Объектно-ориентированное программирование на Borland C++

В полной форме условного оператора при ненулевом значении выражения-условия выполняется оператор-1 с последующим переходом к следующему оператору программы, а при нулевом значении выражения условия выполняется оператор-2 с переходом к следующему оператору программы.

Переключатель позволяет выбрать одну из нескольких возможных ветвей высислений и строится по схеме:

switch (целое выражение) оператор.

Оператор в этом случае представляет собой тело переключателя, практически всегда является составным и имеет такой вид:

{case константа-1: операторы

case константа-2: операторы

default: операторы

};

Выполнение переключателя состоит в вычислении управляющего выражения и переходе к группе операторов, помеченных case-меткой, равной управляющему выражению, если такой case-метки нет, выполняются операторы по метке default. Пункт default может отсутствовать и тогда, если управляющему выражению не соответствуют ни одна case-метка, весь переключатель эквивалентен пустому оператору. Следует учитывать, что при выполнении переключателя происходит переход на оператора с выбранной case-меткой и дальше операторы выполняются в естественном порядке. Например, в переключателе

switch (count)

{case 1 : x=1;

case 2 : x=2;

case 3 : x=3;

default : x=4;

};

если значение count равно 1, то после перехода на case 1 будут выполнены все операторы, в результате x станет равным 4. Чтобы разделить ветви переключателя, в конце каждой ветви нужно записать оператор break, не имеющий операндов. По этому оператору происходит выход из переключателя к следующему оператору программы:

switch (count)

{case 1 : x = 1; break;

case 2 : x = 2; break;

case 3 : x = 3; break;

default : x = 4;

};

Теперь в зависимости от значения count будет выполняться только одна ветвь переключателя и x будет принимать одно из четырех предусмотренных значений.

В Си/Си++ имеется три варианта оператора цикла: цикл с предусловием, цикл с постусловием и цикл с параметром.

Цикл с предусловием строится по схеме

while (выражение-условие) оператор.

При каждом повторении цикла вычисляется выражение-условие и если значение этого выражения не равно нулю, выполняется оператор - тело цикла. Цикл с постусловием строится по схеме:

do оператор while (выражение-условие).

Выражение-условие вычисляется и проверяется после каждого повторения оператора - тела цикла, цикл повторяется, пока условие выполняется. Тело цикла в цикле с постусловием выполняется хотя бы один раз.

Цикл с параметром строится по схеме:

for (E1; E2; E3) оператор

где E1, E2 и E3 - выражения скалярного типа. Цикл с параметром реализуется по следующему алгоритму:

1. Вычисляется выражение E1. Обычно это выражение выполняет подготовку к началу цикла.

2. Вычисляется выражение E2 и если оно равно нулю выполняется переход к следующему оператору программы ( выход из цикла ). Если E2 не равно нулю, выполняется шаг 3.

3. Выполняется оператор - тело цикла.

4. Вычисляется выражение E3 - выполняется подготовка к повторению цикла, после чего снова выполняется шаг 2.

Пусть требуется подсчитать сумму элементов некоторого массива из n элементов.

С использованием цикла с предусловием это можно сделать так:

int s=0;

int i=0;

while (i < n) s +=a[ i ++];

Эта же задача с применением цикла с постусловием решается следующими операторами:

int s = 0;

int i = 0;

do s +=a[ i++]; while ( i < n );

Поскольку в данном случае повторениями цикла управляет параметр i, эту задачу можно решить и с помощью цикла третьего типа:

int i, s;

for ( s = 0, i = 0; i < n; i++) s +=a[ i ];

Объявления переменных можно внести в выражение E1 оператора for и все записать в виде одного оператора for с пустым телом цикла:

for ( int i = 0, s = 0; i < n; s += a [i++] ) ;

Для прерывания повторений оператора цикла любого типа в теле цикла может быть использован оператор break. Для перехода к следующему повторению цикла из любого места тела цикла может быть применен оператор continue. Эти операторы по своему назаначению аналогичны соответствующим операторам языка Паскаль.

