C++: Методические указания к выполнению лабораторных работ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРИБОРОСТРОЕНИИ ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ НА С/С++

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Санкт-Петербург 2005 1

Составитель канд. техн. наук Е. М. Анодина-Андриевская Рецензент канд. техн. наук С. Д. Субочев Содержат теоретический материал и методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Компьютерные технологии в приборостроении». Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 1910, 1903, 1902, 5515, изучающих дисциплину «Компьютерные технологии в приборостроении». Подготовлены к публикации кафедрой компьютерных систем автоматизации и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения.

Редактор А. М. Картухина Компьютерная верстка О. И. Бурдиной Подписано к печати 09.11.05. Формат 60´84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,74. Уч.-изд. л. 1,93. Тираж 100 экз. Заказ № Редакционно-издательский отдел Отдел электронных публикаций и библиографии библиотеки Отдел оперативной полиграфии ГУАП 190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 67

© ГОУ ВПО «СПбГУАП», 2005 2

ПРЕДИСЛОВИЕ В результате изучения дисциплины «Компьютерные технологии в приборостроении» студенты д о л ж н ы : – получить представление об аппаратных и программных средствах ЭВМ, программных средствах автоматизации математических расчетов; – усвоить основные принципы математического моделирования, алгоритмизации и программирования на языках С/С++; – освоить практические приемы использования систем автоматизации математических расчетов для решения инженерных задач. Дисциплина «Компьютерные технологии в приборостроении» предполагает проведение ряда лабораторных работ. Цель работ: освоение технологии разработки программ с использованием языков программирования С/С++. Методические указания предназначены для выработки у студентов навыков программирования на языках С/С++. В издании рассмотрены основные понятия программирования: – построение программы; – описание типов данных; – организация ввода и вывода данных; – конструкции основных операторов; – организация работы с массивами, структурами и файлами; – особенности работы с функциями; – организация графического вывода данных. 1. ОСНОВЫ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ С/С++ 1.1. Описание языков программирования С/С++ В системы программирования на языках С/С++ входят: – интегрированная среда программирования (программа, содержащая встроенный редактор текстов, подсистему работы с файлами, систему помощи, встроенный отладчик и т. д.); – компилятор исходного текста программы; – редактор связей; – библиотеки заголовочных файлов; – библиотеки функций; – программы-утилиты. Текст программы на языках С/С++ содержит базовые символы, которые можно разделить на следующие группы: – буквы латинского алфавита; 3

– десятичные цифры; – знаки операций; – скобки; – знаки пунктуации; – специальные символы. Комбинации базовых символов без пробелов образуют составные символы. Символы пробела, табуляции, перевода строки, возврата каретки относятся к пробельным символам. Совокупность букв, цифр и знаков подчеркивания, задающая имя переменной, название функции или ключевое слово в программе, называется идентификатором. Ключевые слова – это предопределенные идентификаторы, используемые для составления текста программы. Синтаксически неделимая единица текста программы, имеющая определенный смысл для компилятора, от 1 до нескольких символов алфавита, в том числе знаки пунктуации, скобки, ключевые слова, константы и идентификаторы переменных и функций, называется лексемой. Границами лексем служат пробельные символы или другие лексемы. 1.2. Структура программы на С/С++ Программа на языке высокого уровня содержит формализованный текст, включающий описательные предложения для представления объектов программы и исполняемые предложения (операторы), реализующие алгоритм задачи. Программа на языках С/С++ представляет собой набор функций, т. е. вспомогательных программных единиц. Одна из них является обязательной, за которой закреплено имя main(). Для выделения части кода используются фигурные скобки «{}», конец инструкции отмечается точкой с запятой «;». Комментарии отмечаются знаками «/* */». В С++ возможно также использование знаков «// ». Структура программы: тип main (параметры) /*имя функции, указывающей точку входа*/ { /*блок инструкций*/ инструкция 1; ... инструкция N; return (значение); } “Тип” – это ключевое слово типа для взвращаемого функцией значения или при отсутствии типа ключевое слово void (отсутствие типа). 4

