Jezyki i paradygmaty programowania

Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Jezyki
˛
i paradygmaty programowania
Tadeusz Chmaj
Instytut Teleinformatyki
ITI PK Kraków
marzec 2012
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Spis rzeczy
1
2
3
4
Informacje wstepne
˛
Powstanie jezyka
˛
C
Czego sie˛ spodziewać?
Pierwsze programy
Sterowanie
Przeglad
˛ instrukcji strujacych
Typy w C/C++
Podstawowe typy wbudowane
Typy pochodne
Typy: void, enum; instrukcja typedef
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Zakres lokalny
Przestrzenie nazw
Przesłanianie nazw
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Powstanie jezyka
˛
C
Czego sie˛ spodziewać?
Pierwsze programy
Historia C
rozwiniety
˛ w Bell Laboratories w latach 1969/1972 jako cz˛eść systemu Unix
punkt wyjścia: potrzeba jezyka
˛
systemowego dla UNixa
sprz˛et: PDP7, brak oprogramowana (tylko asembler)
ograniczenia: pamieć
˛ 8K 18-bitowych słów, niemożliwość podtrzymywania
sprz˛etowego typów
Ken Thomson - jezyk
˛
B (bazujacy
˛ na BPCL) - mały jezyk
˛
beztypowy, nie
generował kodu maszynowego PDP-7
1970 - PDP-11 - sprz˛etowe wsparcie typów, adresacja bytowa, wieksza
˛
pamieć
˛
24 kB
1972 Dennis Ritchie: “nowe B” - rozszerzenie B poprzez:
wprowadzenie typów,
usprawnienie obsługi napisów,
możliwość kompilacja do kodu maszynowego PDP-11
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Powstanie jezyka
˛
C
Czego sie˛ spodziewać?
Pierwsze programy
Historia C -c.d.
wykorzystanie - jezyk
˛
bazowy do rozwoju systemu Unix
rok 1973 - jadro
˛
systemu Unix przepisane w C, tylko kilkaset linii w asemblerze,
wiekszość
˛
systemu napisana od razu w C
dostarczany jako fragment systemu Unix; szybko zdobył popularność (odbiorcy –
wielkie firmy, uczelnie)
łatwość przenoszenia Unixa na nowy sprz˛et
rozwój jezyka,
˛
powstanie bibliotek standardowych, potrzeba standaryzacji
rok 1978 - pierwszy podrecznik
˛
Kernighan i Ritchie - nieformalna specyfikacja
jezyka
˛
rok 1983 - powołanie komitetu ANSI; wynik jego prac - standard jezyka
˛
ANSI C
przyjety
˛ w 1988
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Powstanie jezyka
˛
C
Czego sie˛ spodziewać?
Pierwsze programy
Ogólna charakterystyka
Cechy jezyka
˛
C
jezyk
˛
“wzglednie
˛
niskiego poziomu” – posługuje sie˛ znakami, liczbami,
adresami
brak operacji na obiektach złożonych (łańcuchach znaków, tablicach,
plikach)
słabe wsparcie zarzadzania
˛
pamieci
˛ a˛ (wiszace
˛ referencje, brak
mechanizmu “garbage collection”)
brak “range checking”
brak instrukcji wejścia/wyjścia
Zalety jezyka
˛
C
mały, zwarty ale mocny jezyk
˛
bardzo dobra przenośność oprogramowania
duża swoboda programisty, ale też duża odpowiedzialność (zakłada sie,
˛
że programista wie co robi)
składnia C stała sie˛ baza˛ dla wielu innych jezyków
˛
i narz˛edzi (np. C++,
Java, C#, jezyki
˛
skryptowe)
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Powstanie jezyka
˛
C
Czego sie˛ spodziewać?
