Язык программирования Си. Издание 3-е, исправленное

Настоящее приложение представляет собой краткое изложение библиотеки, утвержденной в качестве ANSI-стандарта. Сама по себе библиотека не является частью языка, однако, заложенный в ней набор функций, а также определений типов и макросов составляет системную среду, поддерживающую стандарт Си. Мы не приводим здесь несколько функций с ограниченной областью применения – те, которые легко синтезируются из других функций, а также опускаем все то, что касается многобайтовых символов и специфики, обусловленной языком, национальными особенностями и культурой.

Функции, типы и макросы объявляются в следующих стандартных заголовочных файлах:

Доступ к заголовочному файлу осуществляется с помощью строки препроцессора

#include <заголовочный файл>

Заголовочные файлы можно включать в любом порядке и сколько угодно раз. Строка #include не должна быть внутри внешнего объявления или определения и должна встретиться раньше, чем что-нибудь из включаемого заголовочного файла будет востребовано. В конкретной реализации заголовочный файл может и не быть исходным файлом.

Внешние идентификаторы, начинающиеся со знака подчеркивания, а также все другие идентификаторы, начинающиеся с двух знаков подчеркивания или с подчеркивания и заглавной буквы, зарезервированы для использования в библиотеке.

B1. Ввод-вывод: ‹stdio.h›

FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

FILE *freopen(const char *filename, const char *mode, FILE *stream);

int fflush(FILE *stream);

int fclose(FILE *stream);

int remove(const char *filename);

int rename(const char *oldname, const char *newname);

FILE *tmpfile(void);

char *tmpnam(char s[L_tmpnam]);

int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);

void setbuf(FILE *stream, char *buf);

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

int printf(const char *format, ...); 

int sprintf(char *s, const char *format, ...) 

int vprintf (const char *format, va_list arg) 

int vfprintf (FILE *stream, const char *format, va_list arg) 

int vsprintf (char *s, const char *format, va_list arg) 

int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...); 

int scanf (const char *format, ...); 

int sscanf (const char *s, const char *format, ...); 

int fgetc(FILE *stream); 

char *fgets(char *s, int n, FILE *stream); 

int fputc(int с, FILE *stream); 

int fputs(const char *s, FILE *stream); 

int getc(FILE *stream); 

int getchar(void); 

char *gets(char *s); 

int putc(int с, FILE *stream); 

int putchar(int c); 

int puts(const char *s); 

int ungetc(int с, FILE *stream); 

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *stream); 

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *stream); 

int fseek(FILE *stream, long offset, int origin); 

long ftell(FILE *stream); 

void rewind(FILE *stream); 

int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *ptr); 

int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *ptr); 

void clearerr(FILE *stream); 

int feof(FILE *stream); 

int ferror(FILE *stream); 

void perror(const char *s); 

fprintf(stderr, "%s: %s\n", s, "сообщение об ошибке") 

B2. Проверки класса символа: ‹ctype.h›

Заголовочный файл объявляет функции, предназначенные для проверок символов. Аргумент каждой из них имеет тип int и должен либо представлять собой EOF, либо быть значением unsigned char, приведенным к int; возвращаемое значение тоже имеет тип int. Функции возвращают ненулевое значение ("истина"), когда аргумент c удовлетворяет описанному условию или принадлежит указанному классу символов, и нуль в противном случае.

В наборе семибитовых ASCII-символов печатаемые символы находятся в диапазоне от 0x20 (' ') до 0x7E ('~'); управляющие символы - от 0 (NUL) до 0x1F (US) и 0x7F (DEL).

Помимо перечисленных есть две функции, приводящие буквы к одному из регистров:

int tolower(int c) – переводит c на нижний регистр; 

int toupper(int c) - переводит c на верхний регистр.

Если c - буква на верхнем регистре, то tolower(c) выдаст эту букву на нижнем регистре; в противном случае она вернет c. Если c - буква на нижнем регистре, то toupper(c) выдаст эту букву на верхнем регистре; в противном случае она вернет c.

