Программирование на языках высокого уровня: Методические указания к выполнению лабораторных работ N1-8

ÔÅÄÅÐÀËÜÍÎÅ ÀÃÅÍÒÑÒÂÎ ÏÎ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈÞ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования САНКТПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

ÏÐÎÃÐÀÌÌÈÐÎÂÀÍÈÅ ÍÀ ßÇÛÊÀÕ ÂÛÑÎÊÎÃÎ ÓÐÎÂÍß Ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ ê âûïîëíåíèþ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò ¹ 1–8

СанктПетербург 2005

Ñîñòàâèòåëü Ò. Ì. Ìàêñèìîâà Ðåöåíçåíò Â. Ï. Ïîïîâ  ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ âêëþ÷åíû êðàòêèå òåîðåòè÷åñêèå ñâåäåíèÿ, íåîáõîäèìûå äëÿ âûïîëíåíèÿ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò, òðåáîâàíèÿ ê ñîäåðæàíèþ îò÷åòà, à òàêæå âàðèàíòû èíäèâèäóàëüíûõ çàäàíèé. Ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ñòóäåíòîâ âñåõ ôîðì îáó÷åíèÿ, ïðîõîäÿùèõ ïîäãîòîâêó ïî ñïåöèàëüíîñòÿì 220400 è 351500. Ïîäãîòîâëåíû êàôåäðîé êîìïüþòåðíîé ìàòåìàòèêè è ïðîãðàììèðîâàíèÿ è ðåêîìåíäîâàíû ê èçäàíèþ ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêèì ñîâåòîì Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà àýðîêîñìè÷åñêîãî ïðèáîðîñòðîåíèÿ.

Ðåäàêòîð À. Ì. Êàðòóõèíà Êîìïüþòåðíàÿ âåðñòêà Î. È. Áóðäèíîé Ñäàíî â íàáîð 20. 05.05. Ïîäïèñàíî ê ïå÷àòè 10.09.05. Ôîðìàò 60´84 1/16. Áóìàãà îôñåòíàÿ. Ïå÷àòü îôñåòíàÿ. Óñë. ïå÷. ë. 1,27. Ó÷.-èçä. ë. 1,22. Òèðàæ 200 ýêç. Çàêàç ¹ Ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêèé îòäåë Îòäåë ýëåêòðîííûõ ïóáëèêàöèé è áèáëèîãðàôèè áèáëèîòåêè Îòäåë îïåðàòèâíîé ïîëèãðàôèè ÃÓÀ Ï 190000, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, óë. Á. Ìîðñêàÿ, 67

© ÃÎÓ ÂÏÎ «ÑÏáÃÓÀÏ», 2005

2

1. ÎÁÙÈÅ ÒÐÅÁÎÂÀÍÈß Ê ÑÎÄÅÐÆÀÍÈÞ ÎÒ×ÅÒÎÂ

 ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ âêëþ÷åíû çàäàíèÿ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò ¹ 1–8, ñîäåðæàíèåì êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîòêà ïðîãðàììû íà ÿçûêå Ñ. Ïðîöåññ ðàçðàáîòêè ïðîãðàììû ñòóäåíò äîëæåí îòðàçèòü â ïèñüìåííîì îò÷åòå î âûïîëíåíèè ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû, êîòîðûé äîëæåí ñîñòîÿòü èç ñëåäóþùèõ ðàçäåëîâ: 1. Ïîñòàíîâêà çàäà÷è. 2. Îïèñàíèå âõîäíûõ è âûõîäíûõ äàííûõ. 3. Íàáîð òåñòîâ. 4. Îïèñàíèå àëãîðèòìà. 5. Òåêñò ïðîãðàììû. 6. Àíàëèç ðåçóëüòàòîâ è âûâîäû. Ïåðâûå òðè ïóíêòà îò÷åòà ñëåäóåò ïîäãîòîâèòü è îáñóäèòü ñ ïðåïîäàâàòåëåì äî íàïèñàíèÿ òåêñòà ïðîãðàììû. Ïðè ýòîì â ïîñòàíîâêó çàäà÷è â äîïîëíåíèå ê òåêñòó èç íàñòîÿùèõ ìåòîäè÷åñêèõ óêàçàíèé ñëåäóåò âíåñòè îïèñàíèå ðåàêöèè áóäóùåé ïðîãðàììû íà íåêîòîðûå íåîãîâîðåííûå â çàäàíèè çíà÷åíèÿ èñõîäíûõ äàííûõ, â òîì ÷èñëå íà íåêîððåêòíûå ñ òî÷êè çðåíèÿ ïîñòàíîâêè çàäà÷è çíà÷åíèÿ. Âî âòîðîì ðàçäåëå äëÿ âõîäíûõ è âûõîäíûõ ïàðàìåòðîâ íåîáõîäèìî ââåñòè ñèìâîëè÷åñêèå îáîçíà÷åíèÿ (èìåíà) è ïðèâåñòè îïèñàíèÿ òèïîâ ýòèõ èìåí â òåðìèíîëîãèè ÿçûêà Ñ.  òðåòüåì ðàçäåëå ñëåäóåò ïåðå÷èñëèòü íåñêîëüêî âàðèàíòîâ çíà÷åíèé âõîäíûõ ïàðàìåòðîâ ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè èì çíà÷åíèÿìè âûõîäíûõ, âû÷èñëåííûìè âðó÷íóþ. Îñíîâíîå òðåáîâàíèå ê îïèñàíèþ àëãîðèòìà çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òîáû îíî áûëî áîëåå ïîäðîáíûì îïèñàíèåì ïðîöåññà ðåøåíèÿ çàäà÷è, ÷åì ïîñòàíîâêà çàäà÷è èç ï. 1, íî ìåíåå ïîäðîáíûì, ÷åì òåêñò ïðîãðàììû.  îïèñàíèè äîëæíà íàéòè îòðàæåíèå îñíîâíàÿ èäåÿ ðåøåíèÿ ïîñòàâëåííîé çàäà÷è. Äîïóñêàåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ëþáîé èç îáùåïðèíÿòûõ ôîðì îïèñàíèÿ àëãîðèòìà, â òîì ÷èñëå áëîê-ñõåìû è ñëîâåñíîå îïèñàíèå. Òåêñò ïðîãðàììû íåîáõîäèìî ñíàáäèòü êîììåíòàðèÿìè. Ðåøåíèå çàäà÷è äîëæíî áûòü îôîðìëåíî â âèäå ôóíêöèè, ïàðàìåòðàìè êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ âñå ïåðå÷èñëåííîå â ï. 2 îò÷åòà.  ýòîì æå ïóíêòå îò÷åòà ñëåäóåò ïðèâåñòè îïåðàòîð ïðîòîòèïà ýòîé ôóíêöèè. Îíà íå äîëæíà ñîäåðæàòü îïåðàöèé ââîäà-âûâîäà, åñëè ýòî íå òðåáóåòñÿ â ïîñòàíîâêå çàäà÷è. Ââîä èñõîäíûõ äàííûõ è âûâîä ðåçóëüòàòîâ âûïîëíÿþòñÿ â ãî3

ëîâíîé ïðîãðàììå, òàê íàçûâàåìîì èìèòàòîðå âíåøíåé ñðåäû (òåõíîëîãè÷åñêîé ÷àñòè), â êîòîðîé ìîæåò ýêñïëóàòèðîâàòüñÿ ôóíêöèÿ.  çàêëþ÷èòåëüíîì ðàçäåëå äîëæåí áûòü ïðèâåäåí êðèòè÷åñêèé àíàëèç ïðîäåëàííîé ðàáîòû ñ óêàçàíèåì äîñòîèíñòâ è íåäîñòàòêîâ ðàçðàáîòàííîãî àëãîðèòìà ðåøåíèÿ çàäà÷è è åãî ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè, à òàêæå êîëè÷åñòâåííûå õàðàêòåðèñòèêè ïðîãðàììû: åå îáúåì, îáúåì äîïîëíèòåëüíîé ïàìÿòè, ïðèâëåêàåìîé äëÿ ðåàëèçàöèè àëãîðèòìà, âðåìÿ ðàáîòû ïðîãðàììû, èçìåðåííîå â êîëè÷åñòâå âûïîëíÿåìûõ òèïè÷íûõ îïåðàöèé â çàâèñèìîñòè îò ðàçìåðîâ èñõîäíûõ äàííûõ. 2. ÏÐÈÌÅÐ ÎÒ×ÅÒÀ Î ÂÛÏÎËÍÅÍÈÈ ËÀÁÎÐÀÒÎÐÍÎÉ ÐÀÁÎÒÛ

Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ÏÐÎÃÐÀÌÌÈÐÎÂÀÍÈÅ ÀËÃÎÐÈÒÌΠÑÎÐÒÈÐÎÂÊÈ ÌÀÑÑÈÂΠ1. Ïîñòàíîâêà çàäà÷è Íàïèñàòü ïðîãðàììó ñîðòèðîâêè ìàññèâà, ñîäåðæàùåãî íå áîëåå 100 öåëûõ ÷èñåë. 2. Îïèñàíèå âõîäíûõ è âûõîäíûõ äàííûõ Âõîäíûå äàííûå: int *a – óêàçàòåëü íà ìàññèâ, ïîäëåæàùèé ñîðòèðîâêå; char n – êîëè÷åñòâî ðåàëüíî ââåäåííûõ ýëåìåíòîâ ìàññèâà a. Âûõîäíûå äàííûå: int *a – óêàçàòåëü íà ìàññèâ, îòñîðòèðîâàííûé ïî âîçðàñòàíèþ çíà÷åíèé åãî ïåðâûõ n ýëåìåíòîâ. 3. Îïåðàòîð ïðîòîòèïà ôóíêöèè ñîðòèðîâêè void sort(int *a, char n) 4. Íàáîð òåñòîâ Âõîäíûå äàííûå: *a={10, 30, 20, 50, 30} n=5 4

Âûõîäíûå äàííûå: *a={10, 20, 30, 30, 50} 5. Îïèñàíèå àëãîðèòìà Ñîðòèðîâêà ýëåìåíòîâ ìàññèâà âûïîëíÿåòñÿ ìåòîäîì ïðÿìîãî îáìåíà. Ïðè ïðîñìîòðå ñ 1-ãî ïî n-é ýëåìåíòîâ ìàññèâà àíàëèçèðóþòñÿ êàæäûå äâà ðÿäîì ñòîÿùèå ýëåìåíòà, è, åñëè èõ ðàçìåùåíèå íå óäîâëåòâîðÿåò óñëîâèþ óïîðÿäî÷åííîñòè, îíè îáìåíèâàþòñÿ ñâîèìè çíà÷åíèÿìè. Òàêèå ïðîñìîòðû ìàññèâà âûïîëíÿþòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íà î÷åðåäíîì íå áóäåò âûïîëíåíî íè îäíîãî îáìåíà. 6. Òåêñò ïðîãðàììû void sort(int *a, char n) //ôóíêöèÿ ñîðòèðîâêè n ïåðâûõ ýëåìåíòîâ (n < = 100) ìàññèâà a { bool f =t rue; //ïðèçíàê âûïîëíåíèÿ îïåðàöèè îáìåíà char i: int r; while (f) { f = false; //ñáðîñ ïðèçíàêà îáìåíà} //ïðîñìîòð ìàññèâà for (i = 0; i < n–1; n ++) if (a[i]>a[i+1]) { //îáìåí äâóõ ýëåìåíòîâ r = a[i]; a[i] = a[i+1]; a[i+1] = r; //óñòàíîâêà ïðèçíàêà îáìåíà f = true; } } } 7. Àíàëèç ðåçóëüòàòîâ è âûâîäû Îáúåì ðàçðàáîòàííîé ïðîãðàììû ñîðòèðîâêè âìåñòå ñ òåõíîëîãè÷åñêîé ÷àñòüþ, âûïîëíÿþùåé ââîä èñõîäíûõ äàííûõ è âûâîä ðåçóëüòà5

òîâ, ñîñòàâëÿåò 11260 áàéò. Ìàññèâ óïîðÿäî÷èâàåòñÿ â îòâåäåííîé äëÿ íåãî ïàìÿòè ñ ïðèâëå÷åíèåì â êà÷åñòâå äîïîëíèòåëüíîé ïàìÿòè, íåîáõîäèìîé äëÿ ðàçìåùåíèÿ îäíîãî ýëåìåíòà òèïà int. Âðåìÿ ðàáîòû ïðîãðàììû â êîëè÷åñòâå îïåðàöèé îáìåíà äâóõ ýëåìåíòîâ çíà÷åíèÿìè â õóäøåì ñëó÷àå (åñëè èñõîäíûé ìàññèâ óïîðÿäî÷åí ïî óáûâàíèþ) ñîñòàâëÿåò (n*n–n)/2 îïåðàöèé, â ëó÷øåì ñëó÷àå – 0 îïåðàöèé, à â êîëè÷åñòâå îïåðàöèé ñðàâíåíèÿ äâóõ ñîñåäíèõ ýëåìåíòîâ ìàññèâà â õóäøåì ñëó÷àå – (n*n+n)/2–1 îïåðàöèé; â ëó÷øåì – n–1 îïåðàöèé.  êà÷åñòâå íåäîñòàòêà ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè ìîæíî îòìåòèòü îòñóòñòâèå êîíòðîëÿ êîððåêòíîñòè çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà n. 3. ËÀÁÎÐÀÒÎÐÍÛÅ ÐÀÁÎÒÛ

Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 1 ÂÑÒÐÎÅÍÍÛÅ ÒÈÏÛ ÄÀÍÍÛÕ 1. Îñíîâíûå òèïû äàííûõ ßçûê Ñ ïîääåðæèâàåò íåñêîëüêî áàçîâûõ òèïîâ äàííûõ, êîòîðûå òàêæå íàçûâàþò ïðîñòûìè. Ïåðå÷èñëèì íåêîòîðûå èç íèõ. ñhar – îäíîáàéòîâîå öåëîå ñî çíàêîì (äèàïàçîí ïðåäñòàâëåíèÿ ÷èñåë: îò –128 äî 127); òèï äàííûõ char èñïîëüçóåòñÿ òàêæå è äëÿ îïèñàíèÿ ñèìâîëüíûõ äàííûõ; unsigned char – îäíîáàéòîâîå öåëîå áåç çíàêà (äèàïàçîí ïðåäñòàâëåíèÿ ÷èñåë: îò 0 äî 255); int – äâóõáàéòîâîå öåëîå ñî çíàêîì (äèàïàçîí ïðåäñòàâëåíèÿ ÷èñåë: îò –32768 äî 32767); unsigned int – äâóõáàéòîâîå öåëîå ñî çíàêîì (äèàïàçîí ïðåäñòàâëåíèÿ ÷èñåë: îò 0 äî 65535); long – ÷åòûðåõáàéòîâîå öåëîå ñî çíàêîì (äèàïàçîí ïðåäñòàâëåíèÿ ÷èñåë: îò –2147483648 äî 2147483647); float – ÷åòûðåõáàéòîâîå âåùåñòâåííîå; double – âîñüìèáàéòîâîå âåùåñòâåííîå. Äëÿ ÷èñëîâûõ òèïîâ îïðåäåëåíû àðèôìåòè÷åñêèå îïåðàöèè: ñëîæåíèå (+), âû÷èòàíèå (–), óìíîæåíèå(*) è äåëåíèå (/ è %). Ðåçóëüòàòîì îïåðàöèè «/» íàä âåùåñòâåííûìè ÷èñëàìè ÿâëÿåòñÿ âåùåñòâåííîå ÷àñòíîå, à íàä öåëûìè – öåëàÿ ÷àñòü îò äåëåíèÿ. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ îñòàòêà îò öåëî÷èñëåííîãî äåëåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ îïåðàöèÿ «%». 6