Pierwsze programy
Ogólna struktura programu
program – jedna lub wiecej
˛
funkcji
składnia każdej funkcji taka sama:
typ
{
NazwaFunkcji(listaParametrow)
tresc (ciało funkcji)
}
funkcje nie moga˛ być zagnieżdżone
typ funkcji = typ zwracanej przez funkcje˛ wartości
nawiasy ( ) wymagane nawet wtedy, gdy lista deklaracji argumentów jest pusta
wyróżniona rola funkcji main:
każdy program musi zawierać funkcje˛ main (umieszczona˛ w dowolnym
miejscu dowolnego pliku)
w programie może być tylko jedna funkcja main
start programu – wykonanie pierwszej instrukcji funkcji main
gdy nie określimy typu funkcji main, to kompilator zachowuje sie˛ tak,
jakbyśmy napisali int main()
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Powstanie jezyka
˛
C
Czego sie˛ spodziewać?
Pierwsze programy
Najprostsze programy
najkrótszy program zgodny ze składnia:
˛
main(){}
program typu "Hello World"
konieczność użycia funkcji bibliotecznych (I/O)
konieczność deklaracji używanych funkcji bibliotecznych pliki nagłówkowe, dyrektywa include
#include <stdio.h>
main()
{
printf("Witaj w swiecie C/C++ !!! \n");
}
standardowe biblioteki funkcji (I/O)
w C – stdio: funkcje printf, scanf, fprintf, fscanf
w C++ – iostream: obiekty std::cout, std::cin; operatory «, »
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Powstanie jezyka
˛
C
Czego sie˛ spodziewać?
Pierwsze programy
Zmienne w programie
zmienne - pojemniki do przechowywania danych; pozwalaja˛ pisać programy
uniwersalne (dla dowolnych wartości danych)
sa˛ identyfikowane w programie poprzez nazwy
nazwa - dowolny ciag
˛ liter, cyfr i znaków podkreślenia który rozpoczyna sie˛ od
litery lub znaku podkreślenia i jest różny od słowa kluczowgo jezyka
˛
każda zmienna powinna być przed użyciem zdefiniowana; forma definicji:
nazwaTypu listaZmiennnych;
przykłady:
int a, zmienna;
float ulamek;
wykonanie instrukcji definicji zmiennych:
rezerwuje pamieć
˛ dla definiowaych zmiennnych
ustala ich adresy
możliwa jest inicjalizacja (nadanie wartości w momencie definicji), na przykład
int a=4, zmienna;
float ulamek=-2.3;
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Przeglad
˛ instrukcji strujacych
Instrukcje sterujace
˛
steruja˛ przebiegiem wykonania programu
pozwalaja˛ zmienić kolejność wykonywania instrukcji, uzależnić go od stanu
maszyny
wyrażenia logiczne - cz˛esto używane w instrukcjach sterujacych
˛
wyrażenia logiczne w C
w C - nie ma specjalnego typu na przechowywanie wartości wyrażeń
logicznych
wartości tych wyrażeń moga˛ być reprezentowane przez dowolny typ
numeryczny; prawda – wartość różna od 0, fałsz – wartość równa 0
wyrażenia logiczne w C++
istnieje specjalny typ danych do wyrażania wartości wyrażeń logicznych;
typ bool, jego stałe to true oraz false
możliwy jest dawny sposób przechowywania informacji logicznej
wykaz instrukcji sterujacych:
˛
instrukcja warunkowa if, if else, konstrukcja else if
petle:
˛
while, do ... while, for
instrukcja switch
instrukcje break, continue, goto, etykieta
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Przeglad
˛ instrukcji strujacych
Wybór wielowariantowy - porównanie
konstrukcja else - if
--------------------if(wyrażenie0)
instrukcja0;
else if(wyrażenie1)
instrukcja1;
....
else if(wyrażenie_k)
instrukcja_k;
else
instrukcja_ostat;
instrukcja switch
----------------switch(selektor)
{
case wyr_stałe_1 : ciag_instr_1;
˛
case wyr_stałe_2 : ciag_instr_2;
˛
.....................