Несмотря на то, что Си++ содержит полный набор операторов для структурного программирования, в него все же включен оператор перехода:

goto метка;

Метка задает адрес перехода и должна помечать оператор в том же составном операторе, которому принадлежит оператор goto. Вход в составной оператор, содержащий объявления данных, не через его начало, запрещен.

2.6 Функции

Любая программа на Си/Си++ содержит хотя бы одну функцию. Алгоритм решения любой задачи реализуется путем вызовов функций. Одна из функций считается главной и имеет фиксированное имя, эта функция вызывается операционной системой при запуске программы, а из нее могут вызываться другие функции. При работе в MS DOS главная функция имеет имя main.

Описание функции имеет общий синтаксис внешнего определения и отличается от описания переменного синтаксисом декларатора-инициализатора, который содержит идентификатор (имя ) функции и список параметров в круглых скобках. Тип функции - это тип значения, возвращаемого функцией. Функция может возвращать значение любого типа, кроме массива и функции, но допускается возвращать указатель на массив или указатель на функцию. Если функция не возвращает никакого значения, тип функции обозначается ключевым словом void.

В списке параметров указываются типы и имена параметров, передаваемых в функцию при ее вызове. Если функция не требует передачи ей аргументов, список параметров может быть пустым. Для совместимости с программами, написанными на Си, рекомендуется в качестве пустого списка параметров указывать ключевое слово void.

Полное описание функции содержит также тело функции, представляющее собой составной оператор. Составной оператор - это последовательность описаний внутренних данных и операторов, заключенная в фигурные скобки. Следует отметить, что в Си/Си++ описание функций не может быть вложенным, в теле функции нельзя объявить другую функцию.

Функция, возвращающая среднее арифметическое трех вещественных данных, может быть описана так:

double sred ( double x, double y, double z)

{ double s;

s = x + y + z;

return s / 3;

};

Для вызова такой функции при условии, что предварительно объявлены переменные p, a, b, и c, можно записать оператор:

p = sred (a, b, c );

Очевидно, что функция должна быть описана до того, как встретится ее первый вызов. Это не всегда возможно, например, когда две функции вызывают друг друга. Когда программа состоит из нескольких файлов, полное описание функции должно присутствовать только в одном файле, но вызовы функции возможны из разных файлов программы. Чтобы разрешить подобные противоречия предусмотрены две формы описания функций, полная форма, называемая также определением функции, и сокращенная, называемая описанием прототипа функции или просто прототипом. Прототип функции содержит только заголовок функции и задает таким образом имя функции, тип возвращаемого значения и типы параметров. По этой информации при компиляции программного файла можно проверить правильность записи вызова функции и использования возвращаемого значения. В Си++ требуется, чтобы вызову любой функции предшествовало в том же файле либо полное определение функции либо описание ее прототипа.

Следует отметить ряд дополнительных возможностей описания функций в Си++:

- При описании прототипа функции можно не указывать имена параметров, достаточно указать их типы.

- Для части параметров функции можно задавать значение по умолчанию, что позволяет вызывать функцию с меньшим числом аргументов, чем предусмотрено описанием функции. Значение по умолчанию можно указывать только для последних параметров в списке. Например, функция sred могла бы быть описана так:

double sred ( double x, double y, double z = 0)

{ double s;

s = x + y + z;

return s / 3;

};

К такой функции можно обращаться с двумя и с тремя аргументами.

- Функция может иметь переменное число параметров, для части параметров могут быть неизвестны их типы. Неизвестная часть списка параметров обозначается многоточием. Например, функция с прототипом

int varfunc ( int n, ... );

имеет один обязательный параметр типа int и неопределенное число параметров неизвестных типов. Правильная интерпретация такого списка параметров в теле функции требует от программиста дополнительных усилий.