Ïðè âûïîëíåíèè ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû íóæíî îãðàíè÷èòüñÿ ìèíèìàëüíûì êîëè÷åñòâîì ïåðåìåííûõ, õðàíÿùèõ ðåçóëüòàòû àðèôìåòè÷åñêèõ äåéñòâèé, èñïîëüçóÿ îêíî îòñëåæèâàíèÿ èõ ïîñëåäîâàòåëüíûõ çíà÷åíèé ïðè ïîøàãîâîì âûïîëíåíèè ïðîãðàììû. Îêíî îòñëåæèâàíèÿ âûçûâàåòñÿ ïîñðåäñòâîì êîìàíä ìåíþ DEBUG ñðåäû turbo C (Visual C). 2. Çàäàíèå íà ëàáîðàòîðíóþ ðàáîòó 1. Äëÿ äâóõ íåîòðèöàòåëüíûõ âåùåñòâåííûõ ÷èñåë ñ öåëîé ÷àñòüþ íå áîëåå 9 âûïîëíèòü âñå àðèôìåòè÷åñêèå îïåðàöèè â ïîøàãîâîì ðåæèìå ðàáîòû ïðîãðàììû, ïðîñìîòðåâ ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé â îêíå «Watch» îòëàä÷èêà. 2. Ïðîäåëàòü àíàëîãè÷íóþ ïðîöåäóðó íàä öåëûìè ÷èñëàìè, ðàâíûìè öåëûì ÷àñòÿì ââåäåííûõ âåùåñòâåííûõ. 3. Ñôîðìèðîâàòü êîä öèôðû, ðàâíîé îäíîìó èç öåëûõ ÷èñåë, ïîëó÷åííûõ â ï. 2. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 2 ÏÐÎÃÐÀÌÌÈÐÎÂÀÍÈÅ ÎÏÅÐÀÖÈÉ ÂÂÎÄÀ-ÂÛÂÎÄÀ 1. Íåêîòîðûå áèáëèîòå÷íûå ôóíêöèè äëÿ ðàáîòû ñ ôàéëàìè Ôóíêöèè ôàéëîâîãî ââîäà-âûâîäà èñïîëüçóþò óêàçàòåëü ôàéëîâîãî ïîòîêà (óêàçàòåëü íà ôàéë): FILE *f . Äëÿ îòêðûòèÿ ôàéëà èñïîëüçóåòñÿ ôóíêöèÿ: FILE *fopen (const char *filename, const char *mode), êîòîðàÿ îòêðûâàåò ôàéë äëÿ ÷òåíèÿ èëè äëÿ çàïèñè, èëè äëÿ òîãî è äðóãîãî (â çàâèñèìîñòè îò çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà mode) è âîçâðàùàåò çíà÷åíèÿ óêàçàòåëÿ íà ôàéë. Äàëåå ïîëó÷åííûé óêàçàòåëü ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ âûïîëíåíèÿ îïåðàöèé ÷òåíèÿ èëè çàïèñè. Íåêîòîðûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà mode: «r» – îòêðûòèå òåêñòîâîãî ôàéëà äëÿ ÷òåíèÿ; «w» – ñîçäàíèå òåêñòîâîãî ôàéëà äëÿ çàïèñè; «a» – îòêðûòèå òåêñòîâîãî ôàéëà äëÿ äîáàâëåíèÿ.  ñëó÷àå íåóäà÷íîé ïîïûòêè îòêðûòü ôàéë fopen âîçâðàùàåò NULL. Ôóíêöèÿ int fclose (FILE *f) çàêðûâàåò ôàéë. Ôóíêöèÿ int feof (FILE *f) âîçâðàùàåò íåíóëåâîå (èñòèííîå) çíà÷åíèå ïðè îáíàðóæåíèè êîíöà ôàéëà. 7

Ôóíêöèÿ int fputs (char *s, FILE *f) çàïèñûâàåò ñòðîêó ñèìâîëîâ â ôàéë (ïðè ýòîì ñèìâîë êîíöà ñòðîêè â ôàéë íå çàïèñûâàåòñÿ). Ôóíêöèÿ char *fgets (char *s,int n, FILE *f) ÷èòàåò íå áîëåå n-1 áàéò èç ôàéëà â ñòðîêó s, ïðåêðàùàÿ ÷òåíèå ïðè îáíàðóæåíèè ñèìâîëà íîâîé ñòðîêè èëè êîíöà ôàéëà. Ïðî÷èòàííàÿ ñòðîêà äîïîëíÿåòñÿ íóëü-òåðìèíàòîðîì (‘\0’). Áîëåå óíèâåðñàëüíûìè ïî èñïîëüçîâàíèþ äëÿ ââîäà-âûâîäà ÿâëÿþòñÿ ôóíêöèè fscanf è fprintf. Ôóíêöèÿ int fscanf (FILE *f, const char *fmt, ) ââîäèò äàííûå (ñòðîêè, öåëûå è âåùåñòâåíííûå ÷èñëà è ò. ä.) â ôîðìàòå, îïðåäåëÿåìîì ñòðîêîé fmt.  êà÷åñòâå àðãóìåíòîâ ââîäà ñëåäóåò óêàçûâàòü íå ñàìè ïåðåìåííûå, à èõ àäðåñà. Ôóíêöèÿ int fprintf (FILE *f, const char *fmt, ) âûâîäèò äàííûå (ñòðîêè, öåëûå è âåùåñòâåíííûå ÷èñëà è ò. ä.) â ôîðìàòå, îïðåäåëÿåìîì ñòðîêîé fmt. Äëÿ ââîäà ñòðîê àðãóìåíò fmt äîëæåí ñîäåðæàòü ñïåöèôèêàöèþ ôîðìàòà âèäà: “%s”. Äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ âûøåïåðå÷èñëåííûõ ôóíêöèé ñëåäóåò îáúÿâèòü çàãîëîâî÷íûé ôàéë stdio.h . 2. Çàäàíèå íà ëàáîðàòîðíóþ ðàáîòó Íàïèñàòü ïðîãðàììó âûïîëíåíèÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ îäíîé èç íèæåïåðå÷èñëåííûõ îïåðàöèé ñ òåêñòîâûìè ôàéëàìè. 1.  çàäàííîì ôàéëå íàéòè çàïèñü ñ çàäàííûì íîìåðîì è çàïèñàòü åå â êîíåö äðóãîãî ôàéëà. 2.  çàäàííîì ôàéëå îïðåäåëèòü ìåñòîïîëîæåíèå çàäàííîé ñòðîêè â âèäå íîìåðà çàïèñè, åå ñîäåðæàùåé. 3. Ñôîðìèðîâàòü òåêñòîâûé ôàéë íà îñíîâå ñîäåðæèìîãî çàäàííîãî òåêñòîâîãî ôàéëà, ïîìåíÿâ ìåñòàìè äâå çàïèñè ñ çàäàííûìè íîìåðàìè. 4. Âûïîëíèòü êîïèðîâàíèå çàïèñåé çàäàííîãî ôàéëà â äðóãîé ôàéë â îáðàòíîì ïîðÿäêå. 5. Ñôîðìèðîâàòü òåêñòîâûé ôàéë íà îñíîâå ñîäåðæèìîãî çàäàííîãî òåêñòîâîãî ôàéëà, óäàëèâ çàïèñü ñ çàäàííûì íîìåðîì. 6. Ðàçáèòü çàäàííûé ôàéë ïîïîëàì, çàïèñàâ êàæäóþ ïîëîâèíó â íîâûé ôàéë. 7. Ñôîðìèðîâàòü òåêñòîâûé ôàéë íà îñíîâå ñîäåðæèìîãî çàäàííîãî òåêñòîâîãî ôàéëà, âûïîëíèâ êîïèðîâàíèå çàïèñè ñ çàäàííûì íîìå8

