WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

1

PODSTAWY

PROGRAMOWANIA

kurs I - część 1

PROWADZĄCY: dr inż. Marcin Głowacki

E-Mail:

[e-mail]

Pok.907 C-5

Wrocław 2012

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

2

LITERATURA PODSTAWOWA:

[1] Grębosz J., Symfonia C++, Standard, Editions 2000,

Kraków, 2005, 2008, 2010

[2] Stroustrup B., Język C++, WNT, Warszawa 2004
[3] Eckel B., Thinking in C++, Helion, Gliwice 2002
[4] Wróblewski P., Algorytmy, struktury danych i techniki

programowania. Helion, 2009

LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA:

[1] Kernighan R., Ritchie C., Język C, PWN, Warszawa
[2] Segewick C., Algorytmy w C++. W.N.-T., Warszawa,

1999

[3] Lippman S. B., Lajoie J., Podstawy języka C++, WNT,

Warszawa 2003

Neapolitan R., Naimipour K., Podstawy algorytmów z
przykładami w C++. Wyd. Helion, 2004

ZALICZENIE

- test końcowy z wykładu

Ocena końcowa = 1/3*ćwiczeń + 1/3*laboratorium + 1/3*wykład

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

3

1.

PRZEGLĄD PARADYGMATÓW PROGRAMOWANIA:

Paradygmat programowania jest to wzorzec programowania przedkładany w danym okresie
rozwoju informatyki ponad inne lub szczególnie ceniony w pewnych okolicznościach lub
zastosowaniach - zbiór mechanizmów jakich programista używa pisząc program.

Przykłady paradygmatów:

-

programowanie imperatywne - (Assembler, Basic, Fortran, Pascal, C) to prosty sposób
programowania, w którym program postrzegany jest jako szereg instrukcji dla komputera.
Związany jest ściśle z budową sprzętu komputerowego o architekturze von Neumanna, w
którym wykonywane są poszczególne instrukcje w kodzie maszynowym zmieniające
globalny stan maszyny

o

sekwencja poleceń zmieniających krok po kroku stan maszyny, czyli zawartość
pamięci oraz rejestrów i znaczników procesora

o

przykładowo, instrukcje podstawienia działają na danych pobranych z pamięci i
umieszczają wynik w pamięci – tzw. zmienne symbolizują komórki pamięci

-

programowanie proceduralne - procedury i powroty (return), GOSUB (BASIC), CALL
FAR i CALL NEAR(ASSEMBLER), polega na dzieleniu kodu na procedury, czyli
fragmenty wykonujące ściśle określone operacje. Procedury nie powinny korzystać ze
zmiennych globalnych (w miarę możliwości), lecz pobierać i przekazywać wszystkie dane
(czy też wskaźniki do nich) jako parametry wywołania.

o

program był traktowany jako seria procedur, działających na danych

o

procedura (funkcja) jest zestawem specyficznych, wykonywanych jedna po drugiej
instrukcji.

-

programowanie strukturalne - (PASCAL) hierarchiczne dzielenie kodu na bloki, z
jednym punktem wejścia i jednym lub wieloma punktami wyjścia. Chodzi o nieużywanie
lub ograniczenie instrukcji skoku (goto). Dobrymi strukturami są, np. instrukcja
warunkowe (if, if...else), pętle (while, repeat), wyboru (case, ale nie switch z C itp.).
Strukturalność zakłócają instrukcje typu: break, continue, switch (w C itp.),

o

idea główna to „dziel i rządź.”

-

każde zadanie jest rozbijane na zestaw mniejszych

zadań składowych

-

programowanie obiektowe – (C#) zbiór porozumiewających się ze sobą obiektów,
zawierających w sobie dane i metody przetwarzania tych danych, czyli wykonywania
pewnych operacji na tych danych, programowanie obiektowe wzbogacone o dziedziczenie i
polimorfizm – kod programu sam się orientuje z jakim typem obiektu ma do czynienia i
dobiera właściwą funkcję realizującą domyślną akcję (podobnie jak
przeładowanie/przeciążenie funkcji i operatorów, które same rozpoznają z jakimi
argumentami mają do czynienia)

o

pojawia się pojęcie klasy i obiektów tej klasy

o

obiekty zawierają dane w postaci zmiennych i metody operujące na tych danych

o

łatwa rozbudowa i korzystanie z elementów wcześniej zdefiniowanych

o

związanie funkcji ze strukturą przetwarzanych danych

o

abstrakcja, dziedziczenie i hermetyzacja danych

o

polimorfizm = „wiele form” – jedna nazwa może przybierać wiele form, forma
aktualna jest związana z daną klasą obiektu

o

tęzyki imperatywno-obiektowe to: C++, Perl, PHP, Java, Python

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

4

-

programowanie zdarzeniowe - program jest cały czas bombardowany zdarzeniami
(ang.events), na które musi odpowiedzieć, i że przepływ sterowania w programie jest
całkowicie niemożliwy do przewidzenia z góry. Programowanie zdarzeniowe jest
dominującym typem programowania GUI.

o

zdarzenia to naciśnięcia myszy, klawiszy, żądania odświeżenia przez system
okienkowy, różne zdarzenia sieciowe itd.

o

mocno powiązane ze środowiskami wieloprocesowymi i z graficznymi
ś

rodowiskami systemów operacyjnych oraz z programowaniem obiektowym.

