Lekce 19 IMPLEMENTACE OPERAČNÍHO SYSTÉMU LINUX DO VÝUKY INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ JAZYK C

Transkript

1 Identifikační údaje školy Číslo projektu Název projektu Číslo a název šablony Autor Tematická oblast Číslo a název materiálu Anotace Vyšší odborná škola a Střední škola, Varnsdorf, příspěvková organizace Bratislavská 2166, Varnsdorf, IČO: tel CZ.1.07/1.5.00/ Pro vzdělanější Šluknovsko 32 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT 0202 Ing. Vladimír Ďurči LINUX VY_32_INOVACE_0202_0319 Jazyk C/C++, Struktury [3/19] JAZYK C - OS LINUX Vytvořeno Určeno pro Operační systémy 4. ročník, maturitní obor Přílohy Přiložené textové soubory, a zpracované programy IMPLEMENTACE OPERAČNÍHO SYSTÉMU LINUX DO VÝUKY INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ JAZYK C Lekce 19

2 J a z y k C / C + +, S t r u k t u r y Obsah lekce: Úvod... 1 Struktury... 2 Otázky k opakování 3 Lab 4

3 Úvod Úvod Jazyk C poskytuje programátorovi poměrně nízkoúrovňový přístup do paměti. V této lekci si ukážeme jak o paměť za běhu programu požádat a jak ji uvolnit. Dojde i na některé další paměťové knihovní funkce. Přistupovat přímo k jednotlivým znakům řetězce je občas poněkud neohrabané, v řadě případů je lepší použít některou z funkcí ze string.h. Nakonec si ukážeme, jak se v C vytváří uživatelské typy. Nejdůležitější jsou struktury, ale dojde i na jednoduché typy a uniony. typedef S t r u k t u r y Jazyk C umožňuje definování uživatelských typů. My jsme zatím používali pouze typy základní: čísla, funkce, pole a ukazatele. Pomocí typedef můžeme definovat nový typ pomocí nějakého již známého typu. Pascalisté tak mohou aspoň trochu přizpůsobit C svému oblíbenému jazyku pomocí typedef double real; a od této řádky dále psát místo double real. Přirozeným místem pro definici typů je hlavičkový soubor, který se bude inkludovat do všech dotčených zdrojových souborů. I takto jednoduché využití typedef má svůj praktický význam. Jazyk C standardně nenabízí celočíselné typy s normou pevně daným rozsahem hodnot. Pokud píšeme multiplatformní program a potřebujeme znaménkový dvaatřicetibitový integer, obvykle definujeme typedef int signed32; a signed32 pak používáme všude tam, kde bychom psali int. Při překladu programu na šestnáctibitových platformách pak (samozřejmě ne ručně, ale pomocí #ifdef) pouze na jednom místě programu změníme řádku na typedef long signed32; Uvedený postup je vhodný pouze v případech, kdy opravdu potřebujeme garantovaný rozsah typu, jinak je lepší počítat v typech int a double. Celá řada knihoven si skutečně vlastní číselné typy definuje, takže se setkáme s typy jako je gint, DWORD nebo CK_ULONG. Běžně se typedef používá také při konstrukci složitějších typů, zejména pokud budou použity opakovaně. Máme-li třeba pole deseti ukazatelů na funkce bez parametru vracející ukazatel na funkci s parametrem typu char, která vrací ukazatel na ukazatel na int, můžeme to sice napsat i takhle, int ((( pole[10])()))(char); ale kódu porozumí jen opravdu skalní C programátoři a i ti nad ním budou muset chvíli přemýšlet. Mnohem lepší je použít typedef. 3

4 typedef int ( TVRACENA_FUNKCE)(char); typedef TVRACENA_FUNKCE ( TFUNKCE_Z_POLE)(); TFUNKCE_Z_POLE pole[10]; Tento kód je sice delší, ale mnohem lépe čitelný, navíc ve skutečném programu zřejmě budeme oba typy používat opakovaně. