Keď nepoznajú Céčko, sme stratení... II-1

Transcription

1 Keď nepoznajú Céčko, sme stratení... II-1

2 Algoritmizácia a programovanie 2. prednáška Klasifikácia algoritmov. Vybrané lineárne algoritmy násobenia (a la russe, rozdeluj a panuj, násobenie sčítaním...). Úvod do programovacieho jazyka C. Ukážkový príklad v programovacom jazyku C. Vysvetlenie jednotlivých konštrukcii jazyka. Konkrétnejšie o Céčku Stručný úvod do programovacieho jazyka C. Spracovanie programu: zdrojový súbor, kompilácia, linker, vykonateľný program. Práca na PC - integrované prostredie. Základná štruktúra programu. Jednoduché typy dát, aritmetické výrazy, terminálový vstup a výstup. Knižničné matematické funkcie. Boolovské výrazy, riadiaca štruktúra: if-else. Blok, špeciálne operátory. II-2

3 Algoritmy, ktoré narúšajú pravidlá pre algoritmy? Vykonávanie nesmie zahrňovať subjektívne rozhodnutia X Algoritmy zahŕňajúce náhodný výber - pravdepodobnostné (probabilistic) algoritmy Algoritmy nám dajú správnu odpoveď X správna odpoveď nie je algoritmicky získateľná napr. presná hodnota 2 alebo Ludolfova čísla π = nekonečne veľa miest. Používame približné (aproximative) algoritmy vieme si dopredu zadať požadovanú presnosť. X správna odpoveď je z praktického hľadiska nedosiahnuteľná napr. problém obchodného cestujúceho pre 1000 miest - heuristické (heuristic) algoritmy vieme iba odhadnúť presnosť II-3

4 Algoritmy môžu byť rôzne na tú istú vec: Násobenie na viac spôsobov Normálne A la russe Vyčiarkneme párne II-4

5 Ešte jedno násobenie: Divide and conquer (rozdeľ a panuj) počet číslic obidvoch činiteľov rovnaký a rovný mocnine dvoch násobenie posun výsledok násobenie posun výsledok II-5

6 Analýza zložitosti: Grafy spotreby CPU času v závislosti na veľkosti problému nie sú dostatočne všeobecné. Správne sa počíta počet najčastejšie využívaných operácií pre i od 1 do n opakuj pre i od 1 do n opakuj x:=x+1; pre j od 1 do n opakuj x:=x+1; Počet opakovaní je n Počet opakovaní je n 2 II-6

7 Násobenie cez sčítanie (dá sa aj lepšie) Algoritmus NASOB1 prem A,B,SUCIN,POCET: int začiatok vstup(a,b); SÚČIN:=0; POČET:=0; pokiaľ POČET B opakuj začiatok SÚČIN:= SÚČIN+A; POČET:= POČET+1; koniec výstup(súčin); koniec 2 priradenia, 2 B sčítaní a priradení Algoritmus NASOB2 prem A,B,SUCIN,POCET,PRÍRASTOK:int začiatok vstup(a,b); SÚČIN:=0; POČET:=0; PRÍRASTOK:=A+A; pokiaľ POČET<B opakuj začiatok SÚČIN:= SÚČIN+ PRÍRASTOK; POČET:= POČET+2 koniec ak POČET>B potom SÚČIN:= SÚČIN-A; výstup(súčin); koniec 2 priradenia, 1 sčítanie a priradenie, B sčítaní, 1 test + max. 1 odčítanie II-7

8 Céčko - pre koho? C - pre začiatočníkov, predovšetkým základné príkazy jazyka s obmedzením použitia smerníkov (pointerov), dôraz na samostatnú tvorbu jednoduchých algoritmov Čo sa teda bude učiť a čo nie Základy jazyka C C++ objektovo orientované programovanie, >10000 riadkov, násobné využitie JAVA: WWW, C#, siete Graphic User Interface C++ Builder II-8

9 S čím budeme pracovať? Existujú kompilátory pre Windows (pre UNIX sú samozrejmou súčasťou): Microsoft Visual C++, Borland (Inprise) C++ Builder, Borland Turbo C++ Suite (Win32, Win16, Dos), Watcom C/C++ (Windows 3.x, 95 & NT), Symantec C for Win 95/NT & DOS, The GNU-Win32 Project Page at Cygnus, The MetroWerks CodeWarrior pre všetky možné systémy My budeme robiť so starým Borland C malý a užívateľsky prítulný - obmedzenie na pamäť (nepoužívať veľké poľa) Existujú aj kompilátory zadarmo, napr pre DOS alebo pre Win Turbo C version ,1 MB, unzip na 3 diskety II-9