KLASYCZNE PROJEKTOWANIE PROGRAMU:

-

Rozpoznanie i analiza problemu

-

-

Projektowanie programu

o

Identyfikacja zachowań systemu: kto/co -> akcja -> kogo/czego -> rezultat (gracz-
>rzuca ->kostką -> liczba pomiędzy 1 i 6)

Identyfikacja struktur danych

Wskazanie bloków funkcjonalnych – algorytm (minimum blokowy)

o

Usystematyzowanie i uszczegółowienie

Tworzenie nowych typów i struktur danych (jeśli są potrzebne)

Ustalenie hierarchii zmiennych i ich zasięgu

Określenie wzajemnych zależności – która funkcje wydają rozkazy, a która
spełniają polecenia, które funkcje wymieniają się usługami – GRAF
WSPÓŁPRACY

Podsystemy – znajdowanie grup obiektów, które realizują odrębne
funkcjonalnie zadania, np. obsługa menu

o

Składanie modelu – określanie stanów, sekwencji działań oraz cykli życiowych dla
danych oraz funkcji

-

Implementacja

-

Testowanie

-

Uruchomienie i poprawki

ANALIZA PROBLEMU

•

Od szczegółu do ogółu (wstępujące)

niepodzielne części łączy się w większe fragmenty

•

Od ogółu do szczegółu (zstępujące)

bloki funkcjonalne uściśla się do operacji elementarnych

•

W praktyce TECHNIKI MIESZANE

•

Struktura danych

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

5

ALGORYTM - SCHEMAT BLOKOWY

•

START, STOP

•

OPERACJA WYKONAWCZA

•

OPERACJA WARUNKOWA

•

OPERACJA WEJŚCIA/ WYJŚCIA

START

i=0

j=j+1

if

i<3

TAK

NIE

wyświetl

i

podaj k

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

6

IMPLEMENTACJA

Język programowania i narzędzia programistyczne

-

stopień złożoności języka

-

poziom abstrakcji realizowanych funkcji

-

projekty z kodem z różnych języków

Podział na odrębne moduły tworzone w zespole programistów
Właściwe zarządzanie projektem

Język C <-> Assembler

Poziomy maszynowe

L4 – C++

int A, B, C;

//fragment danych

…

A

=

B

+

C;

//fragment programu

L3 – Asembler (Intel x86)

L1 – kod maszynowy (Intel x86)

(.data)

SEGMENT danych

cc dw (?) ;

(offset cc = 0103h)

bb dw (?) ;

(offset bb = 0105h)

aa dw (?) ;

(offset aa = 0107h)

(.code)

SEGMENT programu

...

(*) mov ax, cc

1010 0001 (A1h)
0000 0011 0000 0001 (0103h)

(*+3) add ax, bb

0000 0011 0000 0110 (0306h)
0000 0101 0000 0001 (0105h)

(*+7) mov aa, ax

1010 0011 (A3h)
0000 0111 0000 0001 (0107h)

#include <stdio.h>

int main() {
printf("Hello world");
}

_TEXT segment byte public 'CODE’

; void main()

_main proc near

; {
; printf("Hello world");

push offset DGROUP:s@

call

near ptr _printf

pop

cx

; }

ret

_main endp

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

7

MODEL PRZETWARZANIA

– wpływ na sposób zakodowania programu

-

z podziałem czasu (przełączanie zadań)

-

czasu rzeczywistego

-

równoległe (wiele procesorów)

-

rozproszone (w sieci komputerowej, klastrze)

KOMP

KOMP

KOMP

KOMP

KOMP

KOMP

KOMP

KOMP

Zarządzający

klastrem

Bardzo szybkie łącze np., Gigabit Ethernet

KOMP

Komputer wchodzący w skład klastra

Legenda

SWITCH

SWITCH

Przełącznik sieciowy np., Gigabit Ethernet

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

8

KOMPILACJA i KONSOLIDACJA

Pseudo-kompilatory generują tzw. bajtkod – kod pośredni, który na etapie wykonywania jest
przekształcany w kod maszynowy – mikrokod wykonywany wewnątrz procesora. Mikrokod jest
różny dla różnych typów procesora.

Program

ź

ródłowy

Kompilator

Program

wynikowy

Konsolidator

Program

wykonalny

Program

ładujący

Procesor

Procesor

Procesor

Procesor

Inne

moduły

Tekst programu

(.cpp)

Moduły - objects

(.o lub .obj)

Plik

wykonywalny

Pseudo-

kompilator

Kod

pośredni

Interpreter

Kod

maszynowy

Inne moduły z kodem pośrednim:
mogą pochodzić z innych kompilatorów dowolnych innych języków programowania:

-

Pascal, Asembler, Fortran, Cobol, Modula 2 itd.

Program

ź

ródłowy

C

Program

ź

ródłowy

Pascal

Program

ź

ródłowy

Asembler

Program

ź

ródłowy

Fortran

Kompilator

C

Program

wynikowy

Kompilator

Pascal

Program

wynikowy

Kompilator

C++

Program

wynikowy

Kompilator

Asembler

Program

wynikowy

Kompilator

Fortran

Program

wynikowy

Konsolidator

Program

wykonalny

Program

ź

ródłowy

C++

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

9

PREPROCESOR KOMPILATORA

•

Przed uruchomieniem kompilatora

•

Dyrektywy rozpoczynające się od: # (hash, krzyżyk)

#include <nazwa>

//dla domyślnej lokalizacji plików nagłówkowych

lub

#include ”nazwa”

//dla plików nagłówkowych z bieżącej kartoteki

•

Definicja symbolu lub stałej:

#define NMAX 100

#define cośtam

•

Dyrektywa warunkowa:

Przykład:

#ifndef p_sumaP

//jeśli wcześniej nie było zdefiniowane p_sumaP

#define p_sumaH

/*to trzeba zdefiniować p_sumaH i dołączyć
odpowiedni plik nagłówkowy */

#include ”p_suma.h”

//Umieszczenie treści pliku p_suma.h w tym miejscu

#endif

Inny przykład:

#define unix

//informacja na początku, że kompilacja w systemie Unix

.....

#ifdef unix

#include ”unix.h”

//dołącz jakiś własny plik nagłówkowy unix.h

#endif

#ifndef unix

//dla innego systemu niż unix

#include system.h

//dołącz jakiś własny plik nagłówkowy system.h

#endif

PROGRAM WYKONALNY

•

Kompilacja programu źródłowego

•

Binarny moduł wynikowy typu „obiekt”

•

Łączenie modułów - Link

•

Program uruchamialny: .com, .exe

•

Uruchamianie krokowe - Debug

URUCHOMIENIE i PRZETESTOWANIE

Faza wdrożenia i obserwacja zachowania programu w warunkach rzeczywistej eksploatacji
Odnajdowanie przyczyn błędnego działania programu (ang. TROUBLESHOOTING)

•

Błędy kompilacji (składniowe)

•

Błędy logiczne

•

Błędy funkcjonalne

•

Pomyłki fazy projektowania

Obsługa „potencjalnych” błędów użytkownika

•

Zmiany i rozszerzenia

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

10

ZALECENIA OGÓLNE:

1. Funkcje:

–

≥

10 linijek programu,

–

wielokrotne powtórzenia.

–

wcięcia w tekście programu

–

spójny system nazw, np. zgodne z systemem węgierskim

2. Wyczerpujące komentarze w programach:

–

komentarz do końca linii: //

for (i=1;i<5;i++) {

//pętelka służąca do pokazu zaleceń ogólnych dla studentów

if (iLiczba == 7)
. . .
}

–

blok komentarza: /* blok */

for (i=1;i<5;i++) {

/*inna pętelka z wykluczoną instrukcją, która nie jest już potrzebna, ale

może się przydać później w fazie uruchomienia. Po zakończeniu fazy uruchomienia takie
zbędne instrukcje i bloki komentarzy można usunąć np., żeby nie dawać sobie powodu do
wstydu i wyśmiewania przez następne pokolenia

if (iLiczba == 7) */

iLiczba--;
. . .
}

ZŁOTA ZASADA

(nieznanego autora - przekazywana z pokolenia na pokolenie)

Cyt. rady starszego kolegi:

Program działa tak jak go napisałeś,

a nie tak jak Ci się wydawało, że go napisałeś.

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

11

2.

REPREZENTACJA DANYCH

Dane przechowywane i przetwarzane w komputerach są postaci cyfrowej, zatem w postaci liczb o
pierwotnej postaci liczb binarnych – zapisanych w

systemie dwójkowym

.

Dane, które zapisane są w pamięci komputera to tzw.

zmienne

, ze względu na fakt, że ich wartości

mogą być modyfikowane w trakcie działania programu. Każda zmienna jest określonego typu i
posiada unikalną nazwę lub wskazanie w postaci adresu czyli miejsca w pamięci operacyjnej.

Wyróżniono trzy typy zmiennych, w zależności od zasięgu dostępności danych w różnych
miejscach programu:

Globalne

– deklarowane na początku programu, przed funkcją główną: main() ) dostępne w

każdym miejscu programu. Rezydują w pamięci przez cały czas funkcjonowania programu w
miejscu na stałe zarezerwowanym.

Lokalne

– dostępne w bloku, w którym zostały zadeklarowane i używane tylko w jego obszarze,

np. w funkcji głównej lub innych zdefiniowanych funkcjach. Przeznaczone są do lokalnego
przetwarzania i dlatego mają charakter tymczasowy – znikają po zakończeniu funkcji lub nie są
dostępne po opuszczeniu funkcji, np. w celu realizacji innej funkcji, a po powrocie są nadal
dostępne. Każde jednak nowe wywołanie funkcji tworzy na nowo zestaw zadeklarowanych
zmiennych z ich wartościami początkowymi. Tworzone są w pamięci podręcznej programu, w
przestrzeni, która może być wielokrotnie użyta do deklarowania różnych zmiennych lokalnych.

Statyczne

– podobnie jak zmienne lokalne dostępne są w bloku, w którym zostały zadeklarowane, z

tą jednak różnicą, że zachowują swoją wartość podczas ponownego wywołania funkcji. Musza
posiadać stałą rezerwację w pamięci, podobnie jak zmienne globalne.

Widoczność zmiennych, zmienne statyczne oraz zjawisko przesłaniania zostanie omówione w
dalszej części kursu.

DEKLARACJE ZMIENNYCH

Deklaracja zmiennej polega na wskazaniu typu zmiennej i nazwy. Nie można zakładać, że zmienne
posiadają istotną wartość początkową, która może być przypadkowa. Nie można zakładać, że
będzie to zero dla zmiennych przechowujących liczby. Możliwe jest zadeklarowanie zmiennych z
wartościami początkowymi:

Typ nazwa_zmiennej = wartość_początkowa;

int a,b,c;
float d,e,f;
double g,h;

Inicjalizacja wartości początkowych:

int a=0,b=1,c=5;
float d=0.1,e=0.5,f=7;
double g=0,h=0;

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

12

W języku C definicje zmiennych mają ustalone miejsce, zwykle na początku programu lub funkcji.
W języku C++ dopuszczono większą swobodę co do miejsca umieszczenia deklaracji zmiennych –
zwykle mogą się pojawiać w dowolnym miejscu programu, np. przed ich pierwszym użyciem lub
nawet w trakcie ich użycia:

for (int i=0;i<100;i++){
...
}

int a= (int b=5) + (int c=7);

//to tylko przykład - proszę nie stosować takich praktyk.

Poprawiła się wygoda użycia zmiennych, ale jednocześnie pojawić się bałagan. Należy stosować
przede wszystkim rozsądek i utrzymywać w równowadze rozproszenie deklaracji zmiennych oraz
porządek i czytelność programu.

STRUKTURA PROGRAMU

W przypadku rozbudowanych programów może być bardzo zróżnicowana. Dla prostych

przypadków można przyjąć ogólną strukturę składającą się z dyrektyw dołączenia plików
nagłówkowych

#include

, następnie zmiennych globalnych

Przykładowa postać ogólna struktury programu:

#include <iostream>

//pliki nagłówkowe

int konto, licznik;

//zmienne

globalne

int

XYZ

(int dana1, int dana2){

int wynik, suma, m,n;

//zmienne

lokalne

w funkcji XYZ

….
return suma;

//powrót z funkcji

}

int

main()

{

int a=0, b, c;

//zmienne

lokalne

w funkcji głównej

...
XYZ(b,10);

//wywołanie funkcji XYZ

for (

int i=0

; i<10; i++){

...
}
return 0;

//powrót z kodem – 0 jeśli poprawne zakończenie

}

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

13

TYPY DANYCH – WBUDOWANE

Zarówno w języku C, jak i w języku C++ wyróżniamy pięć podstawowych typów danych:

int

— typ całkowity. Używany jest do zapamiętywania i zapisywania liczb całkowitych.

float

— typ zmiennopozycyjny (zmiennoprzecinkowy).

double

— typ zmiennoprzecinkowy podwójnej długości. Zmienne typu

float

oraz

double

umożliwiają zapamiętywanie i zapisywanie liczb posiadających część całkowitą i
ułamkową. Część ułamkową oddzielamy kropką.

char

— typ znakowy stosowany do zapamiętywania i zapisywania znaków ASCII oraz

krótkich liczb reprezentowanych na 8 bitach. Na niektórych architekturach zajmuje może zajmować
więcej niż jeden bajt.

void

— typ pusty. Za jego pomocą można deklarować funkcje nie zwracające żadnych wartości

oraz funkcje, które nie pobierają argumentów. Dodatkowo możliwe jest tworzenie
ogólnych wskaźników.

Rozmiar typu <=> zakres liczb

jest uzależniony od architektury procesora (zwykle 16 lub 32 bity) oraz kompilatora. W
nowoczesnych, 32-bitowych procesorach rodziny Pentium z najnowszymi kompilatorami,

liczby

całkowite

mają

cztery bajty

.

Znak

jest zawsze pojedynczą literą, cyfrą lub symbolem i zajmuje pojedynczy bajt pamięci.

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

14

TYPY ZMIENNYCH

Nazwa

Przykład deklaracji

Zakres

Bajtów

Zastosowanie

Litera,

char cZnak;

- 128 ... 127

1

Teksty

Litera bez znaku

unsigned char ucMala;

0 ... 255

1

Male liczby

Mała liczba całkowita

short int siLiczba;

short siLiczba;

0 ... 255

0 ... 65535

1

2

Małe liczby całkowite

Liczba całkowita

int liczba

-32768 ... 32767

–2 147 483 648 do 2 147

483 647

2

4

Liczby całkowite

Liczba naturalna

unsigned int i,j,k;

unsigned

0 ... 65535

0 ... 4 294 967 295

2

4

Liczba naturalna

Duża liczba całkowita

long int lDuza_liczba;

long lDuza_liczba;

–2 147 483 648 do 2 147

483 647

-2^31 ... 2^31-1

4

8

Duże liczby całkowite

B. duże liczby naturalne unsigned long int ulBduza;

unsigned long ulBduza;

0 ... 2^64-1

0 ... 2^128-1

8

16

Bardzo duże liczby
naturalne

Zmiennoprzecinkowa

float fLiczba;

±(1,2e-38 ... 3,4e38)

4

Z przecinkiem

double float dfUlamek;

double dfUlamek;

±(2,2e-308 ... 1,79e308)

8

long double ldXduza

-3,3e-4932 ... 1,1e4932

16

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

15

REPREZENTACJA LICZB STAŁOPOZYCYJNYCH

Bit znaku dodawany jest na początku liczby blokując jeden bit, pozostała część liczby zapisana jest w naturalnym kodzie binarnym (NKB) lub w
kombinacjach z modułem lub operacją negowania liczby.
NKB to zapis liczby w

naturalnym kodzie binarnym

sumy kolejnych potęg liczby 2.

ZM to zapis

znak-moduł

(ang. sign-magnitude) utworzono przez dodanie jednego bitu do modułu (wartości bezwzględnej liczby zakodowanej w

NKB). Występuje podwójna reprezentacja zera.
U1 – kod uzupełnień do 1 (ang. 1s complement) Najbardziej znaczący bit jest bitem znaku (0-liczba dodatnia, 1-liczba ujemna). Jeśli liczba jest
dodatnia to wartość liczby zakodowana jest w NKB, a jeśli liczba posiada znak ujemny to negacja pozostałej części liczby stanowi jej wartość poniżej
zera. Występuje podwójna reprezentacja zera.
U2 – kod uzupełnień do 2 (ang. 2s complement) Najbardziej znaczący bit jest bitem znaku (0-liczba dodatnia, 1-liczba ujemna). Jeśli liczba jest
dodatnia to wartość liczby zakodowana jest w NKB, a jeśli liczba posiada znak ujemny to negacja pozostałej części liczby, po dodaniu 1 stanowi jej
wartość poniżej zera. Występuje pojedyncza reprezentacja zera.
BIAS – kod polaryzowany używany do zapisu cechy liczb zmiennopozycyjnych. Najbardziej znaczący bit jest bitem znaku (1-liczba dodatnia, 0-liczba
ujemna). Dalej podobnie jak w U2. Jeśli liczba jest dodatnia to wartość liczby zakodowana jest w NKB, a jeśli liczba posiada znak ujemny to negacja
pozostałej części liczby, po dodaniu 1 stanowi jej wartość poniżej zera. Występuje pojedyncza reprezentacja zera.
BCD – kod binarny liczb dziesiętnych reprezentowanych w postaci tetrad (czwórek bitów) reprezentujących kolejne cyfry dziesiętne. Każda tetrada
koduje cyfrę w NKB. Pierwszy bit jest bitem znaku (0-liczba dodatnia, 1-liczba ujemna)

Liczba

ZM

U1

U2

BIAS

BCD

-128

10000000

00000000

-127

11111111

10000000

10000001

00000001

1000100100111

-126

11111110

10000001

10000010

00000010

1000100100110

...

...

...

...

...

...

-1

10000001

11111110

11111111

01111111

1000000000001

0

10000000

11111111

00000000

10000000

1000000000000

0

00000000

00000000

00000000

10000000

0000000000000

1

00000001

00000001

00000001

10000001

0000000000001

2

00000010

00000010

00000010

10000010

0000000000010

3

00000011

00000011

00000011

10000011

0000000000011

4

00000100

00000100

00000100

10000100

0000000000100

...

...

...

...

...

...

126

01111110

01111110

01111110

11111110

0000100100110

127

01111111

01111111

01111111

11111111

0000100100111

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

16

REPREZENTACJA LICZB ZMIENNOPOZYCYJNYCH

Binarny zapis liczb składa się z trzech części kodowanych o osobnych polach:

-

jednobitowe pole

znaku

(ang. sign)

-

n – bitowe pole części ułamkowej zwane

mantysą S

(ang significant part)

-

m – bitowe pole części wykładniczej zwane

cechą E

(ang. exponent part)

Liczba A = +/- S * B

+/- E

gdzie B jest podstawą wykładnika i zwykle przyjmuje się 2, 10, 16

Część ułamkowa mantysa S jest zawsze z przedziału: [0.5, 1) lub inaczej 0.5 <= S < 1
A w postaci binarnej:

0.1

00...0 <= S =<

0.1

11 ....1 co oznacza 0*2

0

+ 1*2

-1

+ 0* .... =0.5

Można zauważyć, że dwie pierwsze pozycje binarne dla całego przedziału są

takie same

zatem:

0.1

a

-2

a

-3

… a

-(n+1)

co oznacza: 1*2

-1

+ a

-2

* 2

-2

+ a

-3

* 2

-3

+ ... + a

-(n+1)

* 2

-(n+1)

Przykładowe długości cechy i mantysy [bity]

Komputer

Słowo

Znak

Mantysa

Cecha

VAX11

32

1

23

8

Intel

80

1

64

15

Standard

IEEE754

64
32

1
1

48
23

15

8

Standard IEEE 754 dla mantysy 23 bitowej i cechy 8 bitowej umożliwia zapis liczb
od 0.5*2

-128

do (1-2

-24

) 2

+127

-(1-2

-24

) 2

+127

- 0.5*2

-128

+0.5*2

-128

+(1-2

-24

) 2

+127

0

Przykład przeliczenia danej dziesiętnej na binarną postać zmiennoprzecinkową:

Liczbę: 0,625625 * 10

3

można przedstawić jako 625,625

Osobno traktując część całkowitą 625 można ją zapisać binarnie jako

10 0111 0001

Część ułamkowa: 0,625 jest sumą 0,5 i 0,125 czyli 1*2

-1

+ 0* 2

-2

+ 1*2

–3

zatem 0.

101

W rezultacie otrzymujemy liczbę

10 0111 0001

.

101

Ponieważ część całkowita mieści się na 10 bitach normalizujemy liczbę przesuwając przecinek o
10 pozycji w lewo – robiąc z niej ułamek z częścią wykładnika o wartości 10:

0.1001110001

101

* 2

10

ale odrzucamy również przy zapisie mantysy dwa pierwsze bity:

0.1

001110001101

Bit znaku

Mantysa

Cecha

0 (dodatnia)

0011 1000 1101

0000 0000 000

1

0001010

znak cechy (zapis polaryzowany BIAS)

Trudność może sprawić przekształcenie części ułamkowej do mantysy. Często trzeba
normalizować liczbę dziesiętną do odpowiedniego zakresu aby część ułamkowa mieściła się w
zakresie od 0,5 do 1.

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

17

Przykład. Sprawdzanie rozmiarów typów zmiennych istniejących w twoim
komputerze

#include <iostream>

int main(){
using std::cout;
cout << "Rozmiar zmiennej typu int to:\t\t"<< sizeof(int) << " bajty.\n";
cout << "Rozmiar zmiennej typu short int to:\t"<< sizeof(short) << " bajty.\n";
cout << "Rozmiar zmiennej typu long int to:\t"<< sizeof(long) << " bajty.\n";
cout << "Rozmiar zmiennej typu char to:\t\t"<< sizeof(char) << " bajty.\n";
cout << "Rozmiar zmiennej typu float to:\t\t"<< sizeof(float) << " bajty.\n";
cout << "Rozmiar zmiennej typu double to:\t"<< sizeof(double) << " bajty.\n";
cout << "Rozmiar zmiennej typu bool to:\t"<< sizeof(bool) << " bajty.\n";
return 0;
}

UWAGA: W twoim komputerze rozmiary zmiennych mogą być inne.

Efekt:

Rozmiar zmiennej typu

int

to: 4 bajty.

Rozmiar zmiennej typu

short int

to: 2 bajty.

Rozmiar zmiennej typu

long int

to: 4 bajty.

Rozmiar zmiennej typu

char

to: 1 bajty.

Rozmiar zmiennej typu

float

to: 4 bajty.

Rozmiar zmiennej typu

double

to: 8 bajty.

Rozmiar zmiennej typu

bool

to: 1 bajty.

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

18

DEFINICJA TYPÓW przez typedef

Dla przykładu ciągłe wpisywanie

unsigned short int

może być żmudne, a co gorsza, może

spowodować wystąpienie błędu.
C++ umożliwia użycie słowa kluczowego

typedef

(od

type definition

, definicja typu), dzięki

któremu możesz stworzyć skróconą formę takiego zapisu.
Dzięki skróconemu zapisowi tworzony jest

synonim

, lecz

nie jest to nowy typ

.

Przy zapisywaniu synonimu typu używa się słowa kluczowego

typedef

, po którym wpisuje się

istniejący typ, zaś po nim nową nazwę typu.
Na przykład:

typedef unsigned short int USHORT;

tworzy nową nazwę typu,

USHORT

, której można użyć wszędzie tam, gdzie mógłbyś użyć

zapisu

unsigned short int

.

Przykład użycia

typedef

// *****************
// Demonstruje użycie słowa kluczowego typedef
#include <iostream>
typedef unsigned short int USHORT; //definiowane poprzez: typedef

int main() {
using std::cout;using std::endl;
USHORT Width = 5;
USHORT Length;
Length = 10;
USHORT Area = Width * Length;

// UWAGA: * (gwiazdka) oznacza mnożenie.

cout << "Szerokosc:" << Width << "\n";
cout << "Dlugosc: " << Length << endl;
cout << "Obszar: " << Area <<endl;
return 0;
}

Analiza
W linii 4. definiowany jest synonim

USHORT

dla typu

unsigned short int

.

Efekt:

Szerokosc:5
Dlugosc: 10
Obszar: 50

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

19

STAŁE

Do przechowywania danych służą także stałe - wartość stałej nie ulega zmianie. Podczas
tworzenia stałej trzeba ją zainicjalizować, później nie można już przypisywać jej innej wartości.
C++ posiada dwa rodzaje stałych:

literały

i

stałe symboliczne

.

LITERAŁY

Literał jest wartością wpisywaną bezpośrednio w danym miejscu programu. Na przykład:

int mojWiek =

19

;

mojWiek

jest zmienną typu

int

i może być przypisywana dowolna wartość z zakresu

int

w

dowolnym momencie działania programu w miejscu dostępu do zmiennej;

19

jest literałem. Programista umawia się sam ze sobą, że nie będzie zmieniał wartości literału w

trakcie działania programu. WARTOŚĆ TA MOŻE ALE NIE POWINNA BYĆ ZMIENIANA.

STAŁE SYMBOLICZNE

Stała symboliczna jest reprezentowana poprzez swoją nazwę - po zainicjalizowaniu stałej, nie
można później zmieniać jej wartości.

•

Definicja klasyczna z użyciem dyrektywy preprocesora

#define

przez proste podstawienie

tekstu:

#define STUDENCI 89

gdzie stała

STUDENCI

nie ma określonego typu (

int

,

char

, itd.). Za każdym razem, gdy

preprocesor natrafia na słowo

STUDENCI

, zastępuje je napisem

89

.

•

Definicja stałych za pomocą

const

, gdzie stała posiada swój typ

const unsigned short int STUDENCI = 89;

Stała ma typ, którym jest

unsigned short int

.

Zalety

const

:

-

kod programu jest łatwiejszy w konserwacji i jest bardziej odporny na błędy,

-

kompilator może wymusić użycie jej zgodnie z tym typem.

UWAGA Stałe nie mogą być zmieniane podczas działania programu. Jeśli chcesz na
przykład
zmienić wartość stałej

STUDENCI

, musisz zmodyfikować kod źródłowy, po czym

skompilować program ponownie.

Możliwy jest zapis liczb w formie wykładniczej:8e2 (8*10

2

), 10.4e8 (10.4*10

8

), 5.2e-3 (5.2*10

-3

)

STAŁE WYLICZENIOWE

Stałe wyliczeniowe umożliwiają tworzenie nowych typów, a następnie definiowanie ich
wartości, które ograniczają się do wartości określonych w definicji typu.
Na przykład, możesz zadeklarować typ

COLOR

(kolor) jako wyliczenie, dla którego możesz

zdefiniować pięć wartości:

RED

,

BLUE

,

GREEN

,

WHITE

oraz

BLACK

.

