Типовая структура программы. Структура программ на языке си

Из чего состоит программа

Для начала стоит понять, что программу нельзя читать и писать как книгу: от корки до корки, сверху вниз, строку за строкой. Любая программа состоит из отдельных блоков. Начало блока кода в C/C++ обозначается левой фигурной скобкой { , его конец - правой фигурной скобкой } .

Блоки бывают разных видов и какой из них когда будет исполняться зависит от внешних условий. В примере минимальной программы вы можете видеть 2 блока. В этом примере блоки называются определением функции . Функция - это просто блок кода с заданным именем, которым кто-то затем может пользоваться из-вне.

В данном случае у нас 2 функции с именами setup и loop . Их присутствие обязательно в любой программе на C++ для Arduino. Они могут ничего и не делать, как в нашем случае, но должны быть написаны. Иначе на стадии компиляции вы получите ошибку.

Классика жанра: мигающий светодиод

Давайте теперь дополним нашу программу так, чтобы происходило хоть что-то. На Arduino, к 13-му пину подключён светодиод. Им можно управлять, чем мы и займёмся.

void setup() { pinMode(13 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(13 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(13 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Скомпилируйте, загрузите программу. Вы увидите, что каждую секунду светодиод на плате помигивает. Разберёмся почему этот код приводит к ежесекундному миганию.

Каждое выражение - это приказ процессору сделать нечто. Выражения в рамках одного блока исполняются одно за другим, строго по порядку без всяких пауз и переключений. То есть, если мы говорим об одном конкретном блоке кода, его можно читать сверху вниз, чтобы понять что делается.

Теперь давайте поймём в каком порядке исполняются сами блоки, т.е. функции setup и loop . Не задумывайтесь пока что значат конкретные выражения, просто понаблюдайте за порядком.

Как только Arduino включается, перепрошивается или нажимается кнопка RESET , «нечто» вызывает функцию setup . То есть заставляет исполняться выражения в ней.

Как только работа setup завершается, сразу же «нечто» вызывает функцию loop .

Как только работа loop завершается, сразу же «нечто» вызывает функцию loop ещё раз и так до бесконечности.

Если пронумеровать выражения по порядку, как они исполняются, получится:

void setup() { pinMode(13 , OUTPUT) ; ❶ } void loop() { digitalWrite(13 , HIGH) ; ❷ ❻ ❿ delay(100 ) ; ❸ ❼ … digitalWrite(13 , LOW) ; ❹ ❽ delay(900 ) ; ❺ ❾ }

Ещё раз напомним, что не стоит пытаться воспринимать всю программу, читая сверху вниз. Сверху вниз читается только содержимое блоков. Мы вообще можем поменять порядок объявлений setup и loop .

void loop() { digitalWrite(13 , HIGH) ; ❷ ❻ ❿ delay(100 ) ; ❸ ❼ … digitalWrite(13 , LOW) ; ❹ ❽ delay(900 ) ; ❺ ❾ } void setup() { pinMode(13 , OUTPUT) ; ❶ }

Результат от этого не изменится ни на йоту: после компиляции вы получите абсолютно эквивалентный бинарный файл.

Что делают выражения

Теперь давайте попробуем понять почему написанная программа приводит в итоге к миганию светодиода.

Как известно, пины Arduino могут работать и как выходы и как входы. Когда мы хотим чем-то управлять, то есть выдавать сигнал, нам нужно перевести управляющий пин в состояние работы на выход. В нашем примере мы управляем светодиодом на 13-м пине, поэтому 13-й пин перед использованием нужно сделать выходом.

Это делается выражением в функции setup:

PinMode(13 , OUTPUT) ;

Выражения бывают разными: арифметическими, декларациями, определениями, условными и т.д. В данном случае мы в выражении осуществляем вызов функции . Помните? У нас есть свои функции setup и loop , которые вызываются чем-то, что мы назвали «нечто». Так вот теперь мы вызываем функции, которые уже написаны где-то.

Конкретно в нашем setup мы вызываем функцию с именем pinMode . Она устанавливает заданный по номеру пин в заданный режим: вход или выход. О каком пине и о каком режиме идёт речь указывается нами в круглых скобках, через запятую, сразу после имени функции. В нашем случае мы хотим, чтобы 13-й пин работал как выход. OUTPUT означает выход, INPUT - вход.

