Informatika2-2012/Eloadas01

1. előadás: A C nyelv alapjai

A C nyelv tulajdonságai

A C általános célú magas szintű nyelv (valójában a magasszintű és az alacsonyszintű nyelvek között helyezkedik el), melyet a Unix operációs rendszerhez Dennis Ritchie fejlesztett ki. 1989-ban szabványosítva lett: ANSI C (American National Standards Institute).

• Strukturált nyelv
• Szabványos könyvtári függvények
• Hordozható (a C kód számtalan gépen lefordítható és futtatható)
• Hatékony programok írására alkalmas (a magas szintű nyelvek közül a leghatékonyabbak egyike)
• Egyszerű nyelv, tömör szintaktika
• Előfeldolgozó (makroprocesszor)

A nyelv gyengéi: könnyű nehezen olvasható kódot írni, nehéz a hibák megtalálása, nincs automatikus memóriakezelés, tömbből kiírás veszélye,...

Matematikusként miért tanulunk C-t?

• A C nyelv több programnyelv alapja (C++, C#, Java,...)
• Más programnyelven írt kódok hatékonnyá tehetők, ha a legtöbb gépidőt használó függvényeket C-ben újra írjuk. Kritikusan sok gépidőt igénylő algoritmusoknál segíthet.

Egy C program futtatása

A forrás egyszerű szövegfájl .c kiterjesztéssel, mely bármely szövegszerkesztővel szerkeszthető (pl gedit, kate, emacs, vi,...). Például a hello.c program kódja a következő:

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

Ez kiírja, hogy ,,Hello, World!". Miután elmentettük a programot, fordítsuk le, majd futtassuk:

$ gcc -W -Wall -o hello hello.c
$ hello
Hello, World!
$ 

Elhagyható a -o kapcsoló, ekkor egy a.out nevű fájl lesz a futtatható program, a -W és a -Wall figyelmeztető hibaüzeneteket is kiír.

A fordítás lépései külön-külön is elvégezhetők:

gcc -E hello.c >hello.ee    (csak az előfeldolgozó fut le  -> standard outputra ír)
gcc -S hello.c              (fordít, de az assembler nem   -> hello.s -- assembly kód)
gcc -c hello.c              (fordít, de nem szerkeszt      -> hello.o -- object file)
gcc hello.c                 (előfeldolgoz+fordít+szerkeszt -> a.out -- futtatható állomány)

Egy C program elemei

Függvények

Az előző kód meglepően hosszú. Mit jelentenek a sorai?

int main(void)

vagy

int main()

vagy

main()

minden C programban kötelező, minden programban van egy main nevű függvény, és ennek meghívásával indul a program végrehajtása. Ha 0 a visszatérési értéke, akkor a program normálisan lefutott -- ez jelzés a külvilágnak. Ezt jelzi a return 0; parancs. Az

#include <stdio.h>

sorral azt jelezzük, hogy a ,,standard input-output" függvények valamelyikét használni szeretnénk (itt pl. printf, azaz formázott kiírás).

Változók és típusaik

A következő programban aritmetikai számítást is végzünk:

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int n;
    n = 5;
    printf("az eredmeny: %d\n", 3*n + 1);
    return 0;
}

Itt változót deklarálunk, azaz megadtuk típusát (lehet pl. int, float, double, char, void,....), majd értéket adunk neki. Ez egy sorban is elvégezhető:

 int n = 5;

A kiírásban az idézőjelbe tett szöveg mellett a kiírandó kifejezés értékének formátumát is megadjuk: %d az egész számok kiírását jelenti. Következzen a standard bemenet egyszerű használata, olvassunk be az 'a' és 'b' nevű változóba egy-egy egész számot, és ezzel számoljunk (kód: muveletek.c)

