Bevezetés a C programozásba

Átírás

1 Bevezetés a C programozásba Programozás I. Széchenyi István Egyetem, Gy r szeptember 5.

2 Számítógép lehet ségei Tisztázandó kérdések: Mit tud a számítógép? (programnyelvek, programok,... ) A feladat melyik részét célszer számítógéppel megoldani? Egyedi feladat általános megoldás Számítógép: információfeldolgozó eszköz Beviteli (input) egységek Számítógép (háttértárakkal) Kimeneti (output) egységek Információ: adat program

3 Számítógép lehet ségei Adat Egy feladat adatai mindazok az információk, amelyekb l kiindulva, ezekkel m veleteket végezve, átalakítva a megoldásig eljuthatunk; és adat minden olyan információ, a megoldást megadó is, amely a kiinduló adatokból a m veletvégzés, az átalakítás során keletkezik. Program Program az az információ, amely leírja a számítógépnek, hogy hogyan m ködjön ahhoz, hogy a kiindulási adatokból a keresett megoldás el álljon. A program: utasításokból (információközlés, alaptevékenységek kérése) áll sorrend meghatározása

4 A Neumanni alapelvek Lényege: Részei: Soros utasítás végrehajtás Bináris (kettes) számrendszer használata Operatív tárban találhatóak az adatok és a program is (ld. még Harvard-architektúra) Elektronikus m ködés Általános felhasználhatóság Központi vezérl egység (automatikus m ködés) Központi egység (Central Processing Unit, CPU) Memória Aritmetikai/logikai egység (Arithmetic/Logic Unit, ALU) Vezérl egység (Control Unit, CU) I/O egységek Ld. Neumann-elvek

5 Sínrendszer számítógép funkcionális modellje Processzor Memória ALU ROM RAM CU Regisztertömb Sínvezérlő és meghajtó Órajelgenerátor és meghajtó Periféria vezérlő DMA vezérlő I/O Megszakítás vezérlő Prioritás vezérlő Perifériák

6 Adatok Számítógép érdekes tulajdonságai: Hogyan ábrázolja/kezeli az adatokat? Milyen átalakítások/m veletek végezhet k ezeken? Milyen alaptevékenységekre alkalmas? Hogyan adható meg a tevékenységek sorrendje? Adatok kezelése: konstansként (megfelel helyre írva) változókkal Tárolt adat mennyisége szerint a változó: egyszer (egyszerre egy adat) összetett (adatcsoport)

7 Adatok Egyszer változók tulajdonságai név (azonosító) felhasználható karakterek, funkció, beszédes elnevezés típus hogyan tárolják a memóriában milyen m velet végezhet vele az adat jellege (numerikus, szöveges adatábrázolás) memóriaterület értéket tárolja típusnak megfelel en kezdetben deniálatlan

8 Fixpontos számábrázolás El jel nélküli eset = = = = = = 7DD 16 = D 125 D 7 7 0

9 Fixpontos számábrázolás Jellemz hosszok: 8, 16, 32, 64 bit (1, 2, 4, 8 bájt; jellemz en a bájt a legkisebb címezhet egység prexumok) V unsigned integer = N 1 i=0 b i 2 i Intervallum: [0; 2 N 1] Bitek száma Értékek száma , ,

10 Fixpontos számábrázolás El jelek használata Kettes komplemens ábrázolás Egyes komplemens képzés, majd +1 Érték 1-szerese: kivonás 2 N -b l El jelbit el jelet jelz bit V two's complement = b N 1 2 N 1 + N 2 i=0 b i 2 i Intervallum: [ 2 N 1 ; 2 N 1 1] Bitminta Érték

11 Lebeg pontos számábrázolás Valós számok ábrázolására számok normálalakja m 2 k, ahol m a mantissza, k a karakterisztika 1/2 m < 1 0, = Minta 128 többletes karakterisztikával adott adatra: = IEEE754

12 Karakterek kódolása Karakterek bet k, számjegyek, írásjelek,... PC-világ: ASCII (American Standard Code for Information Interchange) 7 bites kód: az alsó 128 karakter mindig ua., a fels k kódlapfügg k (pl. 852) az els 32 érték vezérl jel bet k: ABC-sorrend, számjegyek érték szerint növekv en új karakterkódolási módok (ld. Unicode) Szöveg kódolása karakterlánc (sztring, karaktersorozat, karakterfüzér,... ) C nyelv: lánczáró 0 karakter méret: karakterek száma + 1 Másutt esetleg: els bájt a karakterlánc hossza 'J' 'a' 'n' 'i' '\0' A 61 6E 69 00

13 Összetett változók Adatcsoportot ír le. Típusai: tömb struktúra (másutt: rekord) Tömb 4. tulajdonsága a dimenziója, az adatok elrendezése: egydimenziós (vektor, sor) kétdimenziós (mátrix, táblázat) Indexelés: elemek megszámozása 0 x < méret, x N T[0], T[1],..., T[10] T