Składnię definicji wyliczenia stanowią słowo kluczowe

enum

, nazwa typu, otwierający nawias

klamrowy, lista wartości oddzielonych przecinkami, zamykający nawias klamrowy oraz średnik.

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

20

Przykład:

enum

COLOR

{

RED, BLUE, GREEN, WHITE, BLACK

};

W efekcie nowe wyliczenie otrzymuje nazwę

COLOR

, tj. tworzony jest nowy typ.

-

RED

(czerwony) jest stałą symboliczną o wartości

0

,

-

BLUE

(niebieski) jest stałą symboliczną o wartości

1

,

-

GREEN

(zielony) jest stałą symboliczną o wartości

2

, itd.

Każda wyliczana stała posiada wartość całkowitą. Jeśli tego nie określisz, zakłada się że pierwsza
stała ma wartość

0

, następna

1

, itd. Każda ze stałych może zostać zainicjalizowana dowolną

wartością. Stałe, które nie zostaną zainicjalizowane, będą miały wartości naliczane począwszy od
wartości od jeden większej od wartości stałych zainicjalizowanych. Zatem, jeśli napiszesz:

enum

COLOR

{ RED=100, BLUE,

GREEN=500

, WHITE, BLACK=700 };

To:

-

RED

będzie mieć wartość

100

,

-

BLUE

będzie mieć wartość

101

,

-

GREEN

wartość

500

,

-

WHITE

(biały) wartość

501

,

-

BLACK

(czarny) wartość

700

.

Możesz definiować zmienne typu

COLOR

, ale mogą one przyjmować tylko którąś z wyliczonych

wartości (w tym przypadku

RED

,

BLUE

,

GREEN

,

WHITE

lub

BLACK

, albo

100

,

101

,

500

,

501

lub

700

). Zmiennej typu

COLOR

możesz przypisać dowolną wartość koloru.

W rzeczywistości możesz przypisać jej dowolną wartość całkowitą, nawet jeśli nie odpowiada
ona dozwolonemu kolorowi - dobry kompilator powinien w takim przypadku wypisać
ostrzeżenie. Należy zdawać sobie sprawę, że stałe wyliczeniowe to w rzeczywistości zmienne
typu

unsigned int

oraz że te stałe odpowiadają zmiennym całkowitym. Możliwość nazywania

wartości okazuje się bardzo pomocna, na przykład podczas pracy z kolorami, dniami tygodnia
czy podobnymi zestawami.
Przykład stałych wyliczeniowych

#include <iostream>
int main() {
enum Days { Sunday, Monday, Tuesday,
Wednesday, Thursday, Friday, Saturday };

Days today;
today = Monday;

//przypisanie

if (today == 0 || today == Saturday)

//sprawdzanie warunku

std::cout << "\nUwielbiam weekendy!\n";

else

std::cout << "\nWracaj do pracy.\n";

return 0;
}

Efekt:

Wracaj do pracy.

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

21

Analiza
W linii 3. definiowana jest stała wyliczeniowa

Days

(dni), posiadająca siedem, odpowiadających

dniom tygodnia, wartości. Każda z tych wartości jest wartością całkowitą, numerowaną od

0

w

górę (tak więc

Monday

— poniedziałek — ma wartość

1

)1.

Tworzymy też zmienną typu

Days

— tj. zmienną, która będzie przyjmować wartość z listy

wyliczonych stałych. W linii 7. przypisujemy jej wartość wyliczeniową

Monday

, którą następnie

sprawdzamy w linii 9.

Program podobny do poprzedniego, ale wykorzystujący stałe całkowite

#include <iostream>
int main() {
const int Sunday = 0;
const int Monday = 1;
const int Tuesday = 2;
const int Wednesday = 3;
const int Thursday = 4;
const int Friday = 5;
const int Saturday = 6;

int today;
today = Monday;

if (today == Sunday || today == Saturday)

std::cout << "\nUwielbiam weekendy!\n";

else

std::cout << "\nWracaj do pracy.\n";

return 0;
}

Analiza
ISTOTNY FAKT: Amerykanie liczą dni tygodnia zaczynając od niedzieli.

Wynik działania tego programu jest identyczny z wynikiem programu z listingu 3.7. W tym
programie każda ze stałych (

Sunday

,

Monday

, itd.) została zdefiniowana jawnie i nie istnieje typ

wyliczeniowy

Days

. Stałe wyliczeniowe mają tę zaletę, że się same dokumentują —

przeznaczenie typu wyliczeniowego

Days

jest oczywiste.

Efekt:

Wracaj do pracy.

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

22

PRZESTRZEŃ NAZW

Istnieje zdefiniowana (wbudowana) przestrzeń nazw std (od standard).

W języku C++ używamy nazw dla standardowych plików nagłówkowych bez .h na końcu – jest
ich około 50. Własne lub inne niestandardowe pliki nagłówkowe nadal zwykle nazywane są z
rozszerzeniem .h.

#include <iostream>

a nie tak jak poprzednio

#include <iostream.h>

(ang. obsolete)

Użycie zmiennych i funkcji wymaga wskazania do jakiej przestrzeni nazw należą.
Można to zrobić na trzy sposoby:

1.

definicja globalna przestrzeni nazw

przed main deklarujemy:

using namespace std;

int main() {
…..
cout<<”Coś tam”;
}

2.

definicja lokalna użycia przestrzeni nazw

w main oraz w innych funkcjach – wewnątrz klamry

int main () {
using std::cout;
….
cout<<”Coś tam”;
….
}

3.

bezpośrednie wskazanie przestrzeni nazw, do której należy dana funkcja przy każdym
wywołaniu funkcji

int main () {
…
std::cout<<”Coś tam”;
…
}

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

23

ZNAKI

Zmienne znakowe (typu

char

) zwykle mają rozmiar jednego bajtu, co wystarczy do przechowania

jednej z 256 wartości. Typ

char

może być interpretowany jako mała liczba (od

0 do 255) lub jako element zestawu kodów ASCII. Skrót ASCII pochodzi od słów American
Standard Code for Information Interchange. Zestaw znaków ASCII oraz jego odpowiednik ISO
(International Standards Organization) służą do kodowania wszystkich liter (alfabetu
łacińskiego), cyfr oraz znaków przestankowych.