B3. Функции, оперирующие со строками:

Имеются две группы функций, оперирующих со строками. Они определены в заголовочном файле . Имена функций первой группы начинаются с букв str, второй - с mem. Если копирование имеет дело с объектами, перекрывающимися по памяти, то, за исключением memmove, поведение функций не определено. Функции сравнения рассматривают аргументы как массивы элементов типа unsigned char.

В таблице на с. 321 переменные s и t принадлежат типу char *, cs и ct – типу const char *, n - типу size_t, а c - значение типа int, приведенное к типу char.

Последовательные вызовы strtok разбивают строку s на лексемы. Ограничителем лексемы служит любой символ из строки ct. В первом вызове указатель s не равен NULL. Функция находит в строке s первую лексему, состоящую из символов, не входящих в ct; ее работа заканчивается тем, что поверх следующего символа пишется '\0' и возвращается указатель на лексему. Каждый последующий вызов, в котором указатель s равен NULL, возвращает указатель на следующую лексему, которую функция будет искать сразу за концом предыдущей. Функция strtok возвращает NULL, если далее никакой лексемы не обнаружено. Параметр ct от вызова к вызову может варьироваться.

Здесь и ниже под такими выражениями как cscs меньше (больше) ct, если первый несовпавший элемент в cs арифметически меньше (больше) соответствующего элемента из ct.— Примеч. ред.

Функции mem... предназначены для манипулирования с объектами как с массивами символов; их назначение - получить интерфейсы к эффективным программам. В приведенной ниже таблице s и t принадлежат типу void *; cs и ct - типу const void *; n - типу size_t; а c имеет значение типа int, приведенное к типу char.

B4. Математические функции:

В заголовочном файле описываются математические функции и определяются макросы.

Макросы EDOM и ERANGE (находящиеся в ) задают отличные от нуля целочисленные константы, используемые для фиксации ошибки области и ошибки диапазона; HUGE_VAL определена как положительное значение типа double. Ошибка области возникает, если аргумент выходит за область значений, для которой определена функция. Фиксация ошибки области осуществляется присвоением errno значения EDOM; возвращаемое значение зависит от реализации. Ошибка диапазона возникает тогда, когда результат функции не может быть представлен в виде double. В случае переполнения функция возвращает HUGE_VAL с правильным знаком и в errno устанавливается значение ERANGE. Если результат оказывается меньше, чем возможно представить данным типом, функция возвращает нуль, а устанавливается ли в этом случае errno в ERANGE, зависит от реализации. Далее x и y имеют тип double, n - тип int, и все функции возвращают значения типа double. Углы в тригонометрических функциях задаются в радианах.

B5. Функции общего назначения:

Заголовочный файл объявляет функции, предназначенные для преобразования чисел, запроса памяти и других задач.

double atof(const char *s)

atof переводит s в double; эквивалентна strtod(s, (char**) NULL).

int atoi(const char *s)

atoi переводит s в int; эквивалентна (int)strtol(s, (char**)NULL, 10).

int atol(const char *s)

atol переводит s в long; эквивалентна strtol(s, (char**) NULL, 10).

double strtod(const char *s, char **endp)

strtod преобразует первые символы строки s в double, игнорируя начальные символы-разделители; запоминает указатель на непреобразованный конец в *endp (если endp не NULL), при переполнении она выдает HUGE_VAL с соответствующим знаком, в случае, если результат оказывается меньше, чем возможно представить данным типом, возвращается 0; в обоих случаях в errno устанавливается ERANGE.

long strtol(const char *s, char **endp, int base)

strtol преобразует первые символы строки s в long, игнорируя начальные символы-разделители; запоминает указатель на непреобразованный конец в *endp (если endp не NULL). Если base находится в диапазоне от 2 до 36, то преобразование делается в предположении, что на входе - запись числа по основанию base. Если base равно нулю, то основанием числа считается 8, 10 или 16; число, начинающееся с цифры 0, считается восьмеричным, а с 0x или 0X - шестнадцатеричным. Цифры от 10 до base-1 записываются начальными буквами латинского алфавита в любом регистре. При основании, равном 16, в начале числа разрешается помещать 0x или 0X. В случае переполнения функция возвращает LONG_MAX или LONG_MIN (в зависимости от знака), a в errno устанавливается ERANGE.