case wyr_stałe_k : ciag_instr_k;
˛
defaault : ciag_instr_default;
˛
}
typ obiektu wybierajacego
˛
- switch: selektor - musi być typu całkowitego
do czego porównujemy - switch: selektor porównujemy z wyrażeniami stałymi
rodzaj operacji porównujacej:
˛
switch - równość selektora jednego z wyrażeń
stałych
wnioski: else-if bardziej uniwersalna; switch przejrzyste i eleganckie
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Podstawowe typy wbudowane
Typy pochodne
Typy: void, enum; instrukcja typedef
Typy
C/C++ wspieraja˛ możliwość używania całej gamy typów
typ obiektu - określa zbiór jego wartości oraz dozwolone
operacje
podział typów
typy fundamentalne
typy pochodne
inny możliwy podział typów
typy wbudowane
typy zdefiniowane przez użytkownika
podstawowe typy fundamentalne
znaki (kody 0 do 127) i małe liczby: char
liczby całkowite: short int , int, long int; modyfikacja signed
int, unsigned int
liczby zmiennoprzecinkowe: float, double, long double
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Podstawowe typy wbudowane
Typy pochodne
Typy: void, enum; instrukcja typedef
Tworzenie typów pochodnych
w C/C++ mamy potencjalnie nieskończona˛ ilość typów
pochodnych
dla każdego istniejacego
˛
typu można określić:
tablice obiektów tego typu
funkcje zwracajace
˛ obiekty danego typu
wskaźniki do obiektów danego typu
struktury: obiekty zawierajace
˛ zestawy danych różnych
typów
zasada tworzenia typów pochodnych: bierzemy obiekt typu
podstawowego i jeden z operatorów spośród:
tablica [ ]
funkcja ( )
wskaźnik do pokazywania na obiekty danego typu: *
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Podstawowe typy wbudowane
Typy pochodne
Typy: void, enum; instrukcja typedef
Typy pochodne - przykłady
Tablice:
int a, b, c;
int a[20], b[3], c[100]
// obiekty typu fundamentalnego
// tablice
Wskaźniki:
float x;
float *wx;
//obiekt typu float
//wskaźnik do wskazywania obiektów float
wx=&x;
*wx=t;
Funkcje:
int x, *wx;
int f1();
int *f2();
//ustawianie wskaźnika
//użycie operatora wyłuskiwania
//definicja obiektu typu int i wskażnika do int
//definicja funkcji typu int
//definicja funkcji typu wskaźnik do int
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Podstawowe typy wbudowane
Typy pochodne
Typy: void, enum; instrukcja typedef
Typy void, enum
słowo kluczowe void może pojawiać sie˛ w deklaracjach
typów złożonych, najcz˛eściej jako
określenie typu funkcji, która nie zwraca żadnej wartości:
void mojaFunkcja();
określenie wskaźnika do pokazywania na obiekt nieznanego typu
(wskaźnik generyczny)
void *p;
void – formalnie rzecz biorac
˛ – rodzaj typu fundamentalnego, ale bez
możliwości tworzenia zmiennych tego typu
typ wyliczeniowy enum
osobny typ dla wybranego przez użytkownika zestawu nazw (stałych
całkowitych)
umożliwia powiazanie
˛
nazw z liczbami, co poprawia przejrzystość
programu
stosujemy, gdy chcemy zachować nie tyle informacje˛ liczbowa,
˛ co pewna˛
dodatkowa˛ informacje˛ zawarta˛ w nazwach - stałych typu
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Podstawowe typy wbudowane
Typy pochodne
Typy: void, enum; instrukcja typedef
Typ enum - definicja
składnia definicji
enum nazwaTypu {listaWyliczeniowa};
gdzie listaWyliczeniowa:
nazwa1[=liczba1],...,nazwaN[=liczbaK]
Przykład:
enum kolor {czerwone=1, zolte=2, zielone=3};
kolor sprawdz();
kolor swiatla;
swialta=sprawdz();
switch(swiatla)
{
case zielone: std::cout << "Przechodz ...";
break;
case zolte : std::cout << "Uwazaj ...:;
break;
case czerwone : std::cout<< "stoj i czekaj ...;
}
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Podstawowe typy wbudowane
Typy pochodne
Typy: void, enum; instrukcja typedef
Wyliczenia - kontrola typów
w C – definicja stałych wyliczeniowych, brak kontroli typów;
w C++ - dokładniejsza kontrola typów
gdy kolor - typ wyliczeniowy określony powyżej, zaś lampa - zmienna typu kolor,
to:
lampa=3;
lampa=zolty;
//nielegalne
//O.K.
możliwa definicja typu wyliczeniowego bez nazwy – równoważna zdefiniowaniu
pewnej ilości stałych całkowitych we właściwym dla miejsca definicji typu
zakresie ważności
dwa typy wyliczeniowe o tym samym zakresie ważności nie moga˛ zawierać
takich samych stałych typu
Definicje:
enum kolor {czerwony =1, zolty = 3, zielony = 5};
enum doswiadczenie {zielony, adept, wyjadacz};
sa˛ w konflikcie ze wzgl˛
edu na stała:
˛ zielony
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Podstawowe typy wbudowane
Typy pochodne
Typy: void, enum; instrukcja typedef
Instrukcja typedef
pozwala na nadanie dodatkowej nazwy już istniejacemu
˛
typowi
składnia: typedef typIstniejacy
˛ typDefiniowany;
Przykład
typedef int Length;
Length dlug, *szer;
Uwagi
typ, który określamy w instrukcji typedef nie musi być typem
fundamentalnym;
możemy zdefiniować klka typów na raz, np.:
typedef int natural, calk, *wskaz_do_calk;
calk a;
// równoważne int a;
natural b;
// równoważne int b;
wskaz_do_calk p // równoważne int *p
cel – łatwa reparametryzacja programu (zmiana typu pewnej grupy
zmiennych)
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Zakres lokalny
Przestrzenie nazw
Przesłanianie nazw
Czas życia, zakres ważności
czas życia - okres od momentu definicji obiektu do czasu
gdy przestaje on istnieć
zakres ważności - obszar programu, z którego obiekt jest
osiagalny
˛
poprzez swoja˛ nazwe˛
oba te atrybuty zależa od tego gdzie i jak zdefiniujemy
dany obiekt
zakres lokalny
obiekt zdefiniowany w bloku lokalnym jest dostepny
˛
poprzez swoja˛ nazwe˛
tylko w tym bloku
zmienna tam zdefiniowana "żyje" tylko do czasu opuszenia przez
sterowanie zakresu tego bloku
w C - definicje zmiennych musza˛ nastapić
˛ na poczatku
˛
bloku (przez
instrukcjami wykonywalnymi)
w C++ - miejsce definicji dowolne, możliwe definicje "w locie" – typowy
przykład - definicje w petli
˛ for
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Zakres lokalny
Przestrzenie nazw
Przesłanianie nazw
Zakresy ważności
Przykład:
//int k, s1, s2, s3;
for (int k=1, s1=0, s2=0, s3=0; k<=10; k=k+1)
{
s1=s1+k;
s2=s2+k*k;
s3=s3+k*k*k;
}
//std::cout << “Suma liczb = ”<< s1 << std::endl;
//std::cout << “Suma kwadratow liczb = ” << s2 << std::endl;
//std::cout << “Suma szescianow liczb = ” << s3 << std::endl;
zakres bloku funkcji
zmienne (obiekty) określone wewnatrz
˛ ciała funkcji i nie
zawarte w żadnym bloku lokalnym maja˛ zakres ważności
bloku funkcji
etykieta ma zawsze zakres ważności bloku funkcji
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Zakres lokalny
Przestrzenie nazw
Przesłanianie nazw
Zakres pliku
wieksze
˛
programy - podział kodu na pliki (jednostki
translacji)
obiekt którego nazwa jest definiowana na zewnatrz
˛
wszystkich bloków - obiekt globalny
jego zakres ważności - plik (od miejsca definicji do końca
pliku)
taka nazwa - na ogół niezenana w innych plikach;
możliwosć przedłużenia zakresu ważności (instrukcja
extern, deklaracja funkcji)
problem dużych projektów
wzrost rozmiarów tworzonego kodu, użytych bibliotek, ilości nazw
globalnych
wzrost prawdopodobieństwa kolizji nazw
konieczność zapewnienia unikalności nazw
najlepsza metoda uzyskania unikaloności - użycie przestrzeni nazw (C++,
rok 1998)
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Zakres lokalny
Przestrzenie nazw
Przesłanianie nazw