При вызове функции аргументы передаются в функцию по значениям. Это значит, что для каждого аргумента в памяти создается его копия, которая и используется при вычислении функции. Следовательно, любые изменения значений аргументов в теле функции теряются при выходе из функции. Если аргумент является массивом, в функцию передается указатель на начальный элемент массива и присваивания элементам массива в теле функции изменяют значения элементов массива аргумента.

В С++ с объявлением функции связывается так называемая сигнатура функции, определяемая типом возвращаемого значения и типами параметров. Это позволяет назначать функциям, имеющим аналогичное назначение, но использующим параметры разных типов, одинаковые имена. Например, наряду с приведенной выше функцией sred для вущественных аргументов, в той же программе может присутствовать функция

double sred ( int x, int y, int z = 0)

{int s;

s = x + y + z;

return s / 3;

};

Функция, в теле которой отсутствуют операторы цикла и переключатели, может быть объявлена с дополнительным описателем inline. В точке вызова такой функции при компиляции просто вставляется тело функции с соответствующей заменой параметром на аргументы вызова. В результате экономится время на передачу параметров, переход на подпрограмму и организацию возврата в вызывающую программу. Функции с описателем inline называют встроенными, они реализуются как открытые продпрограммы. Типичный пример такой функции - определение наибольшего (наименьшего) из двух чисел:

inline int max ( int x1, int x2)

{return x1 > x2 ? x1 : x2 }

В системах программирования Turbo C++ и Borland C++ главная функция (функция main) может принимать три параметра, что позволяет вызывать Си-программы из командной строки DOS с передачей в программу необходимых аргументов. Стандартный прототип функции main имеет вид:

int main ( int argc, char *argv[ ], char *envp[ ] )

В конкретной программе можно объявлять функцию main без возвращаемого значения ( возвращающую тип void ), с использованием только двух первых параметров или вообще без параметров. Параметры argc и argv служат для передачи в программу аргументов в виде массива строк, argc содержит число элементов этого массива, а argv - это массив указателей на элементы массива, причем первый элемент массива, на который указывает argv [0], содержит имя программы (имя exe-файла программы), остальные элементы представляют собой аргументы из командной строки DOS. Параметр envp используется для доступа к элементам текущей среды DOS.

2.7 Библиотека времени выполнения

В определении языков Си и Си++ отсутствуют операторы ввода-вывода, операции над строковыми данными и многие другие средства, имеющиеся в других языках программирования. Этот недостаток компенсируется добавлением в системы программирования Си и Си++ библиотек функций, подключаемых к рабочим программам при редактировании связей и называемых библиотеками времени выполнения. Отделение этих библиотек от компилятора позволяет в необходимых случаях использовать различные варианты этих библиотек, например, для различных моделей ЭВМ или операционных систем.

Часть функций из библиотек времени выполнения стандартизована, в стандарте зафиксированы имя функции, ее назначение, перечень и типы параметров и тип возвращаемого значения. Другие функции ориентированы на конкретные модели ЭВМ и операционные системы, способы их вызова и использования могут быть различными в системах программирования разных фирм.

Чтобы обеспечить возможность контроля правильности вызова функций при компиляции программы, в систему программирования входят файлы заголовков функций времени выполнения. В файлах заголовков определяются прототипы библиотечных функций, а так же константы и типы данных, используемые этими функциями.

Ниже приведены имена некоторых файлов заголовков и назначение описанных в них прототипов групп функций.

Стандартом Си определены следующие файлы заголовков:

ASSERT.H - Содержит макросы для сообщений об ошибках при выполнении условия, задаваемого программистом.

CTYPE.H - Функции для проверки и преобразования данных типа char.

FLOAT.H - Макросы для операций над числами с плавающей точкой.

LIMITS.H - Макросы, задающие диапазоны представления целых.

LOCALE.H - Представление даты, времени, денежных единиц.

MATH.H - Пакет стандартных математических функций.

SETJUMP.H - Имена типов и функции для реализации операторов перехода, используется редко.

SIGNAL.H - Макросы для сигнализации об ошибках согласно стандарта ANSI.

STDARG.H - Макросы для вызова функций с переменным числом аргументов.