Уточняющие значения, такие как 13 и OUTPUT называются аргументами функции . Совершенно не обязательно, что у всех функций должно быть по 2 аргумента. Сколько у функции аргументов зависит от сути функции, от того как её написал автор. Могут быть функции с одним аргументом, тремя, двадцатью; функции могут быть без аргументов вовсе. Тогда для их вызова круглые скобка открывается и тут же закрывается:

NoInterrupts() ;

На самом деле, вы могли заметить, наши функции setup и loop также не принимают никакие аргументы. И загадочное «нечто» точно так же вызывает их с пустыми скобками в нужный момент.

Вернёмся к нашему коду. Итак, поскольку мы планируем вечно мигать светодиодом, управляющий пин должен один раз быть сделан выходом и затем мы не хотим вспоминать об этом. Для этого идеологически и предназначена функция setup: настроить плату как нужно, чтобы затем с ней работать.

Перейдём к функции loop:

void loop() { digitalWrite(13 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(13 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Она, как говорилось, вызывается сразу после setup . И вызывается снова и снова как только сама заканчивается. Функция loop называется основным циклом программы и идеологически предназначена для выполнения полезной работы. В нашем случае полезная работа - мигание светодиодом.

Пройдёмся по выражениям по порядку. Итак, первое выражение - это вызов встроенной функции digitalWrite . Она предназначена для подачи на заданный пин логического нуля (LOW , 0 вольт) или логической единицы (HIGH , 5 вольт) В функцию digitalWrite передаётся 2 аргумента: номер пина и логическое значение. В итоге, первым делом мы зажигаем светодиод на 13-м пине, подавая на него 5 вольт.

Как только это сделано процессор моментально приступает к следующему выражению. У нас это вызов функции delay . Функция delay - это, опять же, встроенная функция, которая заставляет процессор уснуть на определённое время. Она принимает всего один аргумент: время в миллисекундах, которое следует спать. В нашем случае это 100 мс.

Пока мы спим всё остаётся как есть, т.е. светодиод продолжает гореть. Как только 100 мс истекают, процессор просыпается и тут же переходит к следующему выражению. В нашем примере это снова вызов знакомой нам встроенной функции digitalWrite . Правда на этот раз вторым аргументом мы передаём значение LOW . То есть устанавливаем на 13-м пине логический ноль, то есть подаём 0 вольт, то есть гасим светодиод.

После того, как светодиод погашен мы приступаем к следующему выражению. И снова это вызов функции delay . На этот раз мы засыпаем на 900 мс.

Как только сон окончен, функция loop завершается. По факту завершения «нечто» тут же вызывает её ещё раз и всё происходит снова: светодиод поджигается, горит, гаснет, ждёт и т.д.

Если перевести написанное на русский, получится следующий алгоритм:

Поджигаем светодиод

Спим 100 миллисекунд

Гасим светодиод

Спим 900 миллисекунд

Переходим к пункту 1

Таким образом мы получили Arduino с маячком, мигающим каждые 100 + 900 мс = 1000 мс = 1 сек.

Что можно изменить

Давайте пользуясь только полученными знаниями сделаем несколько вариаций программы, чтобы лучше понять принцип.

Вы можете подключить внешний светодиод или другое устройство, которым нужно «мигать» на другой пин. Например, на 5-й. Как в этом случае должна измениться программа? Мы должны всюду, где обращались к 13-му пину заменить номер на 5-й:

Компилируйте, загружайте, проверяйте.

Что нужно сделать, чтобы светодиод мигал 2 раза в секунду? Уменьшить время сна так, чтобы в сумме получилось 500 мс:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(50 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(450 ) ; }

Как сделать так, чтобы светодиод при каждом «подмигивании» мерцал дважды? Нужно поджигать его дважды с небольшой паузой между включениями:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(50 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(50 ) ; digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(50 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(350 ) ; }

Как сделать так, чтобы в устройстве были 2 светодиода, которые мигали бы каждую секунду поочерёдно? Нужно общаться с двумя пинами и работать в loop то с одним, то с другим:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; pinMode(6 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; digitalWrite(6 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(6 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Как сделать так, чтобы в устройстве были 2 светодиода, которые переключались бы на манер железнодорожного светофора: горел бы то один то другой? Нужно просто не выключать горящий светодиод тут же, а дожидаться момента переключения:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; pinMode(6 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; digitalWrite(6 , LOW) ; delay(1000 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; digitalWrite(6 , HIGH) ; delay(1000 ) ; }

Можете проверить другие идеи самостоятельно. Как видите, всё просто!

О пустом месте и красивом коде

В языке C++ пробелы, переносы строк, символы табуляции не имеют большого значения для компилятора. Там где стоит пробел, может быть перенос строки и наоборот. На самом деле 10 пробелов подряд, 2 переноса строки и ещё 5 пробелов - это всё эквивалент одного пробела.

Пустое пространство - это инструмент программиста, с помощью которого можно или сделать программу понятной и наглядной, или изуродовать до неузнаваемости. Например, вспомним программу для мигания светодиодом:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Мы можем изменить её так:

void setup( ) { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void loop () { digitalWrite(5 ,HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 ,LOW) ; delay(900 ) ; }

Всё, что мы сделали - немного «поработали» с пустым пространством. Теперь можно наглядно видеть разницу между стройным кодом и нечитаемым.

Чтобы следовать негласному закону оформления программ, который уважается на форумах, при чтении другими людьми, легко воспринимается вами же, следуйте нескольким простым правилам:

1. Всегда, при начале нового блока между { и } увеличивайте отступ. Обычно используют 2 или 4 пробела. Выберите одно из значений и придерживайтесь его всюду.

Плохо:

void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Хорошо:

void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; }

2. Как и в естественном языке: ставьте пробел после запятых и не ставьте до.

Плохо:

DigitalWrite(5 ,HIGH) ; digitalWrite(5 , HIGH) ; digitalWrite(5 ,HIGH) ;

Хорошо:

DigitalWrite(5 , HIGH) ;

3. Размещайте символ начала блока { на новой строке на текущем уровне отступа или в конце предыдущей. А символ конца блока } на отдельной строке на текущем уровне отступа:

Плохо:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; }

Хорошо:

void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; } void setup() { pinMode(5 , OUTPUT) ; }

4. Используйте пустые строки для разделения смысловых блоков:

Хорошо:

Ещё лучше:

void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; digitalWrite(6 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(6 , LOW) ; delay(900 ) ; }

О точках с запятыми

Вы могли заинтересоваться: зачем в конце каждого выражения ставится точка с запятой? Таковы правила C++. Подобные правила называются синтаксисом языка . По символу; компилятор понимает где заканчивается выражение.

Как уже говорилось, переносы строк для него - пустой звук, поэтому ориентируется он на этот знак препинания. Это позволяет записывать сразу несколько выражений в одной строке:

void loop() { digitalWrite(5 , HIGH) ; delay(100 ) ; digitalWrite(5 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Программа корректна и эквивалентна тому, что мы уже видели. Однако писать так - это дурной тон. Код гораздо сложнее читается. Поэтому если у вас нет 100% веских причин писать в одной строке несколько выражений, не делайте этого.

О комментариях

Одно из правил качественного программирования: «пишите код так, чтобы он был настолько понятным, что не нуждался бы в пояснениях». Это возможно, но не всегда. Для того, чтобы пояснить какие-то не очевидные моменты в коде его читателям: вашим коллегам или вам самому через месяц, существуют так называемые комментарии.

Это конструкции в программном коде, которые полностью игнорируются компилятором и имеют значение только для читателя. Комментарии могут быть многострочными или однострочными:

/* Функция setup вызывается самой первой, при подаче питания на Arduino А это многострочный комментарий */ void setup() { // устанавливаем 13-й пин в режим вывода pinMode(13 , OUTPUT) ; } void loop() { digitalWrite(13 , HIGH) ; delay(100 ) ; // спим 100 мс digitalWrite(13 , LOW) ; delay(900 ) ; }

Как видите, между символами /* и */ можно писать сколько угодно строк комментариев. А после последовательности / / комментарием считается всё, что следует до конца строки.

Итак, надеемся самые основные принципы составления написания программ стали понятны. Полученные знания позволяют программно управлять подачей питания на пины Arduino по определённым временны́м схемам. Это не так уж много, но всё же достаточно для первых экспериментов.

Прежде чем приступить к написанию программ, необходимо изучить структуру программ на языке программирования С++. Своими словами, структура программ это разметка рабочей области (области кода) с целью чёткого определения основных блоков программ и синтаксиса. Структура программ несколько отличается в зависимости от среды программирования. Мы ориентируемся на IDE Microsoft Visual Studio, и по этому примеры программ будут показаны именно для MVS. Если вы используете другую IDE, то вам не составит труда перенести код из MVS в другие среды разработки, и вы поймете со временем, как это сделать.

Структура программ для Microsoft Visual Studio.