Idea, realizacja
problem - jedna przestrzeń dla wszystkich nazw obiektów
globalnych w programie
analogia - system plików:
komputer przeznaczony dla wielu osób z sytemem plików
zawierajacym
˛
tylko jedna˛ kartotek˛e;
rozwiazanie
˛
problemu: wprowadzenie struktury w systemie
plików, podział przestrzeni dyskowej na rozłacznie
˛
podobszary
dla problemu nazw w C++ - podział przestrzeni nazw
obiektów globalnych na podprzestrzenie
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Zakres lokalny
Przestrzenie nazw
Przesłanianie nazw
Przestrzeń nazw - tworzenie i użycie
składnia definicji:
namespace nazwaPrzestrzeniNazw {
definicje lub deklaracje obiektów globalnych
określanych przez programist˛
e
}
#include <iostream>
namespace tajne{
int klucz = 4401;
int PIN;
}
int main()
{
bool OK=true;
do
{
std::cout « “Podaj PIN: “ ;
std::cin » tajne::PIN;
if(tajne::PIN!=tajne::klucz)
std::cout « ”Bł˛
edny PIN. Sprobuj
jeszcze raz.” « std::endl;
else OK=false;
}
while(OK);
std::cout « ”PIN poprawny.”) « std::endl;
}
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
Zakres lokalny
Przestrzenie nazw
Przesłanianie nazw
pełna nazwa obiektu z przestrzeni nazw:
nazwa_przestrzeni::nazwa_obiektu
mamy pewność, że nazwy z pewnej przestrzeni nazw bed
˛ a˛
jednoznaczne nawet bez podania nazwy przestrzeni
problem: czy można odnosić sie˛ do obiektu z przestrzeni
nazw poprzez jego nazwe˛ właściwa?
˛
tak - dwa mechanizmy:
deklaracja using postaci
using nazwa_przestrzeni::nazwa_obiektu
taka deklaracja udostepnia
˛
lokalnie pojedyncza˛ nazwe˛ z przestrzeni nazw
dyrektywa using postaci using namespace nazwa_przestrzeni
taka dyrektywa udostepnia
˛
lokalnie wszystkie nazwy z przestrzeni nazw
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
#include <iostream>
namespace tajne{
int klucz = 4401;
int PIN;
}
using namespace std;
int main()
{
//int PIN;
bool OK=true;
using tajne::PIN;
Zakres lokalny
Przestrzenie nazw
Przesłanianie nazw
do
{
cout « "Podaj PIN: ";
cin » PIN;
if(PIN!=tajne::klucz)
cout « "Bł˛
edny PIN. Sprobuj
jeszcze raz." « endl;
else OK=false;
}
while(OK);
cout « "PIN poprawny."« endl;
}
Tadeusz Chmaj
Wykład II
Informacje wstepne
˛
Sterowanie
Typy w C/C++
Czas życia, zakres ważności; przestrzenie nazw
#include <iostream>
namespace moja{ int k=5; }
using namespace std;
int k=7;
//using moja::k;
//trwale zamaskuje globalne k
int main()
{
int k=3;
cout «"W main - k = " « k « endl;
//using moja::k;
//konflikt z deklaracja lokalnego k
Zakres lokalny
Przestrzenie nazw
Przesłanianie nazw
cout «"ale tez - moja::k - k = " « moja::k « endl;
cout «"jak rowniez - globalne k = " « ::k « endl;
cout «"-----------------------\n";
{
int k=1;
cout « "W bloku - k = " « k « endl;
cout «"ale tez - moja::k = " « moja::k « endl;
cout «"jak rownez - globalne k = " « ::k « endl;
}
cout «"-----------------------\n";
cout « "Po bloku - k = " « k « endl;
}
dwie identyczne nazwy w tym samym zakresie ważności ==> bład
˛ kompilacji
gdy zakresy różne - nazwy moga˛ być być niezależnie używane; n.p. takie same
nazwy w różnych blokach (funkcjach)
gdy zakresy ważności sie˛ przekrywaja˛ – zasłanianie: nazwa o mniejszym
zasiegu
˛
zasłania nazwe˛ o wiekszym
˛
zasiegu
˛
pomimo przesłoniecia,
˛
możemy odnosić sie˛ do zasłaniajacego
˛
obiektu używajac
˛
operatora zakresu
::
Tadeusz Chmaj
Wykład II