Слово void служит признаком того, что программа не возвращает конкретного значения. В случае возврата значения операционной системе перед функцией main() указывается слово int, а в конце тела этой функции помещается выражение return() или return0.

После определения главной функции следуют операто­ры программы, которые заключены в группирующие фигурные скобки { }. Каждый оператор оканчивается точкой с запятой (;), указывающей на его завершение. Программа выполняется по строкам, в порядке их расположения в исходном коде, до тех пор, пока не встретится вызов какой-нибудь функции, тогда управление передается строкам этой функции. После выполнения функции управление возвращается той строке программы, которая следует за вызовом функции [2, 5, 10].

 

Лекция №6. Представление данных в языке С++. Оператор присваивания. Арифметические операции. Директивы препроцессора

 

Цель – получить представление о стандартных типах данных, порядке выполнения операций, изучить особенности оператора присваивания и использования препроцессора.

Определяя данные, необходимо предоставить компилятору информацию об их типе, тогда ему будет известно, сколько места нужно выделить (зарезервировать) для хранения информации и какого рода значение в ней будет находиться. В С++ определены пять базовых типов данных: символьные (char), целые (int), вещественный с плавающей точкой (float), вещественный с плавающей точкой двойной длины (double), а также пустой, не имеющий значения тип (void). На основе перечисленных типов строятся все остальные.

Простейшим приемом является использование модификаторов типа, которые ставятся перед соответствующим типом: знаковый (signed), беззнаковый (unsigned), длинный (long) и короткий (short). В таблице Г.3 приведены все возможные типы с различными комбинациями модификаторов с указанием диапазона изменения и занимаемого размера в байтах. При многократном использовании в программе типов данных с различными комбинациями модификаторов, например, unsigned short int, легко сделать синтаксические ошибки, во избежание которых в С++ предусмотрена возможность создания псевдонима (синонима) с помощью ключевого слова typedef. Например, строка typedef unsigned short int USHORT; создает новый псевдоним USHORT, который может использоваться везде, где нужно было бы написать unsigned short int.

Переменная – это имя, связанное с областью памяти, которая отведена для временного размещения хранимого значения и его последующего извлечения. Для длительного (постоянного) хранения значений переменных используются базы данных или файлы. В С++ все переменные должны быть объявлены до их использования. Объявление предполагает наличие имени переменной и указание ее типа. Однако следует иметь в виду, что нельзя создать переменную типа void. Основная форма объявления переменных имеет вид

тип <список_переменных>;

В этом объявлении: тип – один из существующих типов переменных; < список_переменных > может состоять из одной или нескольких переменных, разделенных запятыми. Например,

int x, e, z; float radius; long double integral;

Можно объявлять переменные и одновременно присваивать им начальные значения, т.е. инициализировать их. Например, int min=15; float p1=1.35;

Переменная называется глобальной, если она объявлена вне каких-либо функций, в том числе функции main(). Такая переменная может использоваться в любом месте программы (за исключением глобальных статических переменных), а при запуске программы ей присваивается нулевое значение. Переменная, объявленная внутри тела функции (одного блока), является локальной и может использоваться только внутри этого блока. Вне блока она неизвестна. Важно помнить, что:

- две глобальные переменные не могут иметь одинаковые имена;

- локальные переменные разных функций могут иметь одинаковые имена;

- локальные переменные в одном блоке не могут иметь одинаковые имена.

Данные в языках программирования могут представляться также в виде констант. Константы используются в тех случаях, когда программе запрещено изменять значение какой-либо переменной. Для определения константы традиционным способом используется #define, которая просто выполняет текстовую подстановку. Например,

#define StudentsOfGroup 15

В данном случае константа StudentsOfGroup не имеет конкретного типа и каждый раз, когда препроцессор встречает имя StudentsOfGroup, он заменяет его литералом 15. Поскольку препроцессор запускается раньше, компилятор никогда не увидит константу, а будет видеть только число 15.

Наиболее удобным способом определения констант является следующий:

const тип имя_константы = значение_константы;

Этот способ облегчает дальнейшее сопровождение программы и предотвращает появление ошибок. Так как определение константы содержит тип, компилятор может проследить за ее применением только по назначению (в соответствии с объявленным типом). Например,

const int Diapazon=20;

Литеральные константы (литералы) – это значения, которые вводятся непосредственно в текст программы. Поскольку после компиляции нельзя изменить значения литералов, их также называют константами. Например, в выражении int MyAge=19; имя MyAge является переменной типа int, а число 19 – литеральной константой, которой нельзя присвоить никакого иного значения.

Символьная константасостоит из одного символа, заключенного в апострофы: ‘q’, ‘2’, ‘$’. Например,

const char month=’December’;.

К символьным константам относятся специальные символы (в том числе управляющие, список приведен в таблице Г.1).

Строковые константы состоят из последовательности символов кода ASCII, заключенной в кавычки, оканчивающейся нуле­вым байтом. Конец символьной строки (нулевой байт) обозна­чается символом NULL ('\0').

Перечислимые константы позволяют создавать новые типы данных, а затем определять переменные этих типов, значения которых ограничены набором значений константы. Для создания перечисляемой константы используется ключевое слово enum, а запись имеет вид:

enum имя_константы {список_значений_константы};

Значения константы в списке значений разделяются запятыми. Например,

enum COLOR {RED, BLUE, GREEN, WHITE, BLACK};

Каждому элементу перечисляемой константы соответствует определенное значение. По умолчанию, первый элемент имеет значение 0, а каждый последующий - на единицу большее. Каждому элементу константы можно присвоить произвольное значение, тогда последующие инициализируются значением на единицу больше предыдущего. Например,

enum COLOR {RED=100, BLUE, GREEN=200, WHITE=300, BLACK};

В этом примере значение BLUE=101, BLACK=301.

Существует механизм явного задания типов констант с помощью суффиксов. Для констант целого типа в качестве суффиксов могут использоваться буквы u, l, h, L,H, а для чисел с плавающей точкой – l, L, f, F. Например,

12h 34H - short int

23L -273l - long int

23.4f 67.7E-24F - float

89uL 89Lu 89ul 89 LU - unsigned short

Выражение в языке С++ представляет собой некоторую допустимую комбинацию операций и операндов (констант, переменных или функций). Перечень операций языка C++ при­веден в таблице Г.4. Все перечисленные операции выполняются традиционным способом, за исключением операции деления. Особенность операции деления заключается в том, что если оба операнда целого типа, то она даст целый результат, например, 3/2 даст 1. Для получения действительного результата необходимо иметь хотя бы один действительный операнд, например, 3/2.0 даст 1.5.

Для каждой операции языка определено количество операндов:

а) один операнд – унарная операция, изменяющая знак, например, унарный минус –х;

б) два операнда – бинарная операция, например, операция сложения х+у;

в) три операнда – операция условие?:, она единственная.

Каждая операция может иметь только определенные типы операндов. Каждая бинарная операция имеет определенный порядок выполнения: слева направо или справа налево. Наконец, каждая операция имеет свой приоритет. Приоритет и порядок выполнения операций приводятся в таблице Г.4.

Часто в выражениях используются математические функции языка C++, которые находятся в библиотеке math. Чтобы воспользоваться эти­ми функциями в начало программы необходимо включить заголовочный файл <math.h>. Основные математические функции приводятся в таблице Г.5.

Все выражения являются операторами, которые в языке предназначены для описания дей­ствий. Любой оператор может быть помечен меткой. Операто­ры отделяются друг от друга точкой с запятой (;). В любом месте программы, где может быть размещен один оператор, можно разместить составной оператор, называемый блоком. Блок содержит несколько операторов, которые выполняются как одно выражение, ограничивается фигурными скобками {}, но не заканчивается точкой с запятой (;).

Объявление переменной в программе означает всего лишь выделение места в памяти компьютера для ее размещения. Программа же должна позволять оперировать данными. В этом процессе наиболее важна операция присваивания, которая выглядит следующим образом: переменная = выражение. Операция присваивания заменяет значение операнда, расположенного слева от знака «=», значением, вычисляемым справа от него. При этом могут выполняться неявные преобразования типа. Знак «=» в С/С++ - это знак присваивания, а не равенства.