UWAGA Komputery nie mają pojęcia o literach, znakach przestankowych i zdaniach.
Rozpoznają tylko liczby. Zauważają tylko odpowiedni poziom napięcia na określonym złączu
przewodów. Jeśli występuje napięcie, jest ono symbolicznie oznaczane jako jedynka, zaś gdy
nie występuje, jest oznaczane jako zero. Poprzez grupowanie zer i jedynek, komputer jest w
stanie generować wzory, które mogą być interpretowane jako liczby, które z kolei można
przypisywać literom i znakom przestankowym.

W kodzie ASCII mała litera „a” ma przypisaną wartość 97. Wszystkie duże i małe litery,
wszystkie cyfry oraz wszystkie znaki przestankowe mają przypisane wartości pomiędzy 0 a 127.
Dodatkowe 128 znaków i symboli jest zarezerwowanych dla „wykorzystania” przez producenta
komputera, choć standard kodowania stosowany przez firmę IBM stał się niejako
„obowiązkowy”.

UWAGA ASCII wymawia się jako „eski.”

ZNAKI i LICZBY

Gdy w zmiennej typu

char

umieszczasz znak, na przykład „a”, w rzeczywistości jest on liczbą

pochodzącą z zakresu od 0 do 255. Kompilator wie jednak, w jaki sposób odwzorować znaki
(umieszczone wewnątrz apostrofów) na jedną z wartości kodu ASCII.

Przykład wypisywania znaków na podstawie ich kodów

#include <iostream>
int main(){
for (int i = 32; i<128; i++)
std::cout << (char) i;
return 0;
}

Ten prosty program wypisuje znaki o wartościach od 32 do 127.

Efekt:

!"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEF
GHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]^_`abcdefghijkl
mnopqrstuvwxyz{|}~_

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

24

ZNAKI SPECJALNE

Kompilator C++ rozpoznaje pewne specjalne znaki formatujące.

Znak

Oznacza

\a

Alarm (dzwonek)

\b

Backspace (znak wstecz)

\f

Form feed (koniec strony)

\n

New line (nowa linia)

\r

Carriage return (powrót „karetki”; powrót na
początek linii)

\t

Tab (tabulator)

\v

Vertical tab (tabulator pionowy)

\'

Single quote (apostrof)

\"

Double quote (cudzysłów)

\?

Question mark (znak zapytania)

\\

Backslash (lewy ukośnik)

\0oo

Zapis ósemkowy

\xhhh

Zapis szesnastkowy

Przed użyciem znaków specjalnych jako zwykłych znaków tj, \ ‘ ” 0 ? powinien pojawić się \
zdejmujący znaczenie specjalne, np. ” \” ”, ‘\’ ’, ‘\0’ (znak Zero – Null)

WYKŁADY cz.1 v.5 (2012) Podstawy programowania 1

(dr.inż Marcin Głowacki)

25

KONWERSJE / RZUTOWANIE TYPÓW

Jeśli podczas przetwarzania danych w operacji pojawiają się zmienne typów niespodziewanych
lub niezgodnych z definicją może następować jawna lub niejawna konwersja typów zmiennych.

Konwersje niejawne występują w wyniku próby automatycznego dopasowania przez kompilator
typów zmiennych dla wykonania zadanej operacji, np.:

int m,n;
n=10;
m=n+1.2345;

W ostatnim wierszu dokonana została automatyczna konwersja zmiennej n na double, a następnie
po wykonaniu dodania konwersja sumy do typu int zanim nastąpiło przypisanie do m.
W wyniku operacji m będzie równe 11 (nastąpi odcięcie części ułamkowej, a nie zaokrąglenie).

Konwersja jawna jest wywoływana świadomie przez programistę.
Formy zapisu jawnej konwersji:
dany_typ wynik, wyrażenie_1;
inny_typ wyrażenie_2;

-

forma funkcji

wynik = wyrażenie_1 + dany_typ(wyrażenie_2);

-

forma rzutowania

wynik = wyrażenie_1 + (dany_typ)wyrażenie_2;

Przykład:

int m,n;
n=10;
m=n+int(1.2345);

Unika zbędnych konwersji niejawnych (n nie będzie konwertowane na double i double na int).
Rezultat obliczeń będzie taki sam jak w poprzednim przykładzie.
Przykład:

#include <iostream>
int main() {
using std::cout; using std::endl;
int wynik_i,m,n,a;
float wynik_f,b;
m=4;n=10; a=10;b=4;
wynik_i=n+int(1.2345);
cout << "wynik_i: " << wynik_i <<endl;
wynik_f=n+1.2345;
cout << "wynik_f: " << wynik_f <<endl;
wynik_i=n/m;
cout << "wynik_i: " << wynik_i <<endl;
wynik_f=a/b;
cout << "wynik_f: " << wynik_f <<endl;
return 0;
}

Efekt:

Sam się przekonaj !