STDDEF.H - Определение общих типов для указателей, типов size_t и NULL.

STDIO.H - Стандартные функции ввода-вывода.

STDLIB.H - Определение общих типов, переменных и функций.

STRING.H - Функции для операций над строковыми данными.

TIME.H - Структуры и функции для операций с датами и временем.

В Си++ добавлены операции с комплексными числами и десятичными данными:

BCD.H - Данные, представленные в десятичной системе счисления

COMPLEX.H - Функции и операции над комплексными числами.

Имеются также файлы прототипов функций для распределения и освобождения динамической памяти, использования средств DOS и BIOS.

Чтобы использовать какие-либо функции из библиотек времени выполнения в программу должен быть включен файл-заголовок с прототипами требуемых функций. Включение в программу файла-заголовка обеспечивается препроцессорной директивой

# include < имя файла >

Например, для включения заголовка с функциями ввод-вывода в стиле Си в начале программы записывается строка

< PRE>

Очевидно, любая программа использует какие-либо входные данные и куда-либо выводит полученные результаты, поэтому файл заголовков stdio.h присутствует почто во всех программах. Отметим некоторые фугкции из этого файла. Функции ввода-вывода используют понятие потока, рассматриваемого как последовательность байтов. Поток может быть связан с дисковым файлом или другим устройством ввода-вывода, в том числе с консолью, когда ввод осуществляется с клавиатуры, а вывод - на экран монитора. Предусмотрены несколько стандартных потоков:

stdin - стандартный ввод,

stdout - стандартный вывод,

stderr - для вывода сообщений об ошибках,

stdprn - стандартное устройство печати,

stdaux - стандартный последовательный порт.

Потоки stdin, stdout и stderr обычно связываются с консолью, но могут быть переназначены на другие устройства. Назначение двух последних потоков зависит от используемой аппаратуры. Стандартные потоки автоматически открываются при запуске Си-программы и закрываются при ее завершении. Потоки, создаваемые программистом, открываются функцией fopen и закрываются функцией fclose.

Функции ввода-вывода из stdio.h условно можно разбить на четыре группы: ввод-вывод байтов, ввод-вывод строк, форматный ввод-вывод и так называемый прямой (бесформатный) ввод-вывод. Здесь отметим только отдельных представителей первых трех групп, предназначенных для ввода из потока stdin и вывода в поток stdout.

Функция int getchar( ) служит для ввода одного символа с клавиатуры и возвращает код символа, преобразованный к типу int. Функция int putchar (int c) выводит символ c в очередную позицию на экране монитора.

Для ввода строки с клавиатуры служит функци char * gets ( char * buf ), которая читает ввод с клавиатуры (до символа новой строки или нажатия клавиши Enter) и помещает коды прочитанных символов в буфер, адрес которого задается параметром buf, в конце строки добавляется нулевой байт. Вывод строки выполняет функци int puts ( char * string), которая выводит строку по адресу string на экран, пока в строке не встретится нулевой байт и возвращает код последнего выведенного символа.

Функции форматного ввода-вывода принимают в качестве параметров строку с описанием формата представления данных на внешнем устройстве и список вводимых или выводимых данных. Строка описания формата состоит из обычных символов, управляющих символов типа новой строки, возврата каретки и т.п. и спецификаций полей ввода или вывода. Каждая такая спецификация начинается символом % (процент) за которым следуют коды флагов, размер поля ввода или вывода, число цифр в дробной части числа, префикса размера данного и кода типа формата. Обязательно указывать только тип формата, остальные компоненты спецификации формата задаются по необходимости. Отметим некоторые коды типа формата:

d - для представления целого со знаком в десятичной системе счисления,

i - для представления целого без знака в десятичной системе счисления,

f - для представления числа с плавающей точкой в естественной форме,

e или E - представление числа с плавающей точкой в экспоненциальной форме,

s - ввод-вывод строковых данных,

c - ввод-вывод символов.