ðîì â ñëåäóþùóþ çà íåé çàïèñü ñî ñìåùåíèåì âñåõ çàïèñåé ñ áîëüøèìè íîìåðàìè. 8. Ðàçáèòü çàäàííûé ôàéë íà äâà îòíîñèòåëüíî òî÷êè äåëåíèÿ, çàäàííîé â âèäå íîìåðà çàïèñè èñõîäíîãî ôàéëà. 9. Ñôîðìèðîâàòü òåêñòîâûé ôàéë íà îñíîâå ñîäåðæèìîãî çàäàííîãî òåêñòîâîãî ôàéëà, âûïîëíèâ ïåðåìåùåíèå çàïèñè ñ çàäàííûì íîìåðîì â íîâóþ ïîçèöèþ, òàêæå çàäàííóþ ïîðÿäêîâûì íîìåðîì çàïèñè, ñ ñîõðàíåíèåì ïîðÿäêà ñëåäîâàíèÿ îñòàëüíûõ çàïèñåé ôàéëà. 10. Âûïîëíèòü ñëèÿíèå ñîäåðæèìîãî äâóõ çàäàííûõ ôàéëîâ â òðåòèé ôàéë. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 3 ÖÅËÎ×ÈÑËÅÍÍÀß ÀÐÈÔÌÅÒÈÊÀ 1. Ââåäåíèå â ïîñòàíîâêó çàäà÷è Ïîçèöèîííûå ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ Ïðè çàïèñè ÷èñëà â ïîçèöèîííîé ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ âêëàä êàæäîé öèôðû â ÷èñëîâóþ âåëè÷èíó îïðåäåëÿåòñÿ ñàìîé öèôðîé è âåñîì ïîçèöèè, êîòîðóþ îíà çàíèìàåò. Äëÿ ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ ñ îñíîâàíèåì p âåñ ïîçèöèè ñ íîìåðîì i (i = 0¸n – 1, n – êîëè÷åñòâî öèôð â ÷èñëå) îïðåäåëÿåòñÿ êàê pi. ×òîáû ïåðåâåñòè ÷èñëî an–1...a0 èç ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ ñ îñíîâàíèåì p â ñèñòåìó ñ÷èñëåíèÿ ñ îñíîâàíèåì q, ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ ëþáûì èç äâóõ àëãîðèòìîâ: àëãîðèòìîì «óìíîæåíèÿ», âû÷èñëÿþùèì ìíîãî÷ëåí an–1 p n–1+a1 p+...+a0, èëè àëãîðèòìîì «äåëåíèÿ», âû÷èñëÿþùèì ïîñëåäîâàòåëüíûå îñòàòêè îò äåëåíèÿ íà q èñõîäíîãî ÷èñëà è öåëûõ ÷àñòåé ÷àñòíîãî îò äåëåíèÿ íà q. Ñëåäóþùèé ïðèìåð ÿâëÿåòñÿ èëëþñòðàöèåé ê àëãîðèòìàì «äåëåíèÿ» è «óìíîæåíèÿ» ïðè «ïåðåâîäå» ÷èñëà èç äåñÿòè÷íîé â äåñÿòè÷íóþ ñèñòåìó ñ÷èñëåíèÿ. N = 85462 = 10*8546+2 8546 = 10*854+6 854 = 10*85+4 85 = 10*8+5 8 = 10*0+8 Ïîëó÷åííûå îñòàòêè ÿâëÿþòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíûìè öèôðàìè ÷èñëà, çàïèñàííîãî â ïîçèöèîííîé ñèñòåìå. 9

N = 85462 = 10*8546 + 2 = 10 (10*854 + 6) + 2 = 10 (10(10*85 + 4) + 6)+ + 2 = 10 (10 (10 (10*8 + 5) + 4) + 6) +2. Ïîñëå ïðåîáðàçîâàíèé ïîëó÷èì: N = 85462 = 8*104 +5*103 +4*102 +6*101 +2*100. Âûáîð îäíîãî èç äâóõ àëãîðèòìîâ îïðåäåëÿåòñÿ òåì, â êàêîé ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ áóäóò âûïîëíÿòüñÿ âû÷èñëåíèÿ.  àëãîðèòìå «óìíîæåíèÿ» äåéñòâèÿ âûïîëíÿþòñÿ â ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ ñ îñíîâàíèåì q, â àëãîðèòìå «äåëåíèÿ» – â ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ ñ îñíîâàíèåì p. Ïðèíöèï ïðåäñòàâëåíèÿ ÷èñëà â ëþáîé ïîçèöèîííîé ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ îñòàåòñÿ îáùèì, ïðè ýòîì öèôðû-çíàêè â ñèñòåìå ñ îñíîâàíèåì p – ýòî àðàáñêèå öèôðû îò 0 äî p –1 è, ïðè íåîáõîäèìîñòè, áóêâû ëàòèíñêîãî àëôàâèòà. Ðåêîìåíäàöèè ïî îðãàíèçàöèè ðàáîòû ñî ñòðîêàìè Ñòðîêà â Ñ-ïðîãðàììå ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà îäíîìåðíûì ìàññèâîì ñèìâîëîâ (íàïðèìåð: char string1[100]) èëè óêàçàòåëåì íà äàííûå ñèìâîëüíîãî òèïà (íàïðèìåð: char *string2). Âî âòîðîì ñëó÷àå êîìïèëÿòîð îòâîäèò ïàìÿòü òîëüêî äëÿ ðàçìåùåíèÿ ïåðåìåííîé-óêàçàòåëÿ, íî íå äëÿ ðàçìåùåíèÿ ñîáñòâåííî ñèìâîëüíûõ äàííûõ, êîòîðûå â ýòîì âàðèàíòå îðãàíèçàöèè ñòðîêè äîëæíû áûòü ðàçìåùåíû â äèíàìè÷åñêîé ïàìÿòè. Äëÿ âûäåëåíèÿ äèíàìè÷åñêîé ïàìÿòè ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ, íàïðèìåð, îïåðàòîðîì new (string2 = new char[100]) èëè malloc (string2 = (char *)malloc (100)).  ëþáîì ñëó÷àå, äëÿ îáðàùåíèÿ ê îäíîìó ñèìâîëó ñòðîêè, èìåþùåìó òèï char, èñïîëüçóåòñÿ îïåðàòîð [] (íàïðèìåð: string1[10] èëè string2[i+1]). Äëÿ ðàáîòû ñî ñòðîêàìè èìååòñÿ íàáîð ôóíêöèé (çàãîëîâî÷íûé ôàéë – string.h), èç êîòîðûõ ïðè âûïîëíåíèè äàííîé ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû ìîãóò ïîíàäîáèòüñÿ: char * strcpy(char *s1, char *s2) – êîïèðîâàíèå ñòðîêè s2 â ñòðîêó s1; char * strcat(char *s1, char *s2) – ñöåïëåíèå (êîíêàòåíàöèÿ) äâóõ ñòðîê; int strlen(char *s) – îïðåäåëåíèå äëèíû ñòðîêè.  ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå íåîáõîäèìî âûïîëíèòü ïåðåâîä ÷èñëà èç îäíîé ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ (íà÷àëüíîé) â äðóãóþ (êîíå÷íóþ) ñîãëàñíî âàðèàíòó, èñïîëüçóÿ â êà÷åñòâå ïðîìåæóòî÷íîé ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ âíóòðåííåå ïðåäñòàâëåíèå ÷èñëà â ïàìÿòè êîìïüþòåðà (äâîè÷íàÿ ñèñòåìà). Íà âõîä ïîäàåòñÿ öåïî÷êà ñèìâîëîâ (ñòðîêà), ñîäåðæàùàÿ òîëüêî öèôðû íà÷àëüíîé ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ, íà âûõîäå ôîðìèðóþòñÿ äâà ðåçóëüòàòà: ÷èñëî â ïðîìåæóòî÷íîé ñèñòåìå â ôîðìàòå long è ÷èñëî â êîíå÷10