“Параметры” – это необязательный список формальных параметров с их типами. Программа обычно содержит директивы препроцессора – указания для предварительной обработки текста исходного файла перед его компиляцией. Директивой является строка, начинающаяся с символа “#”. Директивы включения файлов позволяют подключить общие файлы заголовков с расширением “.h”, через которые осуществляется доступ к стандартным библиотекам. Формат директивы имеет следующий вид: # include < имя_файла >. Директивы подстановки имен позволяют программисту создавать собственные символические константы и макроопределения для фрагментов исходного текста программы по формату: # define идентификатор текст. 1.3. Представление данных в С/С++ Данные, используемые в вычислительном процессе – это константы и переменные. Константы – это неизменяемые величины в программе, определяемые их типом и формой представления. Определение констант: # define имя_константы значение main() { } В С++ возможен следующий вариант определения констант: main() { const тип1 имя_константы1 = значение1; ... const тип N имя_константыN = значениеN; } Переменные – это данные, значения которых могут меняться в ходе работы программы. Определение переменных: main() { тип1 имя_переменной1_1, ..., имя_переменной1_M; ... тип N имя_переменной N_1, ..., имя_переменной N_M; } 5

В С/С++ типы данных разбиваются на четыре типа: – “пустой” (void), – скалярный (арифметические типы, перечисления, указатели и в С++ – ссылочный тип), – “функция”, – агрегированный (массивы, структуры, объединения и в С++ – классы). Типы подразделяются на основные и производные. К основным относятся void, char, int, float совместно с вариантами short, long, signed, unsigned. Производные – это указатели и ссылки на другие типы, массивы, функции, классы, структуры и объединения. Наиболее распространенные типы констант и переменных в С/C++ приведены в табл. 1. Таблица 1 Oбозначение

Название

Kоличество байт

Примеры использования константы

переменные

символьные данные –128...127

1

#define C 'A' char c const char f = 'A'

unsigned символьные данные char 0...255

1

#define C 'A'

unsigned char c

int

–32768...32767

2

#define I 7

int n

short int

–32768...32767

2

short int k

2

unsigned int i

–2147483648... 2147483647

4

long int j

unsigned 0...4294967295 long

4

unsigned long l

char

unsigned 0...65535 int long int

float

3.4*Е–38... 3.4*Е+38

4

double

1.7*Е–308... 1.7*Е+308

8

double b,d,f

long double

3.4*E–4932... 3.4*Е+4932

10

long double g

6

#define PI 3.14 float a,b

1.4. Ввод и вывод в С/С++ Для реализации функций ввода-вывода необходимо включить в текст программы файлы заголовков stdio.h (подключение функций стандартного ввода-вывода) и conio.h (подключение функций консольного ввода-вывода) с помощью директивы # include: # include <stdio.h>, # include . Стандартный ввод-вывод может быть двух видов: форматированный и неформатированный. Функции ввода и вывода приведены в табл. 2. Таблица 2 ВЫВОД

Функция

Назначение

ВВОД

Примеры Функция использования

Назначение

Примеры использования

Форматированный ввод и вывод (файл заголовков stdio.h) printf("n= %d, scanf printf для ввода scanf("%f", для вывода v= %f",n,v) (формат, (формат, данных &a) данных данные) данные) Строка формата заключается в кавычки и может содержать любой текст и метки, называемые указателями формата. Kаждый указатель формата начинается с символа "%", после которого стоит буква, указывающая тип данных: – %d – целое число – %o – целое число в восьмеричной системе – %u – целое число – %x – целое число в шестнадцатеричной системе – %f – вещественное число типа float или double без знака – %e – вещественное число в экспоненциальной форме – %c – символ – %g – вещественное число в наиболее короткой форме – %s – строка Неформатированный ввод и вывод (файл заголовков stdio.h) для вывода # define C'A' main() на экран char s ='ABC' { для ввода строковых main() char s[15]; gets() строки в литералов, puts() {puts('ABC'); переменную gets(s); констант и puts(C); } переменputs(s);} ных # define C 'A' main() для вывода main() { для ввода с единичного {char l; клавиатуры char с; putchar() getchar() символа на putchar('A'); int i; единичного putchar(C); экран c = getchar(); символа i = getchar();} putchar(l);}