10 C je ako Porsche: silné, účinné a kompaktné. Programovanie v C, rovnako ako riadenie Porsche, môže byť zaujímavé, vzrušujúce a zábavné keď ho ovládate a viete využiť jeho možností Quilici Jazyk C Vám dá viac možností ako sa vybúrať, ako väčšina iných jazykov J.P. Jazyk C sa nenaučíte čítaním kníh (ani počúvaním prednášok) ale iba programovaním v ňom. Začiatok 1978 knihou Kernighan a Ritchie: The C Programming Language - spojený s UNIXom Jazyk C - je univerzálny jazyk nízkej úrovne - má veľmi úsporné vyjadrovanie, je štruktúrovaný - dá sa v ňom urobiť všetko (ale niekedy to môže trvať, pokiaľ nepoužijeme už niekým iným naprogramovanú knižnicu programov) - je prenositeľný a rýchly - nepozná množinové operácie na rozdiel od Pascalu, oveľa menej stráži Vaše možné chyby II-10

11 Zjednodušené schéma programovania Editor: program.c Kompilátor+Linker: program.exe spustenie (run) (program.cpp znamená v C++) Preprocesor vynecháva komentáre, zaisťuje vloženie.h súborov, rozvoj makier... Compiler (kompilátor) prekladá do relatívneho (objektového kódu počítača) -.OBJ, adresy premenných nie sú ešte známe.lis je protokol o preklade Linker priradí relatívnemu kódu absolútne adresy, nájde všetky odkazy na funkcie (napr. knižničné) a vytvorí program.exe Debugger nájdenie chýb pri behu programu sledovaním hodnôt premenných II-11

12 II-12

13 Príklad programu v jazyku C (čo je modrým, môže sa vynechať) /* jp_pokus.c v.1.0 vypis hello J. Pospichal */ #include <stdio.h> /* bez bodkociarky */ main() /* bez bodkociarky, so zatvorkami */ { int i=1; /* príkaz s bodkociarkou, priradenie hodnoty 1 celociselnej premennej i */ printf( Hello, No. %d,i); /* vytlacenie Hello, No. 1 na implicitny vystup, teda na obrazovku */ } II-13

14 Základné pojmy jazyka C Hlavičkové (header) súbory #include <hlavicka.h> znamená vloženie knižničných funkcií (teda špecializovaných prográmkov zaisťujúcich napríklad vstup a výstup) ako <stdio.h>, obsahujúci špecifikáciu funkcie printf na tlač Nasleduje hlavný program main() spolu s komentárom uzatvoreným v /* komentar */ Štábna kultúra: mená premenných a programov majú mať význam, na oddeľovanie používame znak podčiarknutia _, vždy vkladáme popis. Jazyk C rozlišuje malé a veľké písmená, teda tlak a Tlak a TLAK sú tri rôzne premenné kľúčové slová ako main, printf, int musia byť napísané malými písmenami znak podčiarknutia medzi slovami ako u moja_premenna sa používa na sprehľadnenie programu. Bežne sa používajú názvy premenných: i,j,k indexy, parametre cyklov c, ch znaky, s reťazce II-14

15 Dátové typy int celočíselná premenná char znaková premenná (na reťazce písmen) float racionálna premenná double racionálna premenná s dvojitou presnosťou Konštanty celočíselné reálne konštanty 15., 15.8,.84, 0.84, 5e6, 7E23 znakové konštanty sú uzatvorené apostrofmi, napr. a, *, 4, \007,, (v reťazcových konštantách sa na zobrazenie úvodzoviek používa ale \ ) reťazcové konštanty "Toto je retazcova konstanta" "Toto je" "ekvivalentna dlha" "retazcova konstanta" II-15

16 Priradenie na ľavej strane = môže byť iba premenná, na pravej strane môže byť konštanta aj premenná i=3+k; d=`c`; f=f+3.14*i; nie 2*i=3 každý príkaz alebo definícia sa musí končiť bodkočiarkou; samotná bodkočiarka je prázdny príkaz - užitočné napr. pri rozhodovaní. i==j je logické porovnanie, ktoré vráti 1 keď sa i rovná j, a 0 keď si nie sú rovné je možné niekoľkonásobné priradenie k=j=i=2; II-16

17 Operátory unárne + a použitie normálne j=+1; k=-j; binárne + sčítanie - odčítanie * násobenie / reálne delenie, keď sú delené racionálne čísla (teda aspoň jedno z nich nie je typu int) teda výsledok 3./2 je 1.5 / celočíselné delenie pre celé čísla int/int teda výsledok 3/2 je 1 % delenie modulo, teda výsledok 5%2 je 1 II-17

18 Terminálový vstup a výstup Jazyk C vstupy a výstupy rieši funkciami štandardných knižníc, čím oddeľuje strojovo závislé Input/Output operácie od nezávislých (#include <stdio.h> /* bez bodkociarky */ ) Normálne sa používajú funkcie, ktoré načítajú napr. celé číslo ako reťazec a prevedú ho automaticky do číselnej podoby scanf() - vstup, printf() - výstup scanf( %d,&i); prečíta z klávesnice celé číslo a uloží ho do premennej i %d určuje dekadický celočíselný formát čísla, & pred i je nutné (predstavuje adresu) printf( mocnina %d je %d, i,i*i); vytlačí na obrazovku hodnotu premennej i a i 2 %d určuje dekadický celočíselný formát čísla pred i nie je & II-18

19 Reťazec uzatvorený v úvodzovkách predstavuje riadiaci reťazec formátu. Pre scanf aj pre printf platí, že %c znak typu char %d desiatkové číslo typu signed int %f číslo typu float %s reťazec znakov II-19

20 Niektoré matematické funkcie štandardných knižníc math.h a stdlib.h, použitie #include <math.h> premenná je vždy v guľatej zátvorke za funkciou napr. y=abs(x); abs absolútna hodnota fabs absolútna hodnota pre desatinné čísla acos arc cosine arg v complex.h, dá uhol v radiánoch z kompl. čísla asin arc sinus atan arc tangens atof, atoi konvertuje string na float, resp. int cos cosh cos hyperbolický exp - e x log - ln = prirodzený logaritmus log10 - log 10 x pow(a,b) - a b sin sinh sinus hyperbolický sqrt - x tan tanh - tangens hyperbolický II-20

21 Riadiace štruktúry Booleovské výrazy rovnosť == nerovnosť!= logický súčin (AND) && logický súčet (OR) negácia (NOT)! výsledok je typu int, kde 0 znamená FALSE a 1 znamená TRUE Relačné operátory menšie < menšie alebo rovno <= väčšie > väčšie alebo rovno >= i=5 alebo i==5? Pozor na chybu!!! Pri porovnávaní vždy == I-21

22 Podmienený výraz if(podmienka) výraz_1; else výraz_2; #include <stdio.h> main() { int peniaze; scanf("%d",&peniaze); if(peniaze < 30) printf( Zle je, nemam na pivo ); else { /* lava zatvorka za else */ printf( Dam si pivo! ); peniaze = peniaze-30; printf( Ostalo mi %d Sk, peniaze); }/* blok nesmie koncit bodkociarkou */ } I-22

23 Pozor na podrazy jazyka C: if(0<=peniaze<30) printf( Zle je, nemam na pivo ); Pozor, výraz v zátvorke je platný aj pre peniaze rovné číslu 100 Vyhodnocuje sa ako if((0<peniaze)<30) Argumenty sú vyhodnocované zľava doprava a akonáhle sa dá určiť konečný výsledok, vyhodnocovanie končí. teda pre y rovné 0 výraz y!= 0 && x/y<z sa vyhodnotí ako FALSE a k delení nulou nedojde Existuje tabuľka priorít operátorov, ale v prípade pochybností zátvorkujte!!! Je potrebné dávať pozor na zámenu a && s a &. a & sú bitové operácie!!! I-23

24 #include <stdio.h> main() { int stranaa, stranab, stranac; scanf("%d %d %d",&stranaa,&stranab,&stranac); if(stranaa<=0 stranab<=0 stranac<=0) printf("nemozu byt strany trojuholnika," "uz si pocul o zapornych alebo nulovych?"); else if( stranaa< stranab+stranac && stranab< stranaa+stranac && stranac< stranaa+stranab) printf("mozu byt strany trojuholnika"); else printf("nemozu byt strany trojuholnika"); } I-24