unsigned long strtoul(const char *s, char **endp, int base)

strtoul работает так же, как и strtol, с той лишь разницей, что возвращает результат типа unsigned long, а в случае переполнения - ULONG_MAX.

int rand(void)

rand выдает псевдослучайное число в диапазоне от 0 до RAND_MAX; RAND_MAX не меньше 32767.

void srand(unsigned int seed)

srand использует seed в качестве семени для новой последовательности псевдослучайных чисел. Изначально параметр seed равен 1.

void *calloc(size_t nobj, size_t size)

calloc возвращает указатель на место в памяти, отведенное для массива nobj объектов, каждый из которых размера size, или, если памяти запрашиваемого объема нет, NULL. Выделенная область памяти обнуляется.

void *malloc(size_t size)

malloc возвращает указатель на место в памяти для объекта размера size или, если памяти запрашиваемого объема нет, NULL. Выделенная область памяти не инициализируется.

void *realloc(void *p, size_t size)

realloc заменяет на size размер объекта, на который указывает p. Для части, размер которой равен наименьшему из старого и нового размеров, содержимое не изменяется. Если новый размер больше старого, дополнительное пространство не инициализируется, realloc возвращает указатель на новое место памяти или, если требования не могут быть удовлетворены, NULL (*p при этом не изменяется).

void free(void *р)

free освобождает область памяти, на которую указывает p; эта функция ничего не делает, если p равно NULL. В p должен стоять указатель на область памяти, ранее выделенную одной из функций: calloc, malloc или realloc.

void abort(void *р)

abort вызывает аварийное завершение программы, ее действия эквивалентны вызову raise(SIGABRT).

void exit(int status)

exit вызывает нормальное завершение программы. Функции, зарегистрированные с помощью atexit, выполняются в порядке, обратном их регистрации. Производится опорожнение буферов открытых файлов, открытые потоки закрываются, и управление возвращается в среду, из которой был произведен запуск программы. Значение status, передаваемое в среду, зависит от реализации, однако при успешном завершении программы принято передавать нуль. Можно также использовать значения EXIT_SUCCESS (в случае успешного завершения) и EXIT_FAILURE (в случае ошибки).

int atexit(void (*fcn)(void))

atexit регистрирует fcn в качестве функции, которая будет вызываться при нормальном завершении программы; возвращает ненулевое значение, если регистрация не может быть выполнена.

int system(const char *s)

system пepeдaeт cтpoку s oпepaциoннoй cpeдe для выпoлнeния. Если s есть NULL и существует командный процессор, то system возвращает ненулевое значение. Если s не NULL, то возвращаемое значение зависит от реализации.

char *getenv(const char *name)

getenv возвращает строку среды, связанную с name, или, если никакой строки не существует, NULL. Детали зависят от реализации.

void *bsearch(const void *key, const void *base, size_t n, size_t size, int (*cmp)(const void *keyval, const void *datum))

bsearch ищет среди base[0]...base[n-1] элемент с подходящим ключом *key. Функция cmp должна сравнивать первый аргумент (ключ поиска) со своим вторым аргументом (значением ключа в таблице) и в зависимости от результата сравнения выдавать отрицательное число, нуль или положительное значение. Элементы массива base должны быть упорядочены в возрастающем порядке, bsearch возвращает указатель на элемент с подходящим ключом или, если такого не оказалось, NULL.

void qsort(void *base, size_t n, size_t size, int (*cmp)(const void *, const void *))

qsort сортирует массив base[0]...base[n-1] объектов размера size в возрастающем порядке. Функция сравнения cmp - такая же, как и в bsearch.

int abs(int n)

abs возвращает абсолютное значение аргумента типа int.

long labs(long n)

labs возвращает абсолютное значение аргумента типа long.

div_t div(int num, int denom)

div вычисляет частное и остаток от деления num на denom. Результаты типа int запоминаются в элементах quot и rem структуры div_t.

ldiv_t ldiv(long num, long denom)

ldiv вычисляет частное и остаток от деления num на denom. Результаты типа long запоминаются в элементах quot и rem структуры ldiv_t.