В отличие от других языков, где присваивание – оператор по определению, в С/С++ существуют понятия «операция присваивания» и «оператор присваивания». Операция «превращается» в оператор, если в конце выражения поставить точку с запятой, например, ++x – это выражение, а ++х; - это оператор. Оператор присваивания удобно использовать при инициализации переменных, например, j=k;. Кроме того, в С/C++ опера­ция присваивания может использоваться в выражениях, которые включают в себя операторы сравнения или логические операторы, например, if ((x=x+5)>0) cout<<"Вывод";.

Еще одной особенностью использования операции присваивания в С/С++ является возможность многократного присваивания, которое выполняется справа налево. Например, для того, чтобы присвоить значение 2*k нескольким переменным, можно воспользоваться операцией: x=y=z=2*k.

В языке С/C++ имеются дополнительные операции присваивания +=, -=, *=, /= и % =. При этом величина, стоящая справа, добавляется (вычитается, умножается, делится или делится по модулю) к значению переменной, стоящей слева. Например, вместо оператора х=х+5; можно записать х+=5;. Причем, операция х+=5 выполняется быстрее, чем операция х=х+5.

Очень часто в программах к переменным добавляется (или вычитается) единица. Увеличение значения на 1 называется инкрементом (++), а уменьшение на 1 - декрементом (--). Например, оператор с=с+1; эквивалентен оператору с++;, оператор с=с-1; эквивалентен оператору с--;.

Операторы инкремента и декремента существуют в двух вариантах: префиксном и постфиксном.

Префиксные операции увеличивают (уменьшают) значение переменной на единицу, а затем используют это значение. Напри­мер, оператор х=++у; эквивалентен выполнению двух операторов у=у+1; х=у;. В этом примере сначала происходит увеличение на единицу значения переменной у, а затем присваивание этого значения пе­ременной х.

Постфиксные операции сначала используют значение перемен­ной, после чего увеличивают (уменьшают) его. Например, оператор х=у--; эквивалентен выполнению двух операторов х=у; у=у-1;. В этом примере переменная х получает значение у, после чего значение у уменьшается на единицу.

Вообще в выражениях лучше использовать операнды одного типа, но С++ допускает преобразование типов, то есть если операнды принадлежат к разным типам, то они приводятся к некоторому общему типу. Приведение выполняется в соответствии со следующими правилами:

а) автоматически производятся лишь те преобразования, которые превращают операнды с меньшим диапазоном значений в операнды с большим диапазоном значений, т.к. это происходит без какой-либо потери информации;

б) выражения, не имеющие смысла (например, число с плавающей точкой в роли индекса), не пропускаются компилятором еще на этапе трансляции;

в) выражения, в которых могла бы потеряться информация (например, при присваивании длинных целых значений более коротким или действительных значений целым), могут вызвать предупреждение (warning), но они допустимы.

В отличие от других языков программирования в С++ для любого выражения можно явно указать преобразование его типа, используя унарный оператор, называемый приведением типа. Выражение приводится к указанному типу по перечисленным правилам конструкцией вида

(имя типа) выражение;

Например, (int) i=2.5*3.2;.

Однако пользоваться этим оператором можно лишь в том случае, если вполне осознаются цель и последствия такого преобразования [2, 5, 10].

Лекция №7. Функции ввода/вывода. Основные конструкции языка С++

 

Цель – получить представление о функциях «ввода-вывода», используемых в С++, а также ознакомиться с особенностями использования основных конструкций языка.

В любой достаточно сложной программе можно выделить линейные фрагменты. Фрагмент программы имеет линейную структуру, если все операции в нем выполняются последовательно, друг за другом, и может содержать операторы присваивания, математические функции, арифметические операции, функции «ввода-вывода» данных и другие операторы, не изменяющие общего порядка следования операторов.

Редкая программа обходится без операций «ввода-вывода». В языке С были реализованы две новаторские идеи: средства «ввода-вывода» были отделены от языка и вынесены в отдельную библиотеку stdio (стандартная библиотека «ввода-вывода»), а также была реализована концепция процесса «ввода-вывода», независимого от устройств. Именно поэтому язык С++, унаследовавший черты своего «прародителя», имеет большой набор функций «вв