14 Összetett változók Tömb minden típusból képezhet. Tömbelem mindenhol használható, ahol egyszer változó is. A karakterlánc egydimenziós tömb. s 'J' 'a' 'n' 'i' '\0' Vegyük észre, hogy a bet k száma 4, és s[4] a lánczáró '\0'. Jelek tekinthet k: karakternek egész számértéknek

15 M veletek Aritmetikai m veletek + összeadás - egyoperandusos: az operandus értékének 1-szerese, pl. -b kétoperandusos: kivonás * szorzás / osztás % maradék képzés Kétoperandusos m veleteknél az eredmény valós, ha legalább egy operandus valós, különben egész a / egészrész képzés. Pl. 6/4 == 1 6./4 == 1.5 6%4 == 2

16 M veletek Karakterlánc m veletek C-ben nincsenek másutt pl. a + összef zést jelöl Logikai m veletek logikai nem (NOT,!) logikai (megenged ) vagy (OR, ) logikai és (AND, &&) Eredményük igaz (1, vagy nem nulla) vagy hamis (0) lehet. Igazságtábla Boole-algebra, logikai kapuk a b!a a b a&&b

17 Relációk Kétoperandusos m veletek, eredményük logikai > nagyobb >= nagyobb vagy egyenl < kisebb <= kisebb vagy egyenl == egyenl (az = hozzárendelést jelöl!)!= nem egyenl Figyelem! Intervallumba esés ellen rzése: Helytelen A < x <= B Helyes A<x && x<=b!(a>=x x>b)

18 Relációk Karakterek (ASCII-kódjai) összehasonlíthatóak: '0' < '1' < '2' <... < '9' 'a' < 'b' < 'c' <... < 'z' 'A' < 'B' < 'C' <... < 'Z' Karakterláncok nem hasonlíthatók össze!

19 Matematikai függvények Aritmetikai adatokból újabb adatot állítanak el. Folyamat: függvényhívás. Pl. x abszolút értékének megállapítása y = abs(x); y az eredmény változó x a függvény (aktuális) paramétere abs a fv. neve

20 Matematikai függvények Fv. neve fabs(x) labs(x) abs(x) sin(x) cos(x) tan(x) pow(x, y) exp(x) log(x) log10(x) sqrt(x) Tevékenység abszolút érték szinusz koszinusz tangens hatványozás e x természetes és 10-es alapú logaritmus x

21 Kifejezések Kifejezés: adatokon végzend m veletek megadása. Kif. kiértékelése: a kif.-ben adott konstansokon/változókon m veletek végzése: kapott érték: kif. értéke kapott típus: kif. típusa Utóbbi az operandusoktól függ: egy-egy m velet eredményének típusa egyértelm a kif. m veleteit rendre egyenként kell végrehajtani a sorrend kötött, szabályai: 1 zárójelezés 2 precedencia szabály (prioritás) 3 balról jobbra

22 Kifejezések Matematikai alak {[(3 + 4) 2 + 5] 9 + 7} 8 Programnyelvi alak (((3 + 4) 2 + 5) 9 + 7) 8 Prioritási sorrend (csökken ) ( ) fv. hívás értékének meghatározása! egyoperandusos m veletek * / % + relációk && = hozzárendelés

23 Alaptevékenységek Input tevékenység adatok beolvasása változókba: C-ben ez nem alaptevékenység Output tevékenység konstansként, változóval vagy kifejezéssel adott adatok kiírása érték jelenik meg C-ben ez sem alaptevékenység Értékadó tevékenység kiértékelt kifejezés értékét tetsz leges, de adott változóba írja. A változó és a kifejezés típusának azonosnak, vagy legalább átalakíthatónak kell lennie (implicit típuskonverzió)! Aritmetikai típusok és karakterlánc között nincs átalakítás!

24 Vezérl tevékenységek Szekvenciális (szekvencia) Leírás sorrendjében történ végrehajtás Szelekciós Logikai kif. értékét l függ en elágazik, végrehajtásra kiválaszt tevékenységeket Iterációs Logikai kif. (feltétel) függ en tevékenységeket ismétel

25 Adatszerkezet, algoritmus Feladatmegoldáshoz megtervezend : Adatszerkezet, adatstruktúra: melyek a kiindulási adatok mi lesz a végeredmény milyen részeredmények kiszámítása szükséges milyen változókkal kezeljük ezeket milyen adatok lesznek konstansok,... Algoritmus: elvégzend tevékenységek ezek sorrendje Algoritmus + adatstruktúra = program Ha több megoldás lehetséges, akkor más adatszerkezet más algoritmus más algoritmus más adatszerkezet pl. takarékos er forrás használat gyors végrehajtás

26 Adatstruktúra megadása Táblázattal, tulajdonságok megadásával Funkció melyik adatot kezeli a változó, mire használjuk Azonosító a változó neve (utal a funkcióra) Típus Jelleg az adat, a változó típusa, tárolásmódja összetett változót jellemz információ megadása, pl. tömb dimenziói kiindulási adat (input) végeredmény (output) részeredmény (munka) A változó lehet többfunkciós/többjelleg, de típusa nem változhat!