íîé ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ â âèäå öåïî÷êè ñèìâîëîâ. Ïåðåâîä èç âíóòðåííåãî ïðåäñòàâëåíèÿ â êîíå÷íóþ ñèñòåìó îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì äåëåíèÿ íà îñíîâàíèå êîíå÷íîé ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ. Âñå öèêëè÷åñêèå îïåðàöèè äîëæíû áûòü îðãàíèçîâàíû ðàöèîíàëüíî. Ñîäåðæàòåëüíûå ÷àñòè ïðîãðàììû îôîðìëÿþòñÿ ôóíêöèÿìè (ñì. ï. 1). Íåîáõîäèìî ïðåäóñìîòðåòü êîíòðîëü îøèáîê ââîäà, êîãäà öèôðû â ñòðîêå ââîäà íå ÿâëÿþòñÿ öèôðàìè-çíàêàìè íà÷àëüíîé ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ. 2. Çàäàíèå íà ëàáîðàòîðíóþ ðàáîòó Íàïèñàòü ïðîãðàììó, âûïîëíÿþùóþ ïåðåâîä ÷èñëà èç çàäàííîé ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ â äâîè÷íóþ è èç äâîè÷íîé – â äðóãóþ çàäàííóþ ñèñòå12345 675879 7



















8 4378498 8292287

















8 4378498 6292287

















ìó ñ÷èñëåíèÿ. Èñõîäíîå ÷èñëî ñ÷èòàòü çàäàííûì â âèäå ñòðîêè ñèìâîëîâ, èçîáðàæàþùåé öèôðû äàííîé ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ. Äâîè÷íîå ÷èñëî ïðåäñòàâèòü â ôîðìàòå long, à âòîðîé âûõîäíîé ïàðàìåòð – â ôîðìàòå ñòðîêè ñèìâîëîâ. Ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ âûáðàòü â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 4 ÂÅÙÅÑÒÂÅÍÍÀß ÀÐÈÔÌÅÒÈÊÀ 1. Ãåíåðàòîð ïñåâäîñëó÷àéíûõ ÷èñåë Äëÿ ìíîãèõ çàäà÷ ïðîãðàììèðîâàíèÿ, ñâÿçàííûõ ñ ìàòåìàòè÷åñêèìè ìîäåëÿìè ñëó÷àéíûõ ÿâëåíèé, íåîáõîäèìî èìåòü â ðàñïîðÿæåíèè ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ÷èñåë, êîòîðûå ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê çíà÷åíèÿ íåçàâèñèìûõ ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí. Ñóùåñòâóåò ìíîãî ðàçëè÷íûõ ïðîãðàìì, âûðàáàòûâàþùèõ äåòåðìèíèðîâàííûå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ÷èñåë, êîòîðûå èìåþò äîñòàòî÷íî ñëîæíóþ íåðåãóëÿðíóþ ñòðóêòóðó è ïîýòîìó ïîõîæè íà ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñëó÷àéíûõ ÷èñåë. Òàêèå ïðî11

ãðàììû íàçûâàþò äàò÷èêàìè ïñåâäîñëó÷àéíûõ ÷èñåë. Âñå IBM PC èñïîëüçóþò â êà÷åñòâå òàêîãî äàò÷èêà ïîêàçàíèÿ ðåãèñòðà ñ÷åò÷èêà êàíàëà òàéìåðà. Ôóíêöèÿ int rand() âîçâðàùàåò ïñåâäîñëó÷àéíîå ÷èñëî â äèàïàçîíå îò 0 äî RAND_MAX. Äåëåíèåì ÷èñëà, ïîëó÷åííîãî rand(), íà RAND_MAX ìîæíî ïîëó÷èòü ïñåâäîñëó÷àéíîå ÷èñëî â äèàïàçîíå îò 0 äî 1. Äëÿ óëó÷øåíèÿ «ñëó÷àéíîñòè» ïîëó÷àåìûõ ÷èñåë ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà ôóíêöèÿ void srand (unsigned int seed), êîòîðàÿ óñòàíàâëèâàåò íà÷àëüíîå çíà÷åíèå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñëó÷àéíûõ ÷èñåë.  êà÷åñòâå åå àðãóìåíòà ðåêîìåíäóåòñÿ èñïîëüçîâàòü òåêóùåå ñèñòåìíîå âðåìÿ: srand (time (NULL)). Íåîáõîäèìûå ôàéëû çàãîëîâêîâ: stdlib.h, time.h. Íàáîð òåñòîâ (ï. 3 îò÷åòà) â äàííîé ðàáîòå ñëåäóåò îôîðìèòü â ðåçóëüòàòå ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà ñ ïðîãðàììîé; â ï. 6 ñðàâíèâàþòñÿ è îáîñíîâûâàþòñÿ ðåçóëüòàòû. 2. Çàäàíèå íà ëàáîðàòîðíóþ ðàáîòó Íàïèñàòü ôóíêöèè âû÷èñëåíèÿ ÷èñëà p äâóìÿ ñïîñîáàìè. Ñðàâíèòü ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé. Ñòàòèñòè÷åñêèé ñïîñîá. Ïîëàãàÿ ÷èñëî p ðàâíûì îòíîøåíèþ 4Sêð/Sêâ, ãäå Sê⠖ ïëîùàäü ÷åòâåðòîé ÷àñòè êâàäðàòà ñî ñòîðîíîé, ðàâíîé 2, à Sêð – ïëîùàäü ñåêòîðà, ñîñòàâëÿþùåãî ÷åòâåðòóþ ÷àñòü êðóãà, âïèñàííîãî â âûøåóêàçàííûé êâàäðàò, îöåíèòü Sêð è Sêâ êîëè÷åñòâîì ñëó÷àéíûõ òî÷åê, ïîïàâøèõ â ñåêòîð è â ÷àñòü êâàäðàòà ñîîòâåòñòâåííî. Ïîëîæåíèå êàæäîé ñëó÷àéíîé òî÷êè îïðåäåëèòü ñ ïîìîùüþ ãåíåðàòîðà ïñåâäîñëó÷àéíûõ ÷èñåë rand, èíòåðïðåòèðóÿ ïàðó ñëó÷àéíûõ ÷èñåë êàê êîîðäèíàòû òî÷êè â äâóìåðíîé ñèñòåìå êîîðäèíàò ñ íà÷àëîì â öåíòðå êðóãà. Êîëè÷åñòâî ýêñïåðèìåíòîâ ïî ñîçäàíèþ ñëó÷àéíîé òî÷êè ñ÷èòàòü âõîäíûì ïàðàìåòðîì ôóíêöèè, âû÷èñëÿþùåé p. Ãåîìåòðè÷åñêèé ñïîñîá. Ãåîìåòðè÷åñêèé ñïîñîá âû÷èñëåíèÿ ÷èñëà p èñïîëüçóåò èçâåñòíîå îïðåäåëåíèå ÷èñëà p êàê ïðåäåëà îòíîøåíèÿ ïåðèìåòðà ëîìàíîé, âïèñàííîé â ïîëóêðóã åäèíè÷íîãî ðàäèóñà, ïðè óñëîâèè, ÷òî ÷èñëî ñòîðîí ëîìàíîé ñòðåìèòñÿ ê áåñêîíå÷íîñòè. Ïîëàãàÿ ÷èñëî p ðàâíûì ïîëîâèíå äëèíû îêðóæíîñòè åäèíè÷íîãî ðàäèóñà, îöåíèòü åãî ñóììîé äëèí îòðåçêîâ ëîìàíîé, âïèñàííîé â ýòó äóãó. Êàæäîå î÷åðåäíîå ïðèáëèæåíèå ÷èñëà p ïîëó÷èòü èç ïðåäûäóùå12

ãî óäâîåíèåì êîëè÷åñòâà îòðåçêîâ ëîìàíîé, âîñïîëüçîâàâøèñü ïðè ýòîì ðåêóððåíòíûì ñîîòíîøåíèåì: 1

1 1 1 1 1 2 1 5 13 24 6 3 1 7 1 7 13 24 4 2 839 3 839 4 8 9 ãäå x – äëèíà îòðåçêà ëîìàíîé. Ïîãðåøíîñòü âû÷èñëåíèÿ ÷èñëà p ñ÷èòàòü âõîäíûì ïàðàìåòðîì ðàçðàáàòûâàåìîé ôóíêöèè.

Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 5 ÎÏÅÐÀÖÈÈ ÍÀÄ ÌÍÎÃÎÑËÎÂÍÛÌÈ ÎÏÅÐÀÍÄÀÌÈ 1. Ìíîãîñëîâíûå îïåðàíäû Àðèôìåòè÷åñêèå âûðàæåíèÿ â ÿçûêå C ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ôîðìóëû äëÿ âû÷èñëåíèÿ çíà÷åíèé. Îíè ñîñòîÿò èç îïåðàíäîâ: ïåðåìåííûõ, êîíñòàíò è ò. ä.; è îïåðàöèé: ñëîæåíèÿ, âû÷èòàíèÿ è ò. ä.  êà÷åñòâå îïåðàíäîâ ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ êàê ïðîñòûå òèïû ïåðåìåííûõ (int, float...), òàê è ñòðóêòóðèðîâàííûå (ìàññèâû, ìíîæåñòâà...).  ïîñëåäíåì ñëó÷àå îïåðàíäû íàçûâàþòñÿ ìíîãîñëîâíûìè. Äëÿ îïåðàöèé íàä íèìè â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ íåîáõîäèìî ïèñàòü ïðîãðàììû.  äàííîé ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå íåîáõîäèìî ñëîæèòü è âû÷åñòü äâà öåëûõ ÷èñëà.  ïðîñòåéøåì ñëó÷àå ýòè îïåðàöèè âûïîëíÿëèñü áû äîñòàòî÷íî ïðîñòî, íàïðèìåð: a = x + y; b = x – y (åñëè òèïû ÷èñåë ïðîñòûå). Îäíàêî èñõîäíûå öåëûå ÷èñëà íå óêëàäûâàþòñÿ â ñòàíäàðòíîå îïðåäåëåíèå ïðîñòûõ òèïîâ ïåðåìåííûõ, îíè ïðåäñòàâëåíû â âèäå ìàññèâîâ áàéòîâ (ïî óñëîâèþ çàäà÷è), ïîýòîìó âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü ïðîãðàììèðîâàíèÿ ñïåöèàëüíûõ ïðîöåäóð ñëîæåíèÿ è âû÷èòàíèÿ. Îáà ìàññèâà îäíîìåðíûå, ðàçìåðîì (äëÿ êîíêðåòíîé çàäà÷è) íå áîëåå øåñòè áàéò. Ïóñòü â ïåðâîì áàéòå õðàíèòñÿ çíàê ÷èñëà, à â îñòàëüíûõ – åãî çíà÷àùèå äâîè÷íûå öèôðû (áóäåì ýòî ïðåäñòàâëåíèå ñ÷èòàòü ïðÿìûì êîäîì ÷èñëà). Èñõîäíûå ìàññèâû (÷èñëà) æåëàòåëüíî çàïèñàòü â âèäå øåñòíàäöàòåðè÷íûõ êîíñòàíò â òåõíîëîãè÷åñêîé ÷àñòè ïðîãðàììû. Íåîáõîäèìî ïðåäóñìîòðåòü âñå âîçìîæíûå âàðèàíòû ñîîòíîøåíèé èñõîäíûõ äàííûõ: ÷èñëà ìîãóò áûòü êàê îäíîãî çíàêà, òàê è ðàçíûõ çíàêîâ; âû÷èòàåìîå ìåíüøå óìåíüøàåìîãî (ïî ìîäóëþ) è íàîáîðîò; ðåçóëüòàò ñëîæåíèÿ «íå âïèñûâàåòñÿ» â ìàññèâ ðåçóëüòàòà (ïåðåïîëíåíèå) è ò. ä. 13

Àëãåáðàè÷åñêîå ñëîæåíèå äâóõ ÷èñåë óäîáíî âûïîëíÿòü â äîïîëíèòåëüíîì êîäå: ñóììèðóþòñÿ âñå ðàçðÿäû ÷èñåë, âêëþ÷àÿ çíàêîâûé, à âîçìîæíûé ïåðåíîñ èç çíàêîâîãî ðàçðÿäà èãíîðèðóåòñÿ. Çíàêîâûé ðàçðÿä ñóììû (0 – “+”, 1 – “–”) ïðè ýòîì ôîðìèðóåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè, è ñàìà ñóììà ïîëó÷àåòñÿ â äîïîëíèòåëüíîì êîäå. Äîïîëíèòåëüíûì êîäîì ïîëîæèòåëüíîãî ÷èñëà ÿâëÿåòñÿ ïðÿìîé êîä ýòîãî ÷èñëà. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ äîïîëíèòåëüíîãî êîäà îòðèöàòåëüíîãî ÷èñëà íåîáõîäèìî ïðè ïðîñìîòðå öèôð ÷èñëà ñïðàâà íàëåâî îñòàâèòü íåèçìåííûìè âñå öèôðû «0» è ïåðâóþ âñòðå÷åííóþ öèôðó «1», âñå îñòàëüíûå öèôðû, çà èñêëþ÷åíèåì çíàêà ÷èñëà, ïðîèíâåðòèðîâàòü. Ïåðåâîä îòðèöàòåëüíîãî ÷èñëà èç äîïîëíèòåëüíîãî êîäà â ïðÿìîé ìîæíî âûïîëíèòü ïî ýòîìó æå ïðàâèëó. 2. Çàäàíèå íà ëàáîðàòîðíóþ ðàáîòó Íàïèñàòü ôóíêöèþ àëãåáðàè÷åñêîãî ñëîæåíèÿ äâóõ öåëûõ ÷èñåë, êàæäîå èç êîòîðûõ ïðåäñòàâëåíî ìàññèâîì áàéòîâ. Ïåðâûé áàéò ìàññèâà ñîäåðæèò êîä çíàêà ÷èñëà: 0 – “+”, 225 – “–”, à îñòàëüíûå áàéòû – çíà÷àùèå äâîè÷íûå öèôðû ÷èñëà. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 6 ÐÀÁÎÒÀ ÑÎ ÑÒÐÓÊÒÓÐÀÌÈ 1. Ïîíÿòèå òàáëè÷íîé ñòðóêòóðû äàííûõ Òàáëèöåé íàçûâàåòñÿ ñòðóêòóðà äàííûõ, ýëåìåíòû êîòîðîé ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé çàïèñè, ñîñòîÿùèå èç íåñêîëüêèõ ïîëåé. Ïðè ýòîì îäíî èç ïîëåé íàçûâàåòñÿ ïîëåì êëþ÷à, à îñòàëüíûå – ïîëÿìè äàííûõ. Êàæäàÿ çàïèñü òàáëèöû èìååò óíèêàëüíûé êîä â ïîëå êëþ÷à. Ïî ýòîìó êîäó îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîèñê äàííûõ â òàáëèöå. Çàäà÷à ïîèñêà â òàáëèöå èìååò ñëåäóþùóþ ôîðìóëèðîâêó. Òàáëè÷íàÿ ñòðóêòóðà Ò ñîñòîèò èç ìíîæåñòâà çàïèñåé Òi , i = 1¸n, êàæäàÿ èç êîòîðûõ èìååò ïîëå êëþ÷à Êi è ìíîæåñòâî ïîëåé äàííûõ Dj, j = 1¸m. Îïðåäåëèòü çíà÷åíèÿ ïîëåé äàííûõ òàêîé çàïèñè òàáëèöû, ïîëå êëþ÷à êîòîðîé ñîäåðæèò çíà÷åíèå x, íàçûâàåìîå àðãóìåíòîì ïîèñêà. Êëþ÷îì â ïðèâåäåííîé òàáëèöå ÿâëÿåòñÿ ïîëå, îçàãëàâëåííîå «Ïëàíåòà», à ïîëÿ «Ðàäèóñ» è «Ìàññà» ÿâëÿþòñÿ ïîëÿìè äàííûõ. Ðåçóëüòàòîì ðåøåíèÿ çàäà÷è ïîèñêà â òàêîé òàáëèöå äëÿ àðãóìåíòà ïîèñêà, íàïðèìåð, x = Þïèòåð áóäóò çíà÷åíèÿ äàííûõ 11,2 è 318. 14

Ïðèìåð òàáëè÷íîé ñòðóêòóðû 1234563

7389  389 3529

33 33529

5 9





5453





52!





