Cvičení 2

Témata

• Zápis konstant (literál)
• Proměnné
  • Jednoduché datové typy
  • Deklarace proměnných, globální a lokální proměnné
  • Přiřazení hodnoty proměnné
• Terminálový vstup a výstup
• Operátory
  • Binární operátory
  • Unární operátory ++, --
• Podmínka if
• Cyklus s podmínkou na začátku (cyklus while)
• Cyklus s podmínkou na konci (cyklus do while)

Zápis konstant (literál)

Desetinná čísla zapisujeme také obvyklým způsobem, pro oddělení celé a desetinné části používáme desetinnou tečku, např. 3.14, -6.354, 0.5. U čísel menších než 1 lze úvodní nulu vynechat, tedy .4 je totéž jako 0.4. Číslo lze zapsat i v tzv. semilogaritmickém tvaru - 4.25E-3, -1e6.

Znakové konstanty se uzavírají mezi apostrofy, např., 'a', 'A', 'x', '4', '*'. Potřebujeme-li zapsat konstatnu neviditelného (řídicího) znaku, použijeme zápis ve tvaru '\ddd', kde ddd je osmičkový zápis kódu (ASCII kódu) příslušného znaku, resp. '\0xHH', kde HH je šestnáctkový zápis, např. '\0x0A' je znak nová řádka (LF). Pro nejpoužívanější řídicí znaky existují znakové ekvivalenty, uvedené v tab. 1:

Znakové konstanty nemají velikost 1 Byte, ale int.

Ačkoliv jazyk C nemá typ řetězec, lze zapsat řetězcové konstanty. Řetězcové konstanty se uzavírají do uvozovek, např. "Ahoj, světe!".

Proměnné

Jazyk C patří mezi tzv. jazyky s deklarovanými a typovanými proměnnými. Znamená to, že před použitím jakékoliv proměnné v kódu programu je nutné proměnnou deklarovat (neformálně, napsat seznam proměnných). Termín typované proměnné značí, že u každé proměnné je povinnost uvést, jakého je datového typu. Datový typ determinuje hodnoty, které může proměnná obsahovat (neboli typ určuje množinu hodnot) a také množinu operací, které je možné s proměnnými provádět.

Povinnost deklarovat proměnné má výhodu pro programátory v tom, že překladač snadno odhalí překlepy programátora v názvech (identifikátorech) proměnných. Určení typu proměnné umožňuje kontrolovat při překladu, zda programátor nepřiřazuje proměnné nesmyslná data nebo nepíše do kódu nepovolené či „podivné“ operace, např. se nepokouší sčítat znaky (jazyk C na rozdíl od Pascalu ale tuto operaci dovolí, protože se jedná o jazyk se slabou typovou kontrolou, kdy se kontrola provádí pouze na úrovni vnitřní reprezentace). Typování proměnných překladači umožní také generovat efektivní kód.

Jednoduché datové typy

• znakový, jehož hodnotou je jedno písmeno (znak),
• celočíselné, jejichž hodnotami jsou celá čísla (zpravidla se znaménkem),
• typy v pohyblivé řádové čárce, jejichž hodnotami jsou desetinná čísla

Norma jazyka nedefinuje velikost celočíselných typů, pouze musí platit sizeof(short)<=sizeof(int)<=sizeof(long). Výsledkem operátoru sizeof() je počet bytů, na kolik je typ v daném překladači implementován. Větší počet bytů znamená přirozeně větší rozsah zobrazitelných čísel. Základní celočíselný typ je typ int, měl by být implementován „nejvýhodněji“ pro danou platformu (např. pro 32 bitový překladač by měl mít velikost 32 bitů).

Celočíselné typy jsou standardně v reprezentaci se znaménkem (bit nejvyššího řádu je znaménkový, čísla jsou uložena v tzv. doplňkovém kódu), např. 16 bitový celočíselný typ má rozsah zobrazitelných čísel -32768 až +32767. Pro reprezentaci čísel bez znaménka existuje v jazyce klíčové slovo unsigned, kterým typ modifikujeme - unsigned short, unsigned int, unsigned long, typ unsigned int je možné zkrátit na unsigned. Klíčové slovo signed ve verzi K&R neexistovalo, bylo doplněno až ve verzi ANSI. Typ char má velikost 1 slabiku (1 Byte) a na proměnné tohoto typu je možné v jazyce C nahlížet také jako na čísla (jazyk C je jazyk se slabou typovou kontrolou!). Reprezentace typu char je zpravidla se znaménkem, závisí na překladači.

