Основные принципы составления блок-схем и алгоритомов

1. Структура программы на языке Си. Этапы выполнения программы

Алфавит языка  Си

Алфавит языка Си включает:

- прописные и строчные буквы  латинского алфавита, а также  знак подчеркивания (код ASCII 95);

- арабские цифры от 0 до 9;

- специальные символы:

+(плюс)  –(минус) *(звездочка) /(дробная черта) =(равно) >(больше) <(меньше) ;(точка с запятой) &(амперсант) [ ](квадратные скобки) { }(фигурные скобки) ()(круглые скобки) _(знак подчеркивания) .(точка) ,(запятая) :(двоеточие) #("решетка") %(процент) ~(поразрядное отрицание) ?(знак вопроса) !(восклицательный знак)  \(обратный слеш).

- пробельные (разделительные) символы: пробел, символы табуляции,  перевода строки, возврата каретки.

Лексемы

Из символов алфавита формируются лексемы языка –  минимальные значимые единицы текста в программе:

- идентификаторы;

- ключевые (зарезервированные)  слова;

- знаки операций;

- константы;

- разделители (скобки, точка,  запятая, пробельные символы).

Границы лексем определяются другими лексемами, такими, как разделители  или знаки операций, а также комментариями.

Идентификаторы  и ключевые слова

Идентификатор (в дальнейшем, для краткости - ID) – это имя программного объекта (константы, переменной, метки, типа, функции, модуля, поля в структуре). В идентификаторе могут использоваться латинские буквы, цифры и знак подчеркивания; первым символом ID может быть буква или знак подчеркивания, но не цифра; пробелы внутри ID не допускаются.

Длина идентификатора определяется реализацией (версией) транслятора Cи и редактора связей (компоновщика). Современная тенденция - снятие ограничений длины идентификатора.

При именовании объектов следует придерживаться общепринятых соглашений:

- ID переменной обычно пишется строчными буквами, например index (для сравнения: Index – это ID типа или функции, а INDEX – константа);

- идентификатор должен  нести какой-либо смысл, поясняя  назначение объекта в программе,  например birth_date (день рождения) или sum (сумма);

- если ID состоит из нескольких слов, как, например birth_date, то принято либо разделять слова символом подчеркивания (birth_date), либо писать каждое следующее слово с большой буквы (birthDate).

Разделители идентификаторов  объектов:

- пробелы;

- символы табуляции,  перевода строки и страницы;

- комментарии (играют  роль пробелов).

Наличие разделителей не влияет на работу программы.

В Си прописные и строчные буквы –  различные символы. Идентификаторы Name, NAME, name – различные объекты.

Ключевые (зарезервированные) слова не могут быть использованы в качестве идентификаторов.

Основные ключевые слова  Си:

auto	break	case	char
const	continue	default	do
double	else	enum	extern
float	for	goto	if
int	long	register	return
short	signed	sizeof	static
struct	switch	typedef	union
unsigned	void	volatile	while

Знаки операций

Знак операции – это  один или более символов, определяющих действие над операндами (например, ">=", означающий условие "больше или равно). Внутри знака операции пробелы не допускаются. Операции делятся на унарные, бинарные и тернарные операции, по количеству участвующих в них операндов (1, 2 или 3).

Литералы (константы)

Когда в программе  встречается некоторое число, например 1, то это число называется литералом  или литеральной константой. Константой, потому что мы не можем изменить его значение, и литералом, потому что буквально передает свое значение (от латинского literal – буквальный).

Литерал является неадресуемой величиной: хотя реально он, конечно, хранится в памяти машины, нет никакого способа узнать его адрес. Каждый литерал имеет определенный тип.

Комментарии

Еще один базовый элемент языка программирования – комментарий, – не является лексемой. Внутри комментария можно использовать любые допустимые на данном компьютере символы, а не только символы из алфавита языка программирования, поскольку компилятор комментарии игнорирует.

В Си комментарии ограничиваются парами символов /* и */, а в С++ был введен вариант комментария, который начинается символами // и заканчивается символом перехода на новую строку.

Общая структура программы на языке  Си.