B6. Диагностика:

Макрос assert используется для включения в программу диагностических сообщений.

void assert (int выражение)

Если выражение имеет значение нуль, то

assert (выражение)

напечатает в stderr сообщение следующего вида:

Assertion failed: выражение, file имя-файла, line

nnn

после чего будет вызвана функция abort, которая завершит вычисления. Имя исходного файла и номер строки будут взяты из макросов __FILE__ и __LINE__.

Если в момент включения файла было определено имя NDEBUG, то макрос assert игнорируется.

B7. Списки аргументов переменной длины:

Заголовочный файл предоставляет средства для перебора аргументов функции, количество и типы которых заранее не известны. Пусть lastarg - последний именованный параметр функции f с переменным числом аргументов. Внутри f объявляется переменная ap типа va_list, предназначенная для хранения указателя на очередной аргумент:

va_list ар;

Прежде чем будет возможен доступ к безымянным аргументам, необходимо один раз инициализировать ap, обратившись к макросу va_start:

va_start(va_list ap, lastarg);

С этого момента каждое обращение к макросу:

type va_arg(va_list ap, type);

будет давать значение очередного безымянного аргумента указанного типа, и каждое такое обращение будет вызывать автоматическое приращение указателя ap, чтобы последний указывал на следующий аргумент. Один раз после перебора аргументов, но до выхода из f необходимо обратиться к макросу

void va_end(va_list ap);

B8. Дальние переходы:

Объявления в предоставляют способ отклониться от обычной последовательности "вызов - возврат"; типичная ситуация - необходимость вернуться из "глубоко вложенного" вызова функции на верхний уровень, минуя промежуточные возвраты.

int setjmp(jmp_buf env);

Макрос setjmp сохраняет текущую информацию о вызовах в env для последующего ее использования в longjmp. Возвращает нуль, если возврат осуществляется непосредственно из setjmp, и не нуль, если - от последующего вызова longjmp. Обращение к setjmp возможно только в определенных контекстах, в основном это проверки в if, switсh и циклах, причем только в простых выражениях отношения.

if (setjmp() == 0)

   /* после прямого возврата */

else

   /* после возврата из longjmp */

void longjmp(jmp_buf env, int val);

longjmp восстанавливает информацию, сохраненную в самом последнем вызове setjmp, по информации из env; выполнение программы возобновляется, как если бы функция setjmp только что отработала и вернула ненулевое значение val. Результат будет непредсказуемым, если в момент обращения к longjmp функция, содержащая вызов setjmp, уже "отработала" и осуществила возврат. Доступные ей объекты имеют те значения, которые они имели в момент обращения к longjmp; setjmp не сохраняет значений.

B9. Сигналы:

Заголовочный файл предоставляет средства для обработки исключительных ситуаций, возникающих во время выполнения программы, таких как прерывание, вызванное внешним источником или ошибкой в вычислениях.

void (*signal(int sig, void (*handler)(int)))(int)

signal устанавливает, как будут обрабатываться последующие сигналы. Если параметр handler имеет значение SIG_DFL, то используется зависимая от реализации "обработка по умолчанию"; если значение handler равно SIG_IGN, то сигнал игнорируется; в остальных случаях будет выполнено обращение к функции, на которую указывает handler с типом сигнала в качестве аргумента. В число допустимых видов сигналов входят:

signal возвращает предыдущее значение handler в случае специфицированного сигнала, или SIGERR в случае возникновения ошибки.

Когда в дальнейшем появляется сигнал sig, сначала восстанавливается готовность поведения "по умолчанию", после чего вызывается функция, заданная в параметре handler, т.е. как бы выполняется вызов (*handler)(sig). Если функция handler вернет управление назад, то вычисления возобновятся с того места, где застал программу пришедший сигнал. Начальное состояние сигналов зависит от реализации.

int raise(int sig)

raise посылает в программу сигнал sig. В случае неудачи возвращает ненулевое значение.

B10. Функции даты и времени: ‹time.h›

Заголовочный файл объявляет типы и функции, связанные с датой и временем. Некоторые функции имеют дело с местным временем, которое может отличаться от календарного, например в связи с зонированием времени. Типы clосk_t и time_t - арифметические типы для представления времени, a struct tm содержит компоненты календарного времени:

int tm_sec; - секунды от начала минуты (0,61); -- I.B.: все же наверно от 0 до 59

int tm_min; - минуты от начала часа (0,59); 

int tm_hour; - часы от полуночи (0,23);int tm_mday; - число месяца (1,31); 

int tm_mon; - месяцы с января(0,11);

int tm_year; - годы с 1900; 

int tm_wday; - дни с воскресенья (0,6);

int tm_yday; - дни с 1 января (0,365); 

int tm_isdst; - признак летнего времени.

Значение tm_isdst - положительное, если время приходится на сезон, когда время суток сдвинуто на 1 час вперед, нуль в противном случае и отрицательное, если информация не доступна.

clock_t clock(void)

clock возвращает время, фиксируемое процессором от начала выполнения программы, или -1, если оно не известно. Для выражения этого времени в секундах применяется формула clock()/CLOCKS_PER_SEC.

time_t time(time_t *tp)

time возвращает текущее календарное время (т. е. время, прошедшее после определенной даты, - обычно после 0 ч 00 мин 00 с GMT 1-го января 1970 г. - примеч. ред.) или -1, если время не известно. Если tp не равно NULL, то возвращаемое значение записывается и в *tp.

double difftime(time_t time2, time_t time1)

difftime возвращает разность time2 - time1, выраженную в секундах.

time_t mktime(struct tm *tp)

mktime преобразует местное время, заданное структурой *tp, в календарное, выдавая его в том же виде, что и функция time. Компоненты будут иметь значения в указанных диапазонах. Функция mktime возвращает календарное время или -1, если оно не представимо.

Следующие четыре функции возвращают указатели на статические объекты, каждый из которых может быть изменен другими вызовами.

char *asctime(const struct tm *tp)

asctime переводит время в структуре *tp в строку вида

Sun Jan 3 15:14:13 1988\n\0

char *ctime(const time_t *tp)

ctime переводит календарное время в местное, что эквивалентно выполнению asctime(localtime(tp))

struct tm *gmtime(const time_t *tp)

gmtime переводит календарное время во Всемирное координированное время (Coordinated Universal Time - UTC). Выдаст NULL, если UTC не известно. Имя этой функции, gmtime, происходит от Greenwich Mean Time (среднее время по Гринвичскому меридиану).

struct tm *localtime(const time_t *tp)

localtime переводит календарное время *tp в местное.

size_t strftime(char *s, size_t smax, const char *fmt, const struct tm *tp)

strftime форматирует информацию о дате и времени из *tp в строку s согласно формату fmt, который имеет много общих черт с форматом, задаваемым в функции printf. Обычные символы (включая и завершающий символ '\0') копируются в s. Каждая пара, состоящая из % и буквы, заменяется, как показано ниже, с использованием значений по форме, соответствующей местным традициям. В s размещается не более smax символов; strftime возвращает число символов без учета '\0' или нуль, если число сгенерированных символов больше smax.

B11. Зависящие от реализации пределы: и

Заголовочный файл определяет константы для размеров целочисленных типов. Ниже перечислены минимальные приемлемые величины, но в конкретных реализациях могут использоваться и большие значения.

Имена, приведенные в следующей таблице, взяты из и являются константами, имеющими отношение к арифметике с плавающей точкой. Значения (если они есть) представляют собой минимальные значения для соответствующих величин. В каждой реализации устанавливаются свои значения.