25 Blok Zátvorky { } označujú začiatok a koniec bloku alebo zloženého príkazu. V bloku môžu byť definície premennej s rovnakým menom ako von z bloku, ale pritom sa dáva prednosť vnútornej premennej, teda int j=1; { int i=2; printf( Hello, No. %d,i); } vytlačí Hello, No. 2 int i; /* globalna premenna */ main() { int j; /* lokalna premenna */ } I-25

26 Operátory špeciálne unárne ++ a ++ výraz je zväčšený o 1 ++premenna je inkrementovaná pred použitím, premenna++ je inkrementovaná po použití, podobne je to aj s operátorom int i=5, j=1, k; i++; /* i je 6 */ j=++i; /* j je 7, i je 7 */ j=i++; /* j je 7, i je 8 */ k= j+2; /* j je 6, k je 8 */ /* 45++ alebo (j+k) sú blbosti */ I-26

27 priraďovacie operátory l-hodnota += výraz; je ekvivalentom l-hodnota = l-hodnota + výraz; podobne aj pre =,*=,/=,%= int i=4, j=3; j +=i; /* j bude 7 */ j /= i; /* j bude 2, i bude 3 */ j *=i-2; /* j =j*(i-2)=2 nie j =j*i-2=4 */ I-27

28 Cyklus pomocou podmieneného výrazu Príkaz goto používa sa málokedy, predovšetkým na výskok z vnorených (zahniezdených) cyklov for alebo do while... goto oznacenie_odskoku; oznacenie odskoku:... #include <stdio.h> main() { int i=1; goto ela_hop; i=2; ela_hop: printf("%d",i) } I-28

29 #include <stdio.h> main() { int i=1; ela_hop: printf("%d",i); i++; if(i<=10) goto ela_hop; } Toto je ukážka, ktorou cykly nikdy nerobte, nabudúce sa naučíme, ako sa majú robiť poriadne I-29

30 Základné pokyny pre laboratórium: Spustenie BorlandC v CPU resp. DL03. BorlandC je uložený J:\ PROG\DOSPROG\BORLANDC pozrite sa do neho a nechajte si okno otvorené Váš adresár je N:\roc2004\XY-- pozrite do neho a okno zavrite. Na konci cvičenia si tam odložíme zdrojové programy Budeme pracovať v adresári C :\WORK\BC a ten je potrebné pred prácou vyčistiť(edit->select all DEL). Keďže ide o DOS aplikáciu spúšťame pomocou: Start/Run Do okienka napíšme cmd a otvorí sa DOS okno Pomocou direktív sa nastavíme do nášho pracovného adresára C:> cd C :\WORK\BC (NEVYTVÁRAJTE!!!! podadresár ) Z tohoto adresára spustíme BORLANDC pomocou direktívy resp. pomocou stiahnutia reťazca... C :\WORK BC> J:\ PROG\DOSPROG\BORLANDC\BIN\BC.exe Otvorí sa aplikácia (integrované prostredie)borlandc Roztiahnutie okna na celú obrazovku ALT ENTER I-30

31 Keď máte prostredie BorlandC spustené, tak v hornej lište sa vyvoláva menu stlačením <F10>: - File/ tu sa otvára a zatvára súbor so zdrojovým textom ("programom"). Pozor, céčko nemá autosave!!! Každých zopár minút dajte Save (uložiť) súbor - Edit/ tu sú štandartné operácie editora Copy a Paste - Search/ tu je štandartné vyhľadávanie znakových reťazcov a možnosť hromadnej výmeny. Napríklad v programe mate všade premennú s názvom alfa, tak ju môžete automaticky hromadne premenovať na alfa[x]. - Compile/ tu sa kompiluje zdrojový text v cecku, čo ste napísali. Samotné Compile vytvára súbor typu.obj, z ktorého príkaz Link vytvára súbor typu.exe. Make je príkaz Compile a Link dokopy. Pri kompilovaní to môže ohlásiť chyby a varovania. Treba brat väzné vždy prvé hlásenie v poradí, lebo tie nasledujúce hlásenia môžu byt dôsledkami prvej chyby. Chyby ohlasovane pri linkovaní sa tykajú "vyšších" problémov, ako že nie je nastavená knižnica, nie je definovaná funkcia a podobne. - Run/ tu sa spúšťa program. Ak program spustite tadiaľto a je blbý, ešte mate malú šancu ho zrušiť pomocou <Ctrl><Break>. Ak program spustite mimo tohoto BorlandC prostredia a je blbý, asi budete musieť resetovať poctiac... I-31