7

Окончание табл. 2 ВЫВОД

Функция

Назначение

ВВОД

Примеры Функция использования

Назначение

Примеры использования

Kонсольный ввод и вывод (файл заголовков conio.h) код нажатой c=getch(); getch() клавиши без для вывода getch(); отображениея единичного putch(C); putch() символа на код нажатой экран getche () клавиши с c=getche(); отображением вывод cputs() строк с указанием вывод соcputs('ABC') цвета текста общений и cprintf("ABC\n\r") и фона cprintf() значений переменных В С++ вводвывод данных любых типов (файл заголовков iostream.h)

}

cout

вывод данных

coutp

Перемещением курсора на экране можно управлять с помощью escape-последовательностей: \a – «звуковой сигнал»; \b – «возврат на шаг»; \f – «перевод страницы»; \n – «новая строка»; \r – «возврат каретки»; \t – «горизонтальная табуляция»; \v – «вертикальная табуляция». Escape-последовательности также можно использовать для вывода на экран специальных символов: \’ – одинарная кавычка; \” – двойная кавычка; \\ – обратная косая черта; \? – знак вопроса. Цвет текста задается функцией textcolor (цвет). В качестве параметра “цвет” используются данные табл. 3.

8

Таблица 3 Цвет

Kонстанта

Значение константы

Черный

BLACK

0

Синий

BLUE

1

Зеленый

GREEN

2

Бирюзовый

CYAN

3

Kрасный

RED

4

Сиреневый

MAGNETA

5

Kоричневый

BROWN

6

Светло-серый

LIGHTGRAY

7

Серый

DARKGRAY

8

Голубой

LIGHTBLUE

9

Светло-зеленый

LIGHTGREEN

10

Светло-бирюзовый

LIGHTCYAN

11

Алый

LIGHTRED

12

Светло-сиреневый

LIGHTMAGNETA

13

Желтый

YELLOW

14

Белый

WHITE

15

Цвет фона задается функцией textbackground (цвет). В качестве параметра “цвет” используются данные табл. 4: Таблица 4 Цвет

Kонстанта

Значение константы

Черный

BLACK

0

Синий

BLUE

1

Зеленый

GREEN

2

Бирюзовый

CYAN

3

Kрасный

RED

4

Сиреневый

MAGNETA

5

Kоричневый

BROWN

6

Светло-серый

LIGHTGRAY

7

9

Команда gotoxy(x,y) переводит курсор в позицию с указанными координатами. Координата x задает номер колонки, координата y – номер строки, на пересечении которых находится знакоместо, куда переводится курсор. Команда clrscr() очищает экран и закрашивает его цветом, заданным функцией textbackground (цвет). Команда window(x1, y1, x2, y2) определяет окно – прямоугольная область экрана. Параметры x1, y1 задают координаты левого верхнего угла относительно экрана, параметры x2, y2 – координаты правого нижнего угла. 1.5. Операции в С/С++ Операции в С/С++ можно условно разделить на виды (табл. 5). Таблица 5 Название

Арифметические операции

Действие

+

сложение

–

вычитание

*

умножение

/

деление

Пример

A%(B*((C–D)+(G–F))/P–Q) % остаток от деления нацело ()

Инкремент и декремент

изменение приоритетов

++ увеличение значения --

уменьшение значения

== равно

Операции отношения

Логические операторы

j=--i; j=i--; A==B

>

больше

A>B


=B

1;

1.6. Операторы ветвления Операторы ветвления (табл. 6) служат для выбора продолжения вычислительного процесса из группы альтернатив. Таблица 6 Kонструкция

Пример

1. if (a>b) a=b; if (условие) 2. if (i>1 && i