Программа, написанная на языке Си, состоит из одной или нескольких функций, причем одна функция обязательно имеет идентификатор (имя) main() – основная, главная (в некоторых случаях вместо main употребляются имена:  tmain, WinMain и т.п.). Ее назначение – управление всей работой программы (проекта).

Общая структура программы  на языке Си имеет вид:

 

<директивы  препроцессора>

<определение  типов пользователя – typedef>

<описание  прототипов функций>

<определение  глобальных переменных>

<функции>

 

В свою очередь, функции  имеют такую структуру:

 

<класс памяти> <тип> <ID функции> (<объявление параметров>)

{

код (тело) функции

  }

 

Подробное определение  используемых здесь терминов будет  дано ниже. А сейчас рассмотрим небольшой пример, позволяющий понять самые простейшие приемы программирования на языке Си:

 

#include <stdio.h>  // Подключение стандартной библиотеки

void main(void) 

{    // Начало функции main

printf(" Высшая  оценка знаний - 10 !");  

}    // Окончание функции main

 

Отличительным признаком  функции служат круглые скобки ( ) после идентификатора функции, в которые заключается список аргументов. Если аргументы отсутствуют, можно указать атрибут void - отсутствие значения. Перед ID функции обычно указывается тип возвращаемого ею результата, так как функция main() ничего не возвращает - в качестве результата указывается void.

Код функции представляет собой набор инструкций,  каждая из которых оканчивается  символом  «;». В нашем примере одна инструкция - функция printf() выполняет форматный вывод данных на экран, в данном случае - указанную фразу.

 

Ошибки

Ошибки, допускаемые при  написании программ, разделяют на синтаксические и логические.

Синтаксические  ошибки - нарушение формальных правил написания программы на конкретном языке, обнаруживаются на этапе трансляции и могут быть легко исправлены.

Программа, содержащая синтаксическую ошибку, не может быть запущена. При  попытке ее компиляции выдается сообщение, обычно содержащее указание того места  в тексте, "дочитав" до которого, компилятор заметил ошибку;  сама ошибка может быть как в этом месте, так и выше него (часто - в предыдущей строке).

Логические  ошибки делят на ошибки алгоритма и семантические ошибки - могут быть найдены и исправлены только разработчиком программы.

Причина ошибки алгоритма - несоответствие построенного алгоритма ходу получения конечного результата сформулированной задачи.

Причина семантической  ошибки - неправильное понимание смысла (семантики) операторов языка.

Программа, содержащая логическую ошибку, может быть запущена. Однако она либо выдает неверный результат, либо даже завершается "аварийно" из-за попытки выполнить недопустимую операцию (например, деление на 0) - в таком случае выдается сообщение об ошибке времени выполнения. Поиск места в программе, содержащего логическую ошибку, является непростой задачей; он носит название отладки программы.

 

2. Переменные  и константы. Типы данных

 

Для программиста на языке Си память компьютера представляется как набор  ячеек, каждая из которых называется переменной, или константой, в зависимости от того, меняется ее значение в процессе работы или нет. Каждая переменная имеет имя (идентификатор, ID). Константа может иметь или не иметь имени.

Род информации, которую способна хранить ячейка, определяется ее типом.

 

2.1. Основные типы данных

Данные в языке Си разделяются  на две категории: простые (скалярные), будем их называть базовыми, и сложные (составные) типы данных.

Тип данных определяет:

• внутреннее представление данных в оперативной памяти;
• совокупность значений (диапазон), которые могут принимать данные этого типа;
• набор операций, которые допустимы над такими данными.

Основные типы базовых  данных: целый – int, вещественный с одинарной точностью – float  и символьный – char.

В свою очередь, данные целого типа могут  быть короткими – short, а также длинными – long . Кроме того, при любой длине данные целых и символьного типов могут быть знаковыми - signed либо беззнаковыми – unsigned (по умолчанию они считаются знаковыми, поэтому слово signed необязательно и обычно опускается). Вещественные же данные могут иметь удвоенную точность – double.

Сложные типы данных – массивы, структуры – struct, объединения или смеси – union.