27 Példa: téglalap területének, kerületének meghatározása Funkció Azonosító Típus Jelleg téglalap egyik oldala a valós input szomszédos oldal b valós input téglalap kerülete K valós output téglalap területe T valós output a b T=a*b K=2*(a+b) K T Szöveges algoritmus-megadás: 1 Beolvasandók a téglalap szomszédos oldalainak hosszai! 2 Kiszámítandó a téglalap területe és kerülete! 3 Megjelenítend ek a kiszámított értékek!

28 Folyamatábra elemei Start Stop Kezd pont és végpont jelei. Háromszöges változat: részalgoritmus leírására. Egy programban egyetlen kezd -, és egyetlen végpont lehet. Kezd pontban egyetlen kimen nyíl lehet, beérkez nem. Végpontban... Haladási irány jele. Csak szelekciónál ágazhat el. Végrehajtási sorrendet rögzíti.

29 Folyamatábra elemei v = kifejezés Értékadó tevékenység jele. Egy nyíl be, egy ki. Meghatározandó a kifejezés értéke és típusa, majd v változó felveszi ezt az értéket. Több értékadás összevonható. Be: v1, v2 Beolvasás (input tevékenység) jele. Egy nyíl be, egy ki. Beolvasandó v1, v2

30 Folyamatábra elemei Ki: k, v, kif Kiírás (output tevékenység) jele. Egy nyíl be, egy ki. Kijelzend a k konstans, v változó és kif kifejezés értéke. Ezek alapján a téglalap kerületének és területének meghatározása folyamatábrával: Start Be: a, b Deníció szerint lehet rövidíteni, így T és K elhagyható. T = a*b K = 2*(a+b) Ki: a*b, 2*(a+b) Ki: T, K Stop

31 Folyamatábra elemei Szelekció, elágazás jele. feltétel n Egy nyíl be, és pontosan kett ki. tevékenység1 i tevékenység2 Ha a feltétel teljesül (igaz), az i ágon folytatódik a végrehajtás, különben az n-en. Megengedett, hogy valamelyik ágon semmilyen tevékenység se legyen. Példa: másodfokú egyenlet megoldása: ax 2 + bx + c = 0 Funkció Azonosító Típus Jelleg együtthatók a, b, c valós input diszkrimináns d valós munka gyökök x1, x2 valós output

32 Folyamatábra elemei Start Be: a, b, c a == 0 i n Ki: "Az egyenlet nem másodfokú!" d = b*b + 4.*a*c d >= 0 n i Ki: "Nincs valós gyök!" x1 = (-b + sqrt(d)) / (2.*a) x2 = (-b - sqrt(d)) / 2. /a Ki: x1, x2 Stop

33 Folyamatábra elemei Iteráció (ciklus) feltétel n tevékenységek tevékenységek i i feltétel n a) előltesztelő b) hátultesztelő Az ismétlend tevékenységet ciklusmagnak nevezik. Ciklusmagnak hatással kell lennie a feltétel értékére végtelen ciklus? El ltesztel : lehet, hogy a ciklusmag egyszer sem hajtódik végre, hátultesztel : legalább egyszer biztosan

34 Folyamatábra elemei Léptet /növekményes ciklus CV = KE CV <= VE n CV = KE, VE, LE ciklusmag i ciklusmag CV = CV+LE a) előltesztelő b) növekményes El ltesztel speciális esete CV ciklusváltozó, KE kezd érték, VE végérték, LE lépésköz Ha LE negatív, akkor a feltétel: CV >= VE LE alapértelmezett értéke 1, elhagyható

35 Példa: maximális érték keresése Feladat: adott valós értékek közül a legnagyobb kikeresése. Funkció Azonosító Típus Jelleg valós értékek száma n egész input eddigi legnagyobb valós érték max valós input/munka aktuális valós érték a valós input ciklusváltozó i egész munka

36 Példa: maximális érték keresése Start Be: n n < 1 n Be: max i Ki: "Legalább egy értéknek lennie kell!" i = 1, n-1 Ki: "Maximum:", max Be: a Stop a > max n i max = a

37 Függvények Áttekinthet bb programok, kódismétlés elkerülése Az adatstruktúra a fv. nevével kezd dik Van visszatérési érték a típus annak típusa, a jelleg fv. v. t. érték Ezt a formális paraméterek követik (ha vannak) Ezek jellege paraméter Függvény hívása fvnév(aktuális paraméterlista) változó = fvnév(aktuális paraméterlista) Függvény deníció fvnév(formális paraméterlista)

38 Függvények Fv. kezdetének és végének jelölése: Visszatérési érték jelölése: Vissza: kifejezés

39 Felhasznált irodalom Marton László, Pukler Antal, Pusztai Pál Bevezetés a programozásba Novadat, Gy r, Dr. Szijártó Miklós Informatika I. elektronikus jegyzet L. Howard Pollard Computer Design and Architecture University of New Mexico, Englewood Clis, N.J. : Prentice Hall, c 1990.