Do proměnných typu float a double je možné uložit desetinná čísla, typ double má dvojitou přesnost, tj. větší počet desetinných míst. Čísla v této reprezentaci jsou interně uložena jako trojice znaménko, mantisa, exponent. Tato reprezentace je čtenáři dobře známa ze zápisů čísel zejména ve fyzice, např. -3,4x102, kde znaménko je zřejmé, 3,4 je mantisa, 2 je exponent.

Poznámka: Celočíselné konstanty jsou standardně typu int, chceme-li explicitně vyjádřit konstantu typu long, připojíme za zápis čísla příponu L, např. 126L, obdobně U pro typ unsigned. Desetinné konstanty jsou typu double, konstantu typu float zapíšeme pomocí přípony F, 1.6F.

Poznámka: V jazyce C++ již existuje datový typ bool, jehož oborem hodnot jsou dvě hodnoty true/false (pravda/nepravda).

Pro představu uvádíme rozsahy hodnot pro jednotlivé datové typy u typického 32-bitového překladače v tabulce 3. Znovu připomínáme, že standard jazyka C nedefinuje velikost typů, jejich reprezentace záleží na konkrétním překladači (platformě), musí platit nerovnost uvedená výše.

Deklarace proměnných

Příklad: Nadeklarujeme jednu proměnnou c typu char, dvě proměnné a, b typu int a proměnnou polomer typu float.

char c;
int a, b;
float polomer;

int a=3, b;

Proměnné mohou být globální a lokální. Globální proměnné jsou deklarovány vně jakékoliv funkce a jsou viditelné (použitelné) v celém zdrojovém kódu, lokální proměnné jsou lokální pouze v daném bloku, tj. části kódu uzavřené mezi { }.

int volba; /* Toto je globální proměnná, viditelná ve funkci obsah i v hlavním programu */

int obsah()
{
  float x, y;  /* Proměnné x a y jsou lokální ve funkci obsah */
}

int main(int argc, char **argv)
{
  int a;  /* Lokální proměnná viditelná pouze v hlavním programu */
  
}

int a, b; float x, y;

a = 3; 
b = 3*a;  /* násobení */
x = y = 3.5; /* vícenásobné přiřazení */

Terminálový vstup a výstup

Funkce printf je funkce s proměnlivým počtem parametrů. První parametr je povinný formátovací řetězec, který určuje, jak má vypadat tištěný text na obrazovce. Běžné znaky, které se v řetězci objeví, se tisknou na obrazovku. V řetězci je možné použít znakové ekvivalenty z tabulky 2.
V minulém cvičení jsme tiskli pomocí této funkce text Ahoj světe:

printf("Ahoj, svete!");

printf("Součet čísel %d + %d = %d.\n",a,b,a+b);

Přehled několika specifikátorů za znakem % uvádí tabulka 4:

Číslo typu double se vypisuje také pomocí %f, v některých překladačích však %lf. Specifikace způsobu výpisu je mnohem bohatší, např. umožňuje určit počet tištěných desetinných míst či celkový minimální počet tištěných znaků, způsob zarovnání čísla doprava či doleva, vyplnění vlevo mezerami či nulami, povinný tisk znaménka apod. Odkazuji na dokumentaci překladače.

Pro vstup dat z klávesnice slouží funkce scanf. Její syntaxe je obdobná jako u printf: první povinný parametr je formátovací řetězec, pak následují adresy paměťových buněk, kam se mají načtená data uložit. Pro specifikaci typu vstupních dat se používají stejné sekvence se znakem %, např.:

scanf("%d %d",&a,&b); 

Operátory

Binární operátory

Operátory pro sčítání, odčítání, násobení a dělení lze aplikovat na celočíselné i neceločíselné operandy, operátor zbytek po celočíselném dělení (modulo) pouze na celočíselné operandy. Typ výsledku závisí na typu operandů. Zjednodušeně, jsou-li operandy celočíselné, je výsledek celočíselný. Je-li jeden z operandů neceločíselný, je i výsledek neceločíselný.

Stejné pravidlo se aplikuje při rozlišování mezi celočíselným a neceločíselným dělením. Jazyk C nemá dva různé operátory pro celočíselný a neceločíselný podíl (např. jazyk Pascal má operátor / pro neceločíselné dělení a div pro celočíselné dělení). Překladač rozezná typ operace podle typu operandů. Jsou-li oba operátory celočíselné, jedná se o celočíselné dělení. Je-li jeden z operandů neceločíselný, jde o neceločíselné dělení.