#include <stdio.h>

int main(void)
{
  int a,b;

  printf("kerek egy pozitiv szamot: ");
  scanf("%d", &a);
  printf("kerek meg egy pozitiv szamot: ");
  scanf("%d", &b);

  printf("a ket szam osszege: %d\n", a+b);
  printf("a ket szam kulonbsege: %d\n", a-b);
  printf("a ket szam szorzata: %d\n", a*b);
  printf("a ket szam egesz hanyadosa: %d\n", a/b);
  printf("az osztasi maradek: %d\n", a%b);
  printf("a ket szam lebegopontos hanyadosa:%f\n", (float)a/b);
  printf("bitenkenti ES %d\n" ,a&b);
  printf("bitenkenti VAGY %d\n", a|b);
  printf("logikai ES %d\n" ,a&&b);
  printf("logikai VAGY %d\n", a||b);

  return 0;
}

Vezérlő struktúrák

És akkor következzen egy program, amiről nem is tudjuk, hogy véges időben leáll-e minden bemenetre, a Collatz-probléma collatz.c:

#include <stdio.h>
int main(void)
{
  int x;
  printf("legyen x = ");
  scanf("%d", &x);
  while (x>1) {
    if (x % 2)
      x = 3*x + 1;
    else
      x /= 2;
    printf("%d ", x);
  }
  printf("\n");
  return 0;
}

Ebben szerepel egy elöl tesztelős while ciklus és egy elágazás!

if és if-else:

if

while-ciklusok:

do {
  ...
} while (a < b);

while (a < b) {
  ...
}

for-ciklus:

for

A C program formázása

A C programok olvashatóvá tétele sokat segít a kód későbbi megértésében, erre vonatkozó tanácsokat érdemes betartani. Egy ilyen leírás pl. itt található: http://www.gidnetwork.com/b-38.html Érdemes lesz később is visszatérni rá, és követni.

A kódban van némi lazaságra lehetőség, pl. nem kiírni main típusát, mert az úgyis kötelezően int, vagy nem visszaadni a 0 értéket, de ezekkel legyünk óvatosak.

#include <stdio.h>
main()
{
    printf("Hello, World!\n");
}

A behúzás sem része a szintaktikának, a kód folyamatosan is írható, vagy más logika szerint tördelhető, de ezt sose tegyük:

#include <stdio.h>
int main(){printf("Hello, World!\n");return(0);}

Egy szándékosan elrettentő példa mistery.c

#include <stdio.h>

main(t,_,a)
char *a;
{return!0<t?t<3?main(-79,-13,a+main(-87,1-_,
main(-86, 0, a+1 )+a)):1,t<_?main(t+1, _, a ):3,main ( -94, -27+t, a
)&&t == 2 ?_<13 ?main ( 2, _+1, "%s %d %d\n" ):9:16:t<0?t<-72?main(_,
t,"@n'+,#'/*{}w+/w#cdnr/+,{}r/*de}+,/*{*+,/w{%+,/w#q#n+,/#{l,+,/n{n+\
,/+#n+,/#;#q#n+,/+k#;*+,/'r :'d*'3,}{w+K w'K:'+}e#';dq#'l q#'+d'K#!/\
+k#;q#'r}eKK#}w'r}eKK{nl]'/#;#q#n'){)#}w'){){nl]'/+#n';d}rw' i;# ){n\
l]!/n{n#'; r{#w'r nc{nl]'/#{l,+'K {rw' iK{;[{nl]'/w#q#\
n'wk nw' iwk{KK{nl]!/w{%'l##w#' i; :{nl]'/*{q#'ld;r'}{nlwb!/*de}'c \
;;{nl'-{}rw]'/+,}##'*}#nc,',#nw]'/+kd'+e}+;\
#'rdq#w! nr'/ ') }+}{rl#'{n' ')# }'+}##(!!/")
:t<-50?_==*a ?putchar(a[31]):main(-65,_,a+1):main((*a == '/')+t,_,a\
+1 ):0<t?main ( 2, 2 , "%s"):*a=='/'||main(0,main(-61,*a, "!ek;dc \
i@bK'(q)-[w]*%n+r3#l,{}:\nuwloca-O;m .vpbks,fxntdCeghiry"),a+1);}

Algoritmus átalakítása strukturált programmá

Számítsuk ki 2 négyzetgyökét a 4 alapművelet segítségével, valamely iterációval.