3



"

#$965





%36 4





&34



'

(5$6 4

'

"

12 6)4

'



Òàáëèöà íàçûâàåòñÿ óïîðÿäî÷åííîé, åñëè åå çàïèñè êàêèì-ëèáî îáðàçîì óïîðÿäî÷åíû ïî çíà÷åíèþ ïîëÿ êëþ÷à. Íàïðèìåð, åñëè ïðè i < j çíà÷åíèÿ êëþ÷åé Êi < Êj. Î÷åâèäíî, ÷òî äëÿ óïîðÿäî÷åííîé òàáëèöû ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ àëãîðèòìû ïîèñêà çàïèñè, ìèíèìèçèðóþùèå âðåìÿ ïîèñêà. Âðåìÿ ïîèñêà, èçìåðÿåìîå â êîëè÷åñòâå çàïèñåé, ïðîñìîòðåííûõ â ïðîöåññå ðåøåíèÿ çàäà÷è, ÿâëÿåòñÿ îñíîâíîé õàðàêòåðèñòèêîé ñïîñîáà óïîðÿäî÷åííîñòè òàáëèöû è, ñîîòâåòñòâåííî, àëãîðèòìà àëãîðèòìà ïîèñêà â íåé. Òàáëèöà âûøåðàññìîòðåííîãî ïðèìåðà ÿâëÿåòñÿ íåóïîðÿäî÷åííîé (åå ìîæíî áûëî áû óïîðÿäî÷èòü, ðàñïîëîæèâ íàçâàíèÿ ïëàíåò â àëôàâèòíîì ïîðÿäêå). Åäèíñòâåííûé ñïîñîá îðãàíèçàöèè ïîèñêà â òàêîé òàáëèöå – ëèíåéíûé ïîèñê: ïîñëåäîâàòåëüíûé ïðîñìîòð âñåõ çàïèñåé, íà÷èíàÿ ñ ïåðâîé, äî òåõ ïîð, ïîêà íå áóäåò îáíàðóæåí çàäàííûé àðãóìåíò ïîèñêà ëèáî ïîêà ïî îêîí÷àíèè ïðîñìîòðà âñåé òàáëèöû íå áóäåò ñäåëàí âûâîä îá îòñóòñòâèè â íåé çàïèñè ñ èñêîìûì êëþ÷îì. Äëÿ îðãàíèçàöèè òàáëèöû ñðåäñòâàìè ÿçûêà Ñ óäîáíî âîñïîëüçîâàòüñÿ òèïîì struct ñî ñëåäóþùèì ñèíòàêñèñîì: 15

struct { } ::=|; ::= ::=|, Îïèñàâ îäíó çàïèñü òàáëèöû â âèäå òèïà struct, ñîáðàòü ìíîæåñòâî çàïèñåé â åäèíóþ òàáëèöó ìîæíî, íàïðèìåð, ñ ïîìîùüþ îäíîìåðíîãî ìàññèâà. Òàê, âûøåïðèâåäåííàÿ òàáëèöà â C-ïðîãðàììå ìîæåò áûòü îïèñàíà â âèäå ìàññèâà table: struct line { char *planet; float radius,mass; }; struct line table[9]; 2. Çàäàíèå íà ëàáîðàòîðíóþ ðàáîòó Ïîëàãàÿ, ÷òî íåêîòîðàÿ òàáëè÷íàÿ ñòðóêòóðà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòü çàïèñåé, ñîäåðæàùèõ ïî äâà ïîëÿ êàæäàÿ: ïîëå êëþ÷à òèïà char* è ïîëå äàííûõ òèïà int, íàïèñàòü ôóíêöèè âêëþ÷åíèÿ íîâîé çàïèñè â òàáëèöó è âûáîðêè äàííûõ èç òàáëèöû ïî çàäàííîìó êëþ÷ó, ñîáëþäàÿ ïðè ýòîì óñëîâèå óíèêàëüíîñòè êàæäîãî çíà÷åíèÿ ïîëÿ êëþ÷à. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 7 ÎÏÅÐÀÖÈÈ ÍÀÄ ÑÏÈÑÊÎÂÛÌÈ ÑÒÐÓÊÒÓÐÀÌÈ 1. Ïðèíöèïû ðåàëèçàöèè äèíàìè÷åñêèõ ñòðóêòóð äàííûõ Ëèíåéíûé ñïèñîê ÿâëÿåòñÿ ïðèìåðîì äèíàìè÷åñêîé ñòðóêòóðû äàííûõ, ò. å. òàêîé, êîòîðàÿ ôîðìèðóåòñÿ â ïðîöåññå âûïîëíåíèÿ ïðîãðàììû. Êàæäûé ýëåìåíò ëèíåéíîé ñòðóêòóðû èìååò ñâîé ïîðÿäêîâûé íîìåð â íåé, è äëÿ êàæäîãî ýëåìåíòà, êðîìå ïåðâîãî, ñóùåñòâóåò ïðåäûäóùèé ñ íîìåðîì, íà åäèíèöó ìåíüøèì, è äëÿ êàæäîãî ýëåìåíòà, êðîìå ïîñëåäíåãî, ñóùåñòâóåò ïîñëåäóþùèé ýëåìåíò ñ íîìåðîì, íà åäèíèöó áîëüøèì. Òàêàÿ ëèíåéíàÿ óïîðÿäî÷åííîñòü â äèíàìè÷åñêîé ñòðóêòóðå îðãàíèçóåòñÿ ñ ïîìîùüþ äîïîëíèòåëüíîãî ïîëÿ, êîòîðîå, ïîìèìî íåêî16

òîðîãî êîëè÷åñòâà èíôîðìàöèîííûõ ïîëåé, ïðèñóòñòâóåò â êàæäîì ýëåìåíòå ñïèñêà è êîòîðîå ñîäåðæèò óêàçàòåëü, èëè àäðåñ, ñëåäóþùåãî ýëåìåíòà ëèíåéíîé ñòðóêòóðû.  C-ïðîãðàììå îïèñàíèå òàêîé ñòðóêòóðû âûïîëíÿåòñÿ ïî ñõåìå: struct listrec{ info1; //èíôîðìàöèîííûå ... infon; //ïîëÿ struct listrec *link; //ïîëå óêàçàòåëÿ }; Äèíàìè÷åñêèé ëèíåéíûé ñïèñîê ÿâëÿåòñÿ ïðèìåðîì ñòðóêòóðû ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì äîñòóïîì. Îí çàäàåòñÿ óêàçàòåëåì (ò. å. ñ èñïîëüçîâàíèåì âûøåïðèâåäåííûõ îáîçíà÷åíèé – ïåðåìåííîé-óêàçàòåëåì íà äàííûå òèïà struct listrec) íà ïåðâûé ýëåìåíò ñïèñêà. Äëÿ òîãî ÷òîáû ïîëó÷èòü äîñòóï ê i-ìó ýëåìåíòó, íåîáõîäèìî ïîñëåäîâàòåëüíî ïðîñìîòðåòü i–1 ýëåìåíòîâ ñïèñêà, íà÷èíàÿ ñ ïåðâîãî: base = first; for(j = 1; jlink; Ïðèâåäåííûé ôðàãìåíò ïðîãðàììû ïîäðàçóìåâàåò, ÷òî ïåðåìåííûå base è first èìåþò òèï: struct listrec *first, *base ; â ïåðåìåííîé first ñîäåðæèòñÿ àäðåñ ïåðâîãî ýëåìåíòà ñïèñêà. Ðåçóëüòàòîì âûïîëíåíèÿ ôðàãìåíòà ÿâëÿåòñÿ çíà÷åíèå ïåðåìåííîé base – àäðåñ i-ãî ýëåìåíòà ñïèñêà. Ôîðìèðîâàíèå ýëåìåíòîâ äèíàìè÷åñêîé ñòðóêòóðû âûïîëíÿåòñÿ â äâà äåéñòâèÿ: îòâåäåíèå ïàìÿòè äëÿ ýëåìåíòà è çàïîëíåíèå îòâåäåííîé ïàìÿòè íåêîòîðûìè çíà÷åíèÿìè. Ïåðâîå äåéñòâèå âûïîëíÿåòñÿ îïåðàòîðîì: = new . Ðåçóëüòàòîì ÿâëÿåòñÿ âûäåëåíèå èç äèíàìè÷åñêîé îáëàñòè ôðàãìåíòà ïàìÿòè, îáúåì êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ òèïîì, óêàçàííûì ïîñëå new, à àäðåñ âûäåëåííîãî ôðàãìåíòà áóäåò ïîìåùåí â ïåðåìåííóþ-óêàçàòåëü. Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷åííîå çíà÷åíèå ñëåäóåò ïîìåñòèòü â ïîëå link ïðåäûäóùåãî ïî îòíîøåíèþ ê ôîðìèðóåìîìó ýëåìåíòó ñïèñêà.  ïîëå link ïîñëåäíåãî ýëåìåíòà ñïèñêà ñëåäóåò ïîìåñòèòü «ïóñòîé» àäðåñ, êîòîðûé îáîçíà÷àåòñÿ çàðåçåðâèðîâàííûì ñëîâîì NULL. Çàïîëíåíèå îñòàëüíûõ (èíôîðìàöèîííûõ) ïîëåé ýëåìåíòà ñïèñêà îñóùåñòâëÿåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ íàçíà÷åíèåì ñïèñêà â êîíêðåòíîé çàäà÷å è àëãîðèòìîì åå ðåøåíèÿ. Ïðè ýòîì äîñòóï ê ïîëþ îðãàíèçóåòñÿ ÷åðåç óêàçàòåëü íà ýëåìåíò ñïèñêà, íàïðèìåð: base–>info1=, 17