Příklad:

Mějme deklarace: int a, b; float x, y;

V následujících zápisech jde o celočíselné dělení: a/b 5/3 a/2.
A v těchto případech jde o neceločíselné dělení: x/y 3.5/5 x/2.

Má-li být operace dělení mezi dvěma celočíselnými proměnnými provedena jako neceločíselná, je potřeba převést alespoň jeden operand na neceločíselný. To se provádí pomocí tzv. přetypování (typecasting). Přetypování představuje dočasnou změnu vnitřní reprezentace dat. Přetypování se v jazyce C provádí takovým způsobem, že do kulatých závorek před výraz zapíšeme datový typ, na který chceme výsledek výrazu převést, např.: (float) a. Tím překladači sdělujeme, že v tomto okamžiku má celočíselnou proměnnou a převést do reprezentace typu float (jinak řečeno: „nyní se dívej na proměnnou a jako na číslo typu float“). Samozřejmě, samotná proměnná a zůstává nadále celočíselná. Tedy, neceločíselný podíl dvou celočíselných proměnných zapíšeme z = (float)a/b;

Operace zbytek po celočíselném dělení je zřejmá, např. výsledek 8%3 je 2.

Unární operátory ++, --

Příklad:

int main(int argc, char **argv)
{
  int a;
  a = 3;
  a = a+1; // po provedení má a hodnotu 4
  a++; // po provedení má a hodnotu 5
  a--;  // po provedení má a opět hodnotu 4
  --a; // po provedení má a hodnotu 3 
  return 0;
}

Příklad:

int main(int argc, char **argv)
{
  int a, b, c, d;
  a = 2; b = 3;
  /* Použití operátoru v postfixové formě */
  c = a*b++;  
  /* Zde je použit operátor v postfixové formě. Nejprve je hodnota proměnné b (3)
     použita k vynásobení hodnoty proměnné a a potom je hodnota b zvýšena o 1.
     Násobí se tedy 2*3, v proměnné c je po vyhodnocení výrazu hodnota  6 a v proměnné b 4.
  */

  /* Použití operátoru v prefixové formě */ 
  d = a*++b;
  /* Zde je použit operátor v prefixové formě. Nejprve je hodnota proměnné b (4)
     zvýšena o 1 a pak teprve použita k vynásobení hodnoty proměnné. 
     Násobí se tedy 2*5, v proměnné d je po vyhodnocení výrazu hodnota  10 a v proměnné b 5.
  */
 
 return 0;
}

Podmínka (příkaz if)

Syntaxi a sémantiku ve formě vývojového diagramu podmíněného příkazu v jazyce C ukazuje tabulka 6 (ve dvou variantách).

Syntaxe	Odpovídající vývojový diagram
if (výraz) příkaz;
if (výraz) příkaz1; else příkaz2;

Tabulka 6: Syntaxe a sémantika podmínky v jazyce C

Jazyk C (a nejen C) je nejednoznačný jazyk, tj. pomocí více gramatických pravidel lze generovat stejné věty. Proto je jazyk doplněn o dodatečná pravidla, která zaručují jednoznačnost. Je-li vnořeno více podmínek „do sebe“ a za nimi následuje else, vztahuje se vždy k nejbližšímu if. Dále platí pravidlo, že k větvi podmínky za if nebo k větvi else náleží vždy jeden příkaz, ostatní jsou již mimo podmíněný příkaz. Chceme-li mít v příslušné větvi více příkazů, musíme je uzavřít do bloku mezi závorky { }, viz tabulka 7.

Syntaxe	Odpovídající vývojový diagram
if (výraz) { příkaz1; příkaz2; } else { příkaz3; příkaz4; }

Tabulka 7: Uzavření příkazů do bloku

Pomocí závorek můžeme upravit i příslušnost else k určitému if. Nechť čtenář sám rozliší sémantiku dvou následujících zápisů a zkusí si nakreslit odpovídající vývojový diagram.

if (výraz1) 
  if (výraz2) příkaz2;
  else příkaz3;

if (výraz1) 
  { if (výraz2) příkaz2; }
  else příkaz3;

Příklady:

int a, b; float x; char c;
...
if (a < 3) ...
if (b == 10) ...
if (x <= 3.5) ...
if (c != 'A') ...

Poznámka: Skutečnost, že v podmínce může být zapsán libovolný výraz, má mnoho důsledků. Následující zápisy jsou správné: if (x) ...; if (a+b) ...; V prvém případě, pokud je hodnota proměnné x různá od nuly, je podmínka splněna. Ve druhém případě jsou sečteny hodnoty proměnných a, b. Je-li součet nenulový, podmínka je splněna; výsledek součtu se neuloží. Protože je přiřazení v jazyce C definováno jako výraz, lze v podmínce provést současně přiřazení a porovnání:

if ((x=a+b)<10) ...;

Složené výrazy

Spojky se musí zapisovat jako pár symbolů, jinak jde o bitové operátory!