Для форматного вывода служит функция int printf ( char *format, ... ), имеющая список параметров переменной длины, количество дополнительных параметров должно соответствовать числу спецификаций формата в форматной строке, данные для вывода могут задаваться выражениями, ответственность за правильное задание спецификации формата для каждого выводимого данного полностью лежит на программисте. Пример применения функции printf :

printf ( "\n x = %d, y = %f %s", x, y, st);

При выполнении этой функции просматривается строка формата слева направо и символы не являющиеся спецификациями формата копируются на выводное устройство, управляющий символ \n переводит курсор на экране к началу следующей строки, когда встречается спецификация формата, выбирается очередной аргумент из списка вывода, преобразуется в в соответствии с форматом и выводится в очередную позицию экрана. Для правильного вывода требуется, чтобы переменная x была типа int, y - типа float, а переменная st - типа char*.

Форматный ввод выполняет функция int scanf ( char *format, ...) в которой список ввода должен задавать указатели на вводимые переменные. Если в строке формата присутствуют символы, не входящие в спецификации форматов и не являющиеся пробельными, то во входном потоке должны присутствовать те же символы. Пробельными символами считаются знаки пробела, табуляции, новой строки, они считываются из потока ввода, но не участвуют в формировании входных данных. Когда в форматной строке встречается спецификация формата, во входном потоке проаускаются пробельные символы, а последующие символы интерпретируются в соответствии с типом формата, преобразуются во внутреннее представление и полученное значение записывается в память по адресу очередного элемента списка ввода. Например, для ввода двух переменных целого типа и одной вещественного типа можно применить оператора вызова функции

scanf ( "%d %d %f", &x1, &x2, &y );

Здесь x1 и x2 должны быть типа int, а y - типа float. Во входном потоке вводимые значения должны разделяться хотя бы одним пробелом.

Более полную информацию о функциях ввода-вывода в стиле Си можно получить в справочной системе интегрированной среды Borland C++.

Недостатком рассмотренных выше функций ввода-вывода является отсутствие контроля соответствия типов форматов и типов вводимых (выводимых) данных, часто приводящее к ошибкам в программах. В Си++ включены собственные средства потокового ввода-вывода, обеспечивающие жесткий контроль типов в операциях ввода-вывода. Для этого определены четыре новых стандартных потока:

cin - для ввода данных,

cout - для вывода данных,

cerr - вывод сообщений об ошибках без буферизации вывода,

clog - вывод сообщений об ошибках с буферизацией вывода.

В качестве знака операции вывода определены знаки <<, а знаком операции ввода - знаки >>, те же, что и для операций сдвига. Компилятор по контексту определяет, какую операцию задают эти символы, ввод-вывод или сдвиг.

Чтобы использовать средства ввода-вывода Си++ в программу должен быть включен файл-заголовок iostream.h :

# include <iostream.h>

В операциях вывода левым операндом должен быть поток вывода, правым операндом - выводимое данное. Результатом операции вывода является поток вывода, что позволяет записывать вывод в виде цепочки операций <<, например,

cout << "x1 = " << x1 << " x2 = " << x2 << "\n";

Для базовых типов данных определены их преобразования при выводе и точность представления на устройстве вывода. Эти характеристики можно менять, применяя специальные функции, называемые манипуляторами.

В операции ввода левым операндом должен быть поток ввода, а правым операндом - имя вводимого данного для арифметических данных или указатель типа char* для ввода строк, например,

cin >> x1 >> x2 >>st;

Операции ввода-вывода выполняются слева направо и последний оператор эквивалентен оператору ((cin>> x1) >> x2) >> st; или трем операторам

cin >> x1; cin >> x2; cin >> st;

В заключение приведем пример простой программы, запрашивающей у пользователя два целых числа и выводящей на экран их сумму:

# include <iostream.h>

int x, y ;

int main ( )

{cout << "x = "; cin >> x; // Запрос и ввод значения x

cout << "\n y = "; cin >> y; // Запрос и ввод значения y

cout << "\n" << " x + y = " << x + y;

return 0;

}.