Данные целых и вещественных типов находятся в определенных диапазонах, т.к. занимают разный объем  оперативной памяти. Вещественные типы при этом обладают еще конечной точностью хранения данных, т.е. верно хранят лишь первые несколько цифр числа; для хранения остальных (чье количество бывает даже бесконечным - например, у числа π , или у числа ⅓ ) не хватает места. В Табл. 1. приведены свойства различных типов для системы программирования C++ Builder. В других системах программирования, поддерживающих язык Си, может отличаться размер того или иного конкретного типа, например int, и соответственно будет отличаться его допустимый диапазон значений (например, тип long int может превосходить по размеру тип int). Однако последовательность возрастания размеров и точности для каждой группы типов всегда одинакова:

char ≤ short int ≤ int ≤ long int ≤ long long int

float ≤ double ≤ long double

 

Таблица 1.

Тип данных	Размер (байт)	Диапазон значений	Точность, десятичных знаков
сhar	1	-128 … 127
unsigned сhar	1	0 … 255
short int	2	-215… 215–1   (-32768…32767)
int	4	-231…231–1   (-2147483648…2147483647)
long int	4	-231…231–1   (-2147483648…2147483647)
long long int	8	–263... 263–1 (примерно )
unsigned short int	2	0…216–1        (0…65535)
unsigned int	4	0…232–1        (0…4294967295)
unsigned long int	4	0…232–1        (0…4294967295)
float	4	±3,14*10-38…±3,14*1038	7-8
double	8	±1,7 *10-308… ±1,7 *10308	15-16
long double	10	± 1,1 * 10-4932… ± 1,1 * 104932	19-20

  

Заметим, что  для целочисленных типов данных, чье название содержит слово int и еще какое-либо слово перед ним, слово int можно не писать, и обычно оно опускается (в Табл.1 необязательное int указано мелким шрифтом).

2.2. Декларация (объявление) объектов

Все объекты (переменные, функции и пр.), с которыми работает программа, в языке Си необходимо декларировать, т.е. объявить компилятору об их присутствии в программе. При этом возможны две формы декларации:

- описание, не приводящее к выделению  памяти;

- определение, при котором под  объект будет выделен объем  оперативной памяти, в соответствии  с его типом; в этом случае  объект можно сразу инициализировать, т.е. задать его начальное значение.

Кроме констант, которые  можно задавать в исходном тексте, все объекты программы должны быть явно декларированы по следующему формату:

<атрибуты> <список ID объектов>;

элементы списка разделяются  запятыми,  а атрибуты  - разделителями. Например: int i,j,k; float a,b;

Объекты программы в  общем случае имеют следующие  атрибуты:

<класс памяти> - характеристика  способа размещения объектов  в памяти (статическая, динамическая), определяет область видимости и время жизни переменной (по умолчанию - auto), данные атрибуты будут рассмотрены позже;

<тип> - характеристика  механизма интерпретации данных, т.е. это совокупность информации  о том, сколько объекту нужно  выделить памяти, какой вид имеет  представление информации и какие  действия над ней допустимы (по умолчанию - int).

Класс памяти и тип – атрибуты необязательные и могут отсутствовать, тогда их значения установятся по умолчанию.

Примеры декларации простых  переменных:

     int i,j,k;  

     char r;

     double gfd;

2.3. Константы  в программах

Константы - объекты, не подлежащие использованию в левой части  оператора присваивания, т.к. константа - является неадресуемой величиной  и, хотя  она хранится в памяти ЭВМ, обычно нет никакого способа  узнать ее адрес. В языке Си константами  являются:

- самоопределенные арифметические,  символьные  и  строковые данные;

- идентификаторы массивов и  функций;

- элементы перечислений.

Арифметические константы могут  быть целого или вещественного типов.

2.4. Целочисленные  константы

Общий формат: ±n (+ обычно не ставится).

Десятичные константы - последовательность цифр 0...9, первая из которых не должна быть 0. Например, 22 и 273 - обычные целые константы, если нужно ввести длинную целую константу, то указывается признак L(l) - 273L (273l).  Для такой константы будет отведено – 4 байта. Обычная целая константа, которая слишком длинна для типа int , рассматривается как более длинный тип ( long или long long).