Příklady:

if (a < 3 && a > 1) ...
if (!(b == 10)) ...

Ještě připomeňme, že konjukce výroků je pravdivá, jsou-li pravdivé oba výroky. Disjunkce je pravdivá, je-li pravdivý alespoň jeden z výroku (matematické nebo není výlučné). Pro práci s výroky je vhodné si zopakovat De Morganovy zákony:

V jazyce C se provádí zkrácené vyhodnocování složených podmínek. Je-li již z dosavadního výpočtu zřejmé, že podmínka je splněna/nesplněna, další výrazy se ve složených výrocích již nevyhodnocují.

while (výraz) příkaz;

while (výraz)
{
  příkaz1;
  příkaz2;
}

Sémantika cyklu je jednoduchá a zřejmá: dokud je podmínka splněna, provádějí se příkazy v těle cyklu. Nechť si čtenář uvědomí, že tělo cyklu nemusí proběhnout ani jednou. Pokud není již před vstupem do cyklu podmínka splněna, do těla cyklu se nevstupuje.

Příklad jednoduchého programu s cyklem while je výpis malé násobilky čísla 3:

int i = 0;
while (i<=10)
{
  printf("%d ",i*3);
  i++;
}

Úloha 2.1:

Napište program pro výpočet obsahu obdelníka. Velikosti stran zadejte z klávesnice. Vyzkoušejte, co se stane, zapomenete-li deklarovat proměnnou nebo nesouhlasí-li počet parametrů funkcí printf, scanf. Při výpisu výsledku vyzkoušejte různé způsoby formátování (omezený počet des. míst, semilogaritmický tvar). Obě hodnoty velikosti stran načítejte pomocí jedné funkce scanf, otestujte, zda funkce scanf zkonvertovala správně obě vstupní čísla.

Řešení:

Dev C++:	obsah.dev, obsah.c
CodeBlocks:	obsah.cbp, obsah.c

Úloha 2.2:

Napište program který načte z klávesnice dva časy ve tvaru hh:mm:ss a vytiskne jejich součet. Pro čtení času v tomto formátu využijte vhodně formátovací řetězec ve funkci scanf, ošetřete chybu zadání času. Výsledný čas vypište ve stejném formátu jako vstupní data, každou složku času zobrazte na dvě cifry (hodiny minimálně na dvě místa) s úvodní nulou.

Řešení:

Dev C++:	casy.dev, casy.c
CodeBlocks:	casy.cbp, casy.c

Úloha 2.3

Upravte program pro výpočet nejmenšího společného násobku z minulého cvičení; napište cyklus while co nejúsporněji.

Řešení:

Dev C++:	nsn2.dev, nsn2.c
CodeBlocks:	nsn2.cbp, nsn2.c

Úloha 2.4

Napište program, který vypočítá ciferný součet zadaného přirozeného čísla. Číslo je zadáno jako typ int.

Příklad vstupu:
157

Příklad výstupu:
Ciferny soucet cisla 157 je 13.

Návod: použijte cyklus while, využijte operací zbytek po celočíselném dělení a celočíselné dělení.

Řešení:

Dev C++:	cif_soucet.dev, cif_soucet.c
CodeBlocks:	cif_soucet.cbp, cif_soucet.c

Úloha 2.5

Napište program, který čte posloupnost celých čísel ukončených nulou. Pak vypíše, kolik bylo čísel v intervalu 3 .. 10 (včetně hranic) a dále vypíše nejmenší číslo. Ukončující nula se mezi hodnoty posloupnosti již nepočítá.

Příklad vstupu:
2 -1 3 5 20 0

Příklad výstupu:
Pocet hodnot mezi 3 az 10: 2
Nejmensi cislo: -1
Návod: použijte cyklus while, k načítání hodnot využijte funkci scanf.

Řešení:

Dev C++:	posloupnost.dev, posloupnost.c
CodeBlocks:	posloupnost.cbp, posloupnost.c

do příkaz; while (výraz);

do
{
  příkaz1;
  příkaz2;
}
while (výraz);

do
{
  printf("Zadej kladne cele cislo: ");
  scanf("%d",&n);
  if (n < 0) printf("Zadane cislo musi byt kladne!");
}
while (n<0);