åñëè base ñîäåðæèò àäðåñ ôîðìèðóåìîãî ýëåìåíòà ñïèñêà. Íèæåïðèâåäåííàÿ ïðîãðàììà ôîðìèðóåò ëèíåéíûé ñïèñîê èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòè çàïèñåé òåêñòîâîãî ôàéëà. void main() { struct list{ //òèï ýëåìåíòà ñïèñêà char *inf; struct list *link; } FILE *f; struct list *first, *base, *r; f=fopen("file.txt","r") //ôàéë ñ äàííûìè äëÿ ñïèñêà first=new stuct list; //îòâåäåíèå ïàìÿòè äëÿ ïåðâîãî ýëåìåíòà ñïèñêà base=first; r=base; while( !feof(f)) { base–>inf=new char [5]; // çàïîëíåíèå èíôîðìàöèîííîãî fgets(base–>inf,5,f,); // ïîëÿ ýëåìåíòà ñïèñêà base–>link=new struct list; //îòâåäåíèå ïàìÿòè äëÿ î÷åðåäíîãî ýëåìåíòà è çàïîëíåíèå //ïîëÿ óêàçàòåëÿ ïðåäûäóùåãî ýëåìåíòà ñïèñêà r=base; base=base–>link; //ïåðåìåùåíèå òåêóùåãî óêàçàòåëÿ íà ñëåäóþùèé ýëåìåíò ñïèñêà }; delete base; //îñâîáîæäåíèå íàïðàñíî îòâåäåííîé ïàìÿòè if (r!=first ) r–>link=NULL; else first=NULL; //çàïîëíåíèå ïîëÿ óêàçàòåëÿ ïîñëåäíåãî //ýëåìåíòà ñïèñêà } 2. Çàäàíèå íà ëàáîðàòîðíóþ ðàáîòó Íàïèñàòü ïðîãðàììó ïîñòðîåíèÿ ëèíåéíîé ñïèñêîâîé ñòðóêòóðû, ñîäåðæàùåé äàííûå ñèìâîëüíîãî òèïà, à òàêæå ïðîöåäóðó, ðåàëèçóþùóþ â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ îäíó èç îïåðàöèé íàä ñïèñêîâîé ñòðóêòóðîé. 1. Âêëþ÷åíèå â ñïèñîê íîâîé çàïèñè ïîñëå çàïèñè ñ çàäàííûì íîìåðîì k. 2. Óäàëåíèå èç ñïèñêà çàïèñè ñ çàäàííûì íîìåðîì k. 18

3. Îáìåí äàííûìè çàïèñåé ñ çàäàííûìè íîìåðàìè k è l. 4. Âêëþ÷åíèå â ñïèñîê íîâîé çàïèñè ïîñëå çàïèñè ñ çàäàííûì çíà÷åíèåì ïîëÿ äàííûõ. 5. Óäàëåíèå èç ñïèñêà çàïèñè ñ çàäàííûì çíà÷åíèåì ïîëÿ äàííûõ. 6. Ðàçáèåíèå ñïèñêà íà äâà ñïèñêà îäèíàêîâîé äëèíû (+–1). 7. Èçìåíåíèå ïîðÿäêà ñëåäîâàíèÿ çàïèñåé â ñïèñêå íà ïðîòèâîïîëîæíûé. 8. Îáúåäèíåíèå äâóõ çàäàííûõ ñïèñêîâ â îäèí. 9. Ïîñòðîåíèå êîïèè çàäàííîãî ñïèñêà. 10. Ïðåîáðàçîâàíèå çàäàííîãî ëèíåéíîãî ñïèñêà â êîëüöåâîé ñ óêàçàòåëåì íà ïåðâóþ çàïèñü, èìåâøóþ â ëèíåéíîì ñïèñêå íîìåð k. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 8 ØÀÁËÎÍÛ ÔÓÍÊÖÈÉ 1. Ïåðåãðóçêà è øàáëîíû ôóíêöèé  ïðîãðàììå ìîæåò áûòü ðàçìåùåíî íåñêîëüêî ôóíêöèé ñ îäíèì è òåì æå èìåíåì, åñëè ñïèñêè ôîðìàëüíûõ ïàðàìåòðîâ ó íèõ ðàçëè÷íû. Òàêèì îáðàçîì, òðåáîâàíèå óíèêàëüíîñòè ïðåäúÿâëÿåòñÿ ê ðàñøèðåííîìó èìåíè ôóíêöèè, ñîñòîÿùåìó èç ñîáñòâåííî èìåíè ôóíêöèè è ñïèñêà ôîðìàëüíûõ ïàðàìåòðîâ. Äëÿ îïèñàíèÿ ñåìåéñòâà ôóíêöèé, ðåàëèçóþùèõ àíàëîãè÷íûå àëãîðèòìû, ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ øàáëîíîì ôóíêöèè â ñîîòâåòñòâèè ñî ñëåäóþùèì ñèíòàêñèñîì: template () {} Ñïèñîê ôîðìàëüíûõ ïàðàìåòðîâ øàáëîíà ñîäåðæèò ôîðìàëüíûå ïàðàìåòðû òèïà, ðàçäåëåííûå çàïÿòûìè. Ôîðìàëüíûé ïàðàìåòð ìîæåò ñîñòîÿòü èç êëþ÷åâîãî ñëîâà class è èäåíòèôèêàòîðà òèïà. Ïðèìåð îïèñàíèÿ øàáëîíà: template min(T t1,T t2) {if(t1, t2) return t1; else return t2;} Êîíêðåòíàÿ ôóíêöèÿ ãåíåðèðóåòñÿ èç øàáëîíà êîìïèëÿòîðîì ïðè îáðàáîòêå âûçîâà ôóíêöèè ñ êîíêðåòíûìè ôàêòè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè. 19

×òîáû óòî÷íèòü øàáëîí äëÿ îñîáûõ òèïîâ ïàðàìåòðîâ ôóíêöèè, ìîæíî îïðåäåëèòü ñïåöèàëèçèðîâàííûå øàáëîííûå ôóíêöèè. Òàê, â äîïîëíåíèå ê âûøåïðèâåäåííîìó ïðèìåðó: //ñïåöèàëèçèðîâàííàÿ âåðñèÿ min(): char *min(char*t1,char*t2) {if(strcmp(t1, t2)