32 - Debug/Toggle Breakpoint/ tu sa v zdrojovom texte označujú riadky, na ktorých sa ma program zastavovať pri debugovaní. Potom možno zisťovať situáciu pomocou Debug/Inspect, Evaluate, Watches. A môžete krokovať program pomocou Run/Trace Into, Step over (to prvé vkročuje do každej funkcie, to druhé preskakuje funkcie vcelku). A tiez Run/Program Reset môžete beh programu zrušiť. Project/ program s riadkami sa zapíše vo viacerých súboroch - Options/Compiler/Code Generation tu je dôležité nastaviť tzv. Model (pamäti). Ak mate (.)Tiny, potom program s väčšími dátovými štruktúrami nebude ako.exe schopný bežať pod DOSom, lebo ma malý vyhradený piesoček. Ak nastavíte (.)Huge, potom sa do programu všeličo zmesti, ale možno program nebude schopný íst pod DOSom ak je pamäť stroja zaprataná inými programami. - Options/Compiler/Code Generation tu je dôležitá ešte položka Unsigned Characters, že či Vaš program bude všetky premenne typu char rozumieť z intervalu <-127,127>, alebo nie. Problém môže nastáť napr. pri práci so znakovou konštantou EOF (co je End Of File a má hodnotu (-1). Prestane byt rozpoznávaná, vtedy to treba prepnúť, pred kompilovaním. - Options/Compiler/Code Generation/More/ alebo u inej verzie Borlandu: I-32

33 Options/Compiler/Advanced Code Generation/ tu sa dá nastaviť Instruction Set podľa procesora, ktorý mate. Ak je nastavený 80386, tak vaše.exe asi nepôjde na Opačne pôjde, ale možno pomalšie. Ale vzhľadom na to že asi sedíte po roku 2000 minimálne pri 80386, nastavte to a program bude byt najšikovnejší. Ďalej je tu možnosť nastaviť Floating Point. Ak máte nastavený "none" a začnete v programe počítať neceločíselné výpočty, bude zle. Nastavte vtedy "emulation" (napodobovanie). Vtedy sa napodobuje numericky koprocesor 8087/387. Ktorý tam asi v počítači nemáte, takže ho nenastavujte... - Options/Directories tu sa nastavujú adresáre, kde sa niečo hľadá alebo zapisuje. Prázdna kolónka znamená ze je to adresa z ktorého ste céčko spustili. Ak niečo nefunguje alebo sa nenašlo, treba pozrieť toto nastavenie. - Options/Environment/Editor/Syntax Highlighting (iba v novšom Borlande!) tu sa zadina prekrásne (a užitočné) vyfarbovanie syntaxe cecka. - Window/ tu sa manipuluje s oknami, Borland C prostredie umožňuje mat otvorene mnohý okna a preskakovať medzi nimi. Tile znamená, že nimi "vydláždite" obrazovku. Message je okno, kde sú nastrkane chybové hlásenia kompilátora. - Window/User screen - ak Váš program čosi kamsi vypísal na obrazovku, je to tuná v tomto okne. I-33

34 - Help/ tu je všeobecný help. Okrem toho je tu výborný kontextový help: ukážte kurzovom na niečo (napr. meno funkcie, jeho prvý znak) a stlačte <Ctrl><F1> a ste v príslušnom helpe. Tam bývajú aj príklady ktoré možno kopírovať do Clipboardu pomocou Edit/Copy Example a vytrhávať si z nich tie najchutnejšie kusky do svojich programov. Odísť s BORLANDC ALT X Odísť z DOSu EXIT PO SKONČENÍ CVIČENIA PREMIESTNIŤ z C :\WORK\BC do svojho adresára na údajovom serveri resp. na disketu a vymazať všetko v adresári C:\ WORK\BC I-34

35 Choďte a učte sa programovať I-35