// struct_program.cpp: определяет точку входа для консольного приложения. #include "stdafx.h" //здесь подключаем все необходимые препроцессорные директивы int main() { // начало главной функции с именем main //здесь будет находится ваш программный код }

В строке 1 говорится о точке входа для консольного приложения, это значит, что данную программу можно запустить через командную строку Windows указав имя программы, к примеру, такое struct_program.cpp . Строка 1 является однострочным комментарием, так как начинается с символов // , подробнее о комментариях будет рассказано в следующей статье. В строке 2 подключен заголовочный файл "stdafx.h" . Данный файл похож на контейнер, так как в нем подключены основные препроцессорные директивы (те, что подключил компилятор, при создании консольного приложения), тут же могут быть подключены и вспомогательные (подключенные программистом).

include — директива препроцессора, т. е. сообщение препроцессору. Строки, начинающиеся с символа # обрабатываются препроцессором до компиляции программы.

Препроцессорные директивы также можно подключать и в строках, начиная после записи #include "stdafx.h" до начала главной функции. Причём такой способ подключения библиотек является основным, а использование "stdafx.h" — это дополнительная возможность подключения заголовочных файлов, которая есть только в MVS. С 4-й по 6-ю строки объявлена функция main . Строка 4 – это заголовок функции, который состоит из типа возвращаемых данных (в данном случае int), этой функцией, и имени функции, а также круглых скобок, в которых объявляются параметры функции.

int — целочисленный тип данных

Между фигурными скобочками размещается основной программный код, называемый еще телом функции. Это самая простая структура программы. Данная структура написана в Microsoft Visual Studio. Все выше сказанное остается справедливым и для других компиляторов, кроме строки 2. Контейнера "stdafx.h" нигде кроме MVS нет.

Структура программы для C++ Builder.

При создании консольного приложения мастер создания проектов создает автоматически следующий код:

//препроцессорная директива, автоматически подключённая мастером создания проектов #include int main() { return 0; }

Мы видим, что у функции тип данных — int . Это говорит о том что по завершении работы функция вернет какое-то целочисленное значение, в нашем случае 0. Целочисленное потому, что int – это тип данных для целых чисел, таких как 4, 5, 6, 456, 233 и т. д.

Главное помнить, что если тип возвращаемых данных у функции main — это int или любой другой, кроме void , то следует писать строку типа этой: return <возвращаемое значение>;

В строке 2 подключена библиотека vcl.h – её автоматически подключает мастер создания приложений, поэтому удалять её не следует, иначе проект не будет рабочим.

В общем говоря, мастер создает автоматически структуру программы, немного отличающуюся от тех, что мы рассмотрели, но суть остается та же.

Например:

Int main(int argc, char* argv) { return 0; }

Такой пример структуры генерируется мастером в MVS2010. Данный main немного отличается. Подробнее рассмотрим позже, но скажу, что данный main имеет такой вид, так как изначально рассчитан на поддержку юникода.

Юникод — стандарт кодирования символов, позволяющий представить знаки практически всех письменных языков. Подробнее о юникоде поговорим позже.

Существуют разные версии main , но в этом нет ничего страшного, так как main была главной функцией, так она ей и остается, поэтому все выше сказанное остается актуальным.

Пример структуры программы MVS с подключенными библиотеками.

#include "stdafx.h" #include using namespace std; int main() { }

Имя подключаемых библиотек пишется внутри знаков больше, меньше. Заголовочные файлы и имя подключаемых библиотек – синонимы.

Синтаксис подключения заголовочных файлов:

#include <имя заголовочного файла>

Более старые заголовочные файлы подключаются так (этот стиль подключения библиотек унаследован у языка программирования C):

#include <имя заголовочного файла.h>

Различие состоит в том, что после имени ставится расширение.h .

Язык программирования С++ является регистрозависимым. Например:
Return 0; – не правильно, будет ошибка компиляции.
return 0; – правильно!!!

В данной статье рассмотрены структуры программ на С++ в таких средах как MVS и Borland. И как вы уже заметили, эти структуры почти не отличаются. Поэтому данная статья актуальна для любой IDE. Если вы ещё не определились с выбором IDE, прочитайте .

Любая программа, написанная на языке Си, состоит из одной или более "функций", являющихся основными модулями, из которых она собирается.

Пример структуры простой программы на языке Си:

Общий вид	Пример
директивы препроцессора	# include # define N 10
имя главной функции
начало тела главной функции
объявления переменных и массивов	int x=1; char str[N];
операторы программы	puts(" Введите имя "); gets(str); printf("\n %s, Вы %d мой гость!",str,x);
Конец тела главной функции

1. Директивы препроцессора

Составной частью компилятора является программа, называемая препроцессором . Препроцессор работает до трансляции программы с языка высокого уровня на машинный язык, выполняя её предварительное преобразование. Каждая директива препроцессора начинается с символа # (номер) и занимает всю строку. Директивы, которые не помещаются в одной строке, могут быть продолжены в следующей строке. Признаком продолжения строки является символ обратной косой черты (\) в продолжаемой строке.

Наиболее часто используется директива включения в программу файла

# include < name >

где name – имя файла, включаемого в текст программы.

Эту директиву называют директивой подстановки . Она предписывает компилятору поместить на её место файл name . Файл name называется заголовочным. Он содержит объявления данных и функций, используемых в программе. Например, включение в программу директивы

# include < math . h >

позволит использовать в программе стандартные математические функции, такие как sin x, cos x, ln x и т.д. Список стандартных математических функций будет приведён ниже.

Директива

# include < stdio . h >

даёт возможность использования в программе стандартных функций ввода-вывода.

Другой часто используемой директивой является директива определения

#define S1 S2

где S1, S2 – строки символов.

Препроцессор отыскивает в тексте программы строку символов S 1 и заменяет её строкой S 2 . Например, включение в программу директивы

# define P printf

позволит набирать на клавиатуре букву P вместо слова printf .

Эта замена не выполняется внутри текстовых строк (литералов), символьных констант и комментариев, т.е. действие директивы #define не распространяется на тексты, ограниченные кавычками, апострофами и находящимися внутри комментариев.

1. Главная функция

Каждая программа на языке Си должна содержать объявление функции main (), которая называется главной функцией. Как правило, эта функция не имеет параметров и не возвращает никакого значения. Для указания этого факта используется слово void . Таким образом, строка с именем главной функции обычно имеет вид:

void main(void)

void main()

1. Переменные и массивы

Массивом называется группа переменных одного типа с общим именем. Именем переменной или массива является идентификатор – последовательность, составленная из символов:

a – z, A - Z , 0 – 9,_(подчеркивание),

причём первым символом не может быть цифра. Строчные и прописные символы латинского алфавита воспринимаются как разные символы. В качестве имени переменной или массива не могут использоваться служебные слова языка Си. Основные служебные слова языка Си приведены в Приложении.

Элементы массива различаются своими номерами (индексами). Индекс может принимать только целые неотрицательные значения. Индекс записывается после имени массива в квадратных скобках. Индексов может быть несколько. В этом случае каждый индекс записывается в своих квадратных скобках.

В языке Си могут использоваться переменные и массивы различных типов. Данные каждого типа занимают определённое количество байт памяти и могут принимать значения из определённого диапазона. Объём этой памяти и, соответственно, диапазон принимаемых значений в разных реализациях языка Си могут различаться. Количество байт памяти, занимаемой переменной определённого типа для конкретной реализация языка Си можно определить с помощью операции sizeof (тип). Например, определить объём памяти, отводимой под переменную целого типа, можно так:

k = sizeof(int); printf (“ Под переменную типа int отводится %d байт памяти”, k );

В данных методических указаниях рассматриваются три основных типа переменных и массивов, приведены типичные значения объёма занимаемой памяти и диапазона значений (табл. 1):

Таблица 1

	Спецификатор типа (Ключевое слово)	Значение	Размер памяти (байт)	Диапазон значений
		Число целого типа		32768 . . . +32767
				2147483648 . . . +2147483647
Действительный		Число действительного типа		3.4ּ10 -38 . . . 3.4ּ10 38 (по модулю)
Символьный				128 . . . +127

Несколько подробнее остановимся на переменной типа char . Как видно из табл. 1, переменная типа char занимает один байт памяти. В одном байте памяти можно записать либо целое число без знака из диапазона , либо целое число со знаком из диапазона [–128, 127]. Это число является кодом одного из 256 символов. Символ, соответствующий данному коду, определяется используемой кодовой таблицей. Таким образом, значение переменной типа char может рассматриваться либо как целое число, либо как символ, код которого равен этому числу.

Сама по себе программа на языке С++ представляет собой текстовый файл, в котором представлены конструкции и операторы данного языка в заданном программистом порядке. В самом простом случае этот текстовый файл может содержать такую информацию:

Листинг 1.1. Пример простой программы.

/* Пример простой программы*/
#include
int main()
{
printf(“Hello World!”);
return 0;
}

и обычно имеет расширение cpp, например, «ex1.cpp».

Следующий шаг – это компиляция исходного кода. Под компиляцией понимают процесс, при котором содержимое текстового файла преобразуется в исполняемый машинный код, понимаемый процессором компьютера. Однако компилятор создает не готовую к исполнению программу, а только объектный код (файл с расширением *.obj). Этот код является промежуточным этапом при создании готовой программы. Дело в том, что создаваемая программа может содержать функции стандартных библиотек языка С++, реализации которых описаны в объектных файлах библиотек. Например, в приведенной программе используется функция printf() стандартной библиотеки «stdio.h». Это означает, что объектный файл ex1.obj будет содержать лишь инструкции по вызову данной функции, но код самой функции в нем будет отсутствовать.

Для того чтобы итоговая исполняемая программа содержала все необходимые реализации функций, используется компоновщик объектных кодов. Компоновщик – это программа, которая объединяет в единый исполняемый файл объектные коды создаваемой программы, объектные коды реализаций библиотечных функций и стандартный код запуска для заданной операционной системы. В итоге и объектный файл, и исполняемый файл состоят из инструкций машинного кода. Однако объектный файл содержит только результат перевода на машинный язык текста программы, созданной программистом, а исполняемый файл – также и машинный код для используемых стандартных библиотечных подпрограмм и для кода запуска.

Рассмотрим более подробно пример программы листинга 1.1. Первая строка задает комментарии, т.е. замечания, помогающие лучше понять программу. Они предназначены только для чтения и игнорируются компилятором. Во второй строке записана директива #include, которая дает команду препроцессору языка С++ вставить содержимое файла ‘stdio.h’ на место этой строки при компиляции. В третьей строке определена функция с именем main, которая возвращает целое число (тип int) и не принимает никаких аргументов (тип void). Функция main() является обязательной функцией для всех программ на языке С++ и без ее наличия уже на этапе компиляции появляется сообщение об ошибке, указывающее на отсутствие данной функции. Обязательность данной функции обусловливается тем, что она является точкой входа в программу. В данном случае под точкой входа понимается функция, с которой начинается и которой заканчивается работа программы. Например, при запуске exe-файла происходит активизация функции main(), выполнение всех операторов, входящих в нее и завершение программы. Таким образом, логика всей программы заключена в этой функции. В приведенном примере при вызове функции main() происходит вызов функции printf(), которая выводит на экран монитора сообщение “Hello World!”, а затем выполняется оператор return, который возвращает нулевое значение. Это число возвращается самой функцией main() операционной системе и означает успешное завершение программы. Фигурные скобки {} служат для определения начала и конца тела функции, т.е. в них содержатся все возможные операторы, которые описывают работу данной функции. Следует отметить, что после каждого оператора в языке С++ ставится символ ‘;’. Таким образом, приведенный пример показывает общую структуру программ на языке С++.

Лекция № 1

Тема: Знакомство с языком C++. Операторы и типы данных

План

3. Переменные и их типы

4. Операторы и математические функции

5. Операторы ввода/вывода на языке С++

6. Пример программы на С++

1. История развития языка программирования С++

Языка C++, объединяющий в себе свойства языка С и объектно–ориентированного программирова­ния, стал один из главных языков программирования в 90–е годы и твердо продолжает оставаться таким в начале XXI века. Язык C++ получил в наследство от языка С такие качества, как эффективность, компакт­ность, быстрота выполнения и переносимость про­грамм. От объектно–ориентированного программи­рования язык C++ получил новую методологию программирования, позволяющую справиться с возрос­шей сложностью современных задач программирования. А такие элементы языка, как улучшенные шаблоны, привносят в язык C++ еще одну новую методологию программирования: обобщенное программирование. Это тройное наследство является для языка C++ одновре­менно и благословением, и проклятием. Оно делают язык очень мощным, но в то же время и сложным; а это означает, что программистам приходится больше изу­чать.

В последние несколько десятилетий компьютерная тех­нология развивалась поразительными темпами. Языки программирования также претерпели значительную эво­люцию. В 70–е годы такие языки программирования, как С и Pascal, помогли войти в эру структурного программи­рования, принесшего порядок в ту область, которая силь­но нуждалась в этом. Язык С предоставил в распоряже­ние программиста инструменты, необходимые для структурного программирования, а также обеспечил со­здание компактных, быстро работающих программ и возможность адресации аппаратных средств, например, возможность управления портами связи и накопителя­ми на магнитных дисках. Эти качества помогли языку С стать господствующим языком программирования в 80–е годы. Вместе с тем в эти годы появилась новая мо­дель программирования:объектно–ориентированное программирование, или ООП, воплощенное в таких язы­ках, как SmallTalk и C++.

Язык С

Сотрудник компании Bell Laboratories Кена Томпсона в 1969 году разработал язик B (би) для создания других программных систем. Однако этот язык был интерпретируемым, что не позволяло создавать на нем независимые исполняемые файлы. Тем не менее этот язык явился предшественником языка С.

В начале 70–х годов Денис Ритчи из компании Bell Laboratories занимался разработкой опе­рационной системы UNIX. Для выполнения этой ра­боты Ритчи нуждался в таком языке программирования, который был бы кратким, а также мог бы обеспечивать эффективное управление аппаратными средствами и создание компактных, быстро работающих программ. Традиционно такие потребности программистов удов­летворял язык ассемблера, который тесно связан с внут­ренним машинным языком компьютера. Однако язык ассемблера – это язык низкого уровня, т.е. он привязан к определенному типу процессора (или компьютера). Поэтому если программу на языке ассемблера необхо­димо перенести на компьютер другого типа, то ее при­ходится переписывать заново на другом языке ассемб­лера.

Операционная система UNIX пред­назначалась дли работы на разнообразных типах компь­ютеров (или платформах). А это предполагало использование языка высокого уровня. Язык высокого уровни ориентирован на решение задач, а не на конкрет­ное аппаратное обеспечение. Специальные программы, которые называются компиляторами, транслируют про­грамму на языке высокого уровня в программу на внут­реннем языке конкретного компьютера. Таким образом, используя отдельный компилятор для каждой платформы, одну и ту же программу на языке высокого уровня можно выполнять на разных платформах. Ритчи нуждал­ся в языке, который бы объединял эффективность и возможность доступа к аппаратным средствам, имеющи­еся у языка низкого уровня, с более общим характером и переносимостью, присущими языку высокого уровня. Поэтому на основе имеющегося языка программирования В Ритчи разработал язык С. Принято считать, что авторами языка являются Ритчи и Томпсон.

Язык С, как и большинство основных языков программирования нашего времени, является процедурным.

Язык С++

С развитием объектно–ориентированной технологии возможностей стандартного языка С уже было недостаточно. В результате появился язык С++.

Язык C++, так же как и язык С, является детищем ком­пании Bell Laboratories. Автор Бьярни Страуструп разработал этот язык в начале 80–х годов. По его собственным словам, «язык C++ был спроектирован главным образом так, чтобы мне и моим друзьям не приходилось программировать на ассемблере, С или различных современных языках высокого уровня. Его главная цель состояла в следующем: сделать так, что­бы отдельным программистам было легче и приятнее писать хорошие программы» .

Страуструп создал C++ на основе языка С, так как язык С был кратким, хорошо подходил для системного программи­ровании, был широко доступен и тесно связан с опера­ционной системой UNIX. Объектно–ориентированная часть языка C++ возникла под влиянием языка модели­рования Simula67. Страуструп добавил элементы ООП в язык С, не изменяя при этом существенно сам язык С.

Название C++ происходит от обозначения оператора инкремента ++ в языке С, который добавляет единицу к значению переменной. Название C++ подразумевает, что этот язык является усовершенствованной (++) версией языка С.

Обобщенное программирование

Обобщенное программирование – это еще одна парадигма программирования, поддерживаемая языком C++. Оно имеет общую с ООП цель – упростить повторное ис­пользование кодов программ. Однако, в то время как в ООП основ­ное внимание уделяется данным, в обобщенном про­граммировании упор делается на алгоритмы. И у него другая область применения. ООП – это инструмент дли разработки больших проектов, тогда как обобщенное программирование предоставляет инструменты для вы­полнения задач общего характера, таких как сортиров­ка данных. Термин обобщен­ный означает создание кода программы, независимого от типа данных. В языке C++ имеются данные различных типов – целые числа, числа с дробной частью, симво­лы, строки символов, определяемые пользователем сложные структуры, состоящие из данных нескольких типов. Если, например, требуется сортировать данные различных типов, то обычно для каждого типа создает­ся отдельная функция сортировки. Обобщенное про­граммирование расширяет язык таким образом, что по­зволяет один раз написать функцию для обобщенного (т.е. неопределенного) типа данных и затем использовать ее для разнообразных реальных типов данных. Это обес­печивается с помощью шаблонов языка C++. (начало)

2. Структура программы на С++

Программа C++ строится из отдельных блоков, на­зываемых функциями. Как правило, программа разделя­ется на ряд крупных задач, а затем для выполнения этих задач разрабатываются отдельные функции.

Большинство программ на С++ имеют следующий вид:

раздел подключения заголовочных файлов

заголовок программы (функции)

тело функции

Заголовок программы

Программа C++ состоит из одного или более модулей, называемых функциями. Выполнение программы начи­нается с функции, имеющей имя main(), поэтому в про­грамме обязательно должна присутствовать функция с таким именем. Если в про­грамме нет такой функции, то в нет и законченной программы; компилятор в этом случае указывает, что функция main() не была определена.

Описание такой функции выполняют в разделе заголовка программы и записывают в виде:

Важно учитывать тот факт, что компилятор С++ различает регистр символов. Поэтому, имя функции, набранное в другом регистре (например: Main() или MAIN()), будет распознаваться как неправильное.

Раздел подключения заголовочных файлов

При создании исполняемого кода программ C++, так же как и в случае с программами С, используется пре­процессор. Это программа, которая обрабатывает исход­ный файл перед основной компиляцией. Чтобы вызвать этот препроцессор, не надо делать ниче­го особенного. Он запускается автоматически при ком­пиляции программы.

Каждая программа на С++ вначале имеет директиву вида:

#include

Эта директива приводит к тому, что препроцессор добавляет в программу содержимое файла iostream. Это типичное для препроцессора действие: добавление или изменение текста в исходном коде перед компиляцией.

Директива #include приводит к тому, что содержимое файла iostream пере­дается в компилятор вместе с содержимым исходного файла. В сущности, содержимое файлаiostream заменя­ет в программе строку #include . Исходный файл не изменяется, а объединенный файл, созданный из исходного файла и файла iostream, обрабатывается на следующем этапе компиляции.

Такие файлы, как iostream, называются файлами вклю­чения (поскольку они включаются в другие файлы) или заголовочными файлами (поскольку они включаются в начале файла). Компиляторы C++ поставляются со мно­гими заголовочными файлами, каждый из которых под­держивает отдельное семейство программных средств. Заголовочные файлы в языке С по традиции имеют рас­ширение h, это самый простой способ идентификации типа файла по его имени. Например, заголовочный файл math.hподдерживает различные математические функ­ции языка С++.

Заголовочные файлы находятся в папке Include среды разработки Turbo C++. Если при запуске программы выдается ошибка, указывающая на отсутствие подключаемого заголовочного файла, то в среде Turbo C++ необходимо выполнить настройку. Для этого выполните команду Options – Directories, в поле Include Directoriesвведите..\INCLUDE, а в поле Library Directories введите..\LIB.

Тело функции

Тело функции содержит инструкции для ком­пьютера, т.е. определяет то, что собственно делает фун­кция.

Тело функции имеет следующий вид:

описание переменных;

операторы;

Как видно тело функции заключается в фигурные скобки. Описание переменных будет рассмотрено в следующем разделе лекции.

Оператор представляет собой инструкцию для компьютера. Чтобы понять исходный код, компилятор должен знать, когда заканчивается один оператор и начи­нается другой. В некоторых языках программирования используются разделители операторов. В языке Pascal один оператор от следующего отделяется точкой с запятой. В некоторых случаях точку с запятой в языке Pascal можно опускать, например, после оператора перед словом END, когда фактически не происходит разделение двух операторов. Но в языке C++, так же как и в языке С, применяется скорее признак (указатель) конца, чем разделитель. Признак конца – это точка с запятой, которая отмечает конец оператора; она является скорее частью оператора, чем разделителем между операторами. Практический резуль­тат заключается в том, что в языке C++ никогда нельзя опускать точку с запятой.

Инструкция RETURN 0 указывает на завершение работы функции и возврат в вызывающую программу. В главной функции main() эту инструкцию можно не указывать.

В тексте программ допускается использовать комментарии. В языке C++ комментарии обозначаются двойной на­клонной чертой (//). В программах C+ + можно использовать комментарии из языка С, которые заключены между символами /* и */.

Поскольку комментарий из языка С заканчивается не символом конца строки, а символом */, его можно продол­жать на несколько строк. В программах можно использо­вать любой из этих двух видов комментариев или оба вместе. (начало)