Язык Си - руководство для начинающих

ПРОВЕРКА И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИМВОЛОВ

Заголовочный файл ctype.h содержит несколько функций макроопределений, которые проверяют, к какому классу принадлежат символы. Функция isalpha(c), например, возвращает ненулевое значение (истина), если с является символом буквы, и нуль (ложь), если символ не является буквой. Таким образом,

isalpha('S') != 0, но isalpha('#') ==0

Ниже перечислены функции, чаще всего находящиеся в этом файле. В каждом случае функция возвращает ненулевое значение, если с принадлежит к опрашиваемому классу, и нуль в противном случае.

Ваша система может иметь дополнительные функции, такие как

Еще две функции выполняют преобразования

В некоторых системах преобразование выполняется только в случае, если символ находится в регистре (прописных или строчных букв), противоположном тому, с которого следует начинать. Однако надежнее предварительно проверить регистр.

Ниже (рис. 15.3.) дана программа, использующая некоторые из этих функций для преобразования всего файла в прописные или строчные буквы, по вашему желанию. Для получения небольшого разнообразия используем диалоговый подход, вместо того чтобы применять аргументы командной строки для снабжения программы информацией.

/* преобразование строчных букв в прописные и обратно */

#include

#include /* включает файл макроопределений */

#define UPPER 1

#define LOWER 0

main( )

{

int crit; /* для установки регистра прописных или строчных букв */

char file1[14], file2[14]; /* имена входного и выходного файлов */

crit = choose( ); /* выбирает прописные или строчные буквы */

getfiles(file1, file2); /* получаст имена файлов */

conv(file1, file2, crit); /* выполняет преобразование */

} choose( )

{ int ch;

printf("Программа преобразует весь файл в прописные буквы или \n");

printf(" в строчные буквы. Вводит U, если нужны прописные буквы\n");

printf(" или вводит L, если нужны строчные буквы. \n");

while((ch=getchar( ))!='U' && ch!='u' && ch!='L'

&& ch!='l')

printf(" Введите, пожайлуста, U или L.\n");

while(getchar( )!='\n')

; /* сбрасывает последний символ новой строки */

if(ch =='U' || ch =='u')

{ printf(" Все в порядке, есть регистр прописных букв.");

return(UPPER);

else

{ printf(" Все в порядке, есть регистр строчных букв.");

return(LOWER); } }

getfiles(namel, name2);

char *namel, name2;

{ printf(" Какой файл вы хотите преобразовать?\n");

gets(name1);

printf(" Это\" %s\" .\n", name1);

printf("Какое имя вы хотите выбрать для преобразуемого файла?\n");

while(strcmp(gets(name2), name1) == NULL)

printf(" Выберите другое имя.\n" );

printf(" Ваш выходной файл\" %s \".\n", name2);

} conv(name1, name2, crit);

char *name1, name2;

int crit;

{ int ch;

FILE *f1, *f2;

if((f1 = fopen(name1, "r" )) == NULL)

printf(Извините, я не могу открыть % s. До свидания.\n", name1);

else

{ puts(" Итак, начнем!");

f2 = fopen(name2, "w");

while((ch = getc(f1)) != EOF)

if(crit == UPPER)

ch = islower(ch) ? toupper(ch) : ch;

else

ch = isupper(ch) ? tolower(ch) : ch;

putc(ch, f2);

} fclosc(f2);

fclosc(f1);

puts("Сделано!");

} }

РИС. 15.3. Программа преобразования строчных букв в прописные и обратно.

Мы разделили программу на три части: получение от пользователя указания о виде преобразования, получение имени входного и выходного файлов и выполнение преобразования. Чтобы осуществить все это, мы создали разные функции для каждой части. Функция choose( ) довольно проста за исключением, может быть, цикла

while(getchar( ) != '\n');

Этот цикл включен для решения проблемы, с которой мы столкнулись в гл. 14. Когда пользователь отвечает на вопрос о виде преобразования, скажем, буквой U, он нажимает клавишу U, а затем клавишу [ввод], которая передает '\n'.

Первоначальная функция getchar( ) извлекает U, но оставляет '\n' для следующего чтения строки. Функция gets(), входящая в getnames(), интерпретировала бы '\n' как пустую строку, поэтому мы использовали малый цикл while, чтобы избавиться от символа "новая строка". Действительно, простая getchar( ), сделала бы это, если бы пользователь непосредственно за U нажимал бы [ввод]. Но наша версия, кроме того, предусматривает возможность нажать на клавишу пробела несколько раз перед [ввод].

В функции getnames( ) для вас не должно быть сюрпризов. Учтите, что мы запрещаем пользователю применять одинаковые имена для выходного и входного файлов. Стандартная версия функции fopen( ) не позволяет вам и читать и записывать один и тот же файл, если вы открыли его один раз.

Функция conv( ) является функцией копирования с выполнением преобразования. Значение crit используется для определения требуемого преобразования. Работа выполняется простым условным оператором, таким как

ch = islower(ch) ? toupper(ch) : ch;

Он проверяет, является ли ch строчной буквой. Если да, то символ преобразуется в прописную букву. Если нет, остается как есть.

Макрофункции файла ctype.h предоставляют удобные и полезные средства для программирования. Теперь давайте займемся некоторыми более сложными функциями преобразования.

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИМВОЛЬНЫХ СТРОК: atoi( ), atof( )

Использование scanf( ) для считывания цифровых значений не является самым надежным способом, поскольку scanf( ) легко внести в заблуждение ошибками пользователей при вводе чисел с клавиатуры. Некоторые программисты предпочитают считывать даже числовые данные как символьные строки и преобразовывать строку в соответствующее числовое значение. Для этого используются функции atoi( ) и atof( ). Первая преобразует строку в целое, вторая - в число с плавающей точкой. Вот (рис. 15.4) образец их использования:

/* включение atoi( ) */

#include

#define issign(c) (((с) == '-' || (с) == '+') ? (1) : (0))

#define SIZE 10

#define YES 1

#define NO 0

main( )

{

char ch;

static char number[SIZE];

int value;

int digit = YES;

int count = 0;

puts(" Введите, пожалуйста, целое.");

gets(number);

if(number[SIZE - 1] != '\0')

{ puts("Слишком много цифр; вы уничтожили меня.");

exit(1);

} while((ch = number[count]) !='0' && digit == YES)

if(!issign(ch) && iisdigit(ch) && !isspace(ch))

digit = NO;

if(digit == YES)

{ value = atoi(number);

printf(" Число было %d.\n" , value); }

else

printf(" Это не похоже на целое.");

}

РИС. 15.4. Программа использования atoi( ).

Мы предусмотрели проверку некоторых ошибок. Во-первых, следует посмотреть, умещается ли входная строка в предназначенном для нее массиве. Поскольку number является статическим символьным массивом, он инициализируется нулями. Если последний элемент массива не является нулем, значит что-то неверно, и программа прекращает работу. Здесь мы использовали библиотечную функцию exit( ), которая выводит нас из программы. Немного позже мы расскажем кратко об этой функции.

Затем посмотрим, не содержит ли строка что-нибудь кроме пробелов, цифр и алгебраических знаков. Функция отвергает такие строки, как "дерево" или "1.2Е2". Ее устраивает смесь, подобная "3 - 4 + 2", но atoi( ) будет выполнять дальнейший отбор. Вспомним, что ! является операцией отрицания, поэтому !isdigit(c) означает: "с не является цифрой". Строка

value = atoi(nuinbcr);

показывает, как используется функция atoi( ). Ее аргумент является указателем символьной строки; в этом случае мы применили имя массива number. Функция возвращает целое значение для такой строки. Таким образом, "1234" является строкой из четырех символов и переводится в 1234 - единое число типа int.

Функция atoi( ) игнорирует ведущие пробелы, обрабатывает ведущий алгебраический знак, если он есть, и обрабатывает цифры вплоть до первого символа, нс являющегося цифрой. Поэтому наш пример "3 - 4 + 2" был бы превращен в значение 3. Посмотрите "Вопросы" в конце главы для возможного применения этой функции.

Функция atof( ) выполняет подобные действия для чисел с плавающей точкой. Она возвращает тип double, поэтому должна быть описана как double в использующей ее программе.

Простые версии atof( ) будут обрабатывать числа вида 10.2, 46 и - 124.26. Более мощные версии преобразуют также экспоненциальную запись, т. е. числа, подобные 1.25Е - 13.

Ваша система может также иметь обратные функции, работающие в противоположном направлении. Функция itoa( ) будет преобразовывать целое в символьную строку, а функция ftoa( ) преобразовывать число с плавающей точкой в символьную строку.

ВЫХОД: exit( )

Функция exit( ) даст вам удобный способ "покинуть" программу. Она часто используется для прекращения работы программы при появлении ошибки. Если к exit( ) обратились из функции, вызванной главной программой, то прекращает работу вся программа, а не только эта функция. В приведенном выше примере с функцией atoi( ) использование exit( ) позволяет нам избежать включения дополнительного оператора else для обхода остатка программы.

Приятная способность exit( ) заключается в том, что она закрывает любые файлы, открытые функцией fopen( ). Это делает наш выход из программы более корректным.

Аргументом exit( ) является номер кода ошибки. В некоторых системах он может передаваться другой программе, если исходная прекратила работу. Существует соглашение, что 0 указывает на нормальное завершение, в то время как любое другое значение говорит об ошибке.

Есть еще одна тема, которую мы хотим обсудить.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПАМЯТИ: malloc( ) И са11ос( )

Ваша программа должна предоставить достаточный объем памяти для запоминания используемых данных. Некоторые из этих ячеек памяти распределяются автоматически. Например, мы можем объявить

char place[ ] = "Залив Свиной печенки";

и будет выделена память, достаточная для запоминания этой строки.

Или мы можем быть более конкретны и запросить определенный объем памяти:

int plates[100];

Это описание выделяет 100 ячеек памяти, каждая из которых предназначена для запоминания целого значения.

Язык Си не останавливается на этом. Он позволяет вам распределять дополнительную память во время работы программы. Предположим, например, вы пишете диалоговую программу и не знаете заранее, сколько данных вам придется вводить. Можно выделить нужный вам (как вы считаете) объем памяти, а затем, если понадобится, потребовать еще. На рис. 15.5 дан пример, в котором используется функция malloc( ), чтобы сделать именно это. Кроме того, обратите внимание на то, как такая программа применяет указатели.

/* добавляет память, если необходимо */

#include

#define STOP " " /* сигнал прекращения ввода */

#define BLOCK 100 /* байты памяти */

#define LIM 40 /* предельная длина вводимой строки */

#define MAX 50 /* максимальное число вводимых строк */

#define DRAMA 20000 /* большая задержка времени */

main( )

{

char store[BLOCK]; /* исходный блок памяти */

char symph[LIM]; /* приемник вводимых строк */

char *end; /* указывает на конец памяти */

char *starts[MAX]; /* указывает на начала строк */

int index = 0; /* количество вводимых строк */

int count; /* счетчик */

char *malloc( ); /* распределитель памяти */

starts[0] = store;

end = starts[0] + BLOCK - 1;

puts(" Назовите несколько симфонических оркестром.");

puts(" Вводите по одному: нажмите клавишу [ввод] в начале");

puts(" строки для завершения вашего списка. Хорошо, я готова." );

while(strcmp(fgets(symph, LIM, stdin), STOP) != 0 && index < MAX)

{ if(strlen(symph) > end - starts[index])

{ /* действия при недостатке памяти для запоминания вводимых данных*/

puts(" Подождите секунду. Я попробую найти дополнительную память.");

starts[index] = malloc(BLOCK);

end = starts[index] + BLOCK - 1;

for(count = 0; count < DRAMA; count++);

puts(" Нашла немного!" ); }

strcpy (starts [index], symph);

starts[index + 1] = starts[index] + strlen(symph) + 1;

if(++index < MAX)

printf("Этo %d. Продолжайте, если хотите.\n", index); }

puts(" Хорошо, вот что я получила:");

for(count = 0; count < index; count ++)

puts(starts[count]);

}

РИС. 15.5. Программа, добавляющая память по требованию.

Вот образец работы программы:

Назовите несколько симфонических оркестров оркестров.

Вводите их по одному; нажмите клавишу [ввод] в начале

строки для завершения нашего списка. Хорошо, я готова.

Сан-франциский симфонический.

Это 1. Продолжайте, если хотите.

Чикагский симфонический

Это 2. Продолжайте, если хотите.

Берлинский филармонический

Это 3. Продолжайте, если хотите.

Московский камерный

Это 4. Продолжайте, если хотите. Лондонский симфонический

Это 5. Продолжайте, если хотите. Венский филармонический

Подождите секунду. Я попробую найти дополнительную память.

Нашла немного!

Это 6. Продолжайте, если хотите.

Питтсбургский симфонический

Это 7. Продолжайте, если хотите.

Хорошо, вот что я получила:

Сан-францизкий симфонический

Чикагский симфонический

Берлинский филармонический

Московский камерный

Лондонский симфонический

Венский филармонический

Питтсбургский симфонический

Сначала давайте посмотрим, что делает функция malloc( ). Она берет аргумент в виде целого без знака, которое представляет количество требуемых байтов памяти. Так, malloc(BLOCK) требует 100 байт. Функция возвращает указатель на тип char в начало нового блока памяти. Мы использовали описание

char *malloc( );

чтобы предупредить компилятор, что malloc( ) возвращает указатель на тип char. Поэтому мы присвоили значение этого указателя элементу массива starts[index] при помощи оператора

starts[index] = malloc(BLOCK);

Хорошо, давайте теперь рассмотрим проект программы, заключающийся в том, чтобы запомнить все исходные строки подряд в большом массиве store. Мы хотим использовать starts[0] для ссылки на начало первой строки, starts[l] - второй строки и т. д. На промежуточном этапе программа вводит строку в массив symph. Мы использовали fgets( ) вместо gets( ), чтобы ограничить входную строку длиной массива symph.

РИС. 15.6. Последовательные строки symph, записанные в массив store.

Прежде чем копировать symph в store, мы должны проверить, достаточно ли для нее оставшегося места. Указатель end ссылается на конец памяти, а текущее значение starts[index] ссылается на начало неиспользованной памяти. Таким образом, мы можем сравнить разницу между этими двумя указателями с длиной symph и определить, достаточно ли осталось памяти.

Если места недостаточно, вызываем malloc( ), чтобы подготовить дополнительную память. Мы устанавливаем starts[index] на начало нового блока памяти, a end - на конец нового блока. Заметим, что у нас нет имени этой новой памяти. Она не является, например, расширением store. У нас есть только обозначения указателей, ссылающихся на новую область памяти.

Когда программа работает, на каждую новую строку ссылается элемент массива указателей starts. Некоторые строки находятся в store, другие - в одной или нескольких новых областях памяти.

Но пока у нас есть указатели, мы можем работать со строками, как показывает нам часть программы, выполняющая вывод на печать.

Таким образом используется mаllос( ). Но предположим, что вы хотите работать с памятью типа int, а не char. Можете и здесь использовать mаllос( ). Вот как это делается:

char *malloc( ); /* по-прежнему описываем как указатель на char */

int *newmem;

newmem = (int *) malloc(l00); /* используем операцию приведения типа */

Снова требуется 100 байт. Операция приведения типа преобразует значение, возвращенное указателем на тип char, в указатель на тип int. Если, как в нашей системе, int занимает два байта памяти, это значит, что newmem + 1 будет увеличивать указатель на два байта, т. е. передвигать его к следующему целому. Это также означает, что 100 байт можно использовать для запоминания 50 целых чисел.

Другую возможность распределения памяти дает нам применение функции саllос( ):

char *calloc( );

long *newmem;

newmem = (long *) calloc(100, sizeof(long));

Подобно malloc( ) функция саllос( ) возвращает указатель на char. Нужно использовать оператор приведения типа, если вы хотите запомнить другой тип. Эта новая функция имеет два аргумента, и оба они должны быть целыми без знака. Первый аргумент содержит количество требуемых ячеек памяти. Второй аргумент - размер каждой ячейки в байтах. В нашем случае long использует четыре байта, поэтому оператор выделит 100 четырехбайтных элементов, используя в целом 400 байтов памяти.

Применяя sizeof (long) вместо 4, мы сделали эту программу более мобильной. Она будет работать на системах, где long имеет размер, отличный от четырех.

Функция саllос( ) имеет еще одну особенность; она обнуляет содержимое всего блока.

Ваша библиотека языка Си, вероятно, предоставляет несколько других функций управления памятью, и вы можете захотеть проверить их.

ДРУГИЕ БИБЛИОТЕЧНЫЕ ФУНКЦИИ

Большинство библиотек будут выполнять и ряд дополнительных функций в тех случаях, которые мы рассмотрели. Кроме функций, распределяющих память, есть функции, освобождающие память после работы с нею. Могут быть другие функции, работающие со строками, например такие, которые ищут в строке определенный символ или сочетание символов.

Некоторые функции, работающие с файлами, включают ореn( ), close( ), create( ), fseek( ), read( ) и write( ). Они выполняют почти те же самые задачи, что и функции, которые мы обсудили, но на более фундаментальном уровне. Действительно, функции, подобные fopen( ), обычно пишутся с применением этих более общих функций. Они немного более трудны в использовании, но могут работать с двоичными файлами так же, как и с текстовыми.

Ваша система может иметь библиотеку математических функций. Обычно такая библиотека будет содержать функции квадратного корня, степенные, экспоненциальные, различные тригонометрические функции и функцию получения случайных чисел.

Вам нужно время, чтобы освоить то, что предлагает наша система. Если у нее нет того, что вам нужно, создайте свои собственные функции. Это часть языка Си. Если вы полагаете, что можете улучшить работу, скажем, функции ввода, сделайте это! А когда вы усовершенствуете и отшлифуете свои методы программирования, вы перейдете от обычного языка Си к блестящему языку Си.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы прошли долгий путь от начала этого руководства. Теперь вы уже познакомились с большинством основных свойств языка Си. (Главное из того что, мы опустили,- операции с разрядами и расширения UNIX 7 - рассматриваются кратко в приложении Б). Вы узнали и использовали все изобилие его операторов, огромное разнообразие основных и производных типов данных, его "умные" управляющие конструкции и мощную систему указателей. Мы надеемся, что подготовили вас к использованию языка Си в ваших собственных целях. Поэтому начинайте программировать, и удачи вам!

ЧТО ВЫ ДОЛЖНЫ БЫЛИ УЗНАТЬ В ЭТОЙ ГЛАВЕ

Что такое библиотека языка Си и как ее использовать.

Как открывать и закрывать текстовые файлы: fopen( ) и fclose( )

Что такое тип FILE

Как читать из файла и записывать в файл: getc( ), putc( ), fgets( ), fputs( ), fscanf( ), fprintf( )

Как проверять классы символов: isdigit( ), isalpha( ) и т. д.

Как превращать строки в числа: atoi( ) и atof( )

Как осуществлять быстрый выход: exit( )

Как распределять память: malloc( ), саllос( )

ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

УПРАЖНЕНИЯ

1. Напишите программу копирования файла, которая использует имена исходного файла файла и копируемого файла как аргументы командной строки.

2. Напишитe программу, которая будет принимать все файлы, заданные радом аргументов командной строки, и печатать их один за другим. Используйте argc для создания цикла.

3. Модифицируйте вашу программу инвентаризации книг в гл. 14 так, чтобы информация, которую вы вводите, добавлялась в файл, названный mybooks.

4. Используйте gets( ) и atoi( ) для создания функции, эквивалентной нашей getint( ) в гл. 10.

5. Перепишите нашу программу из гл. 7, считающую слова, используя макроопределения ctype.h и аргумент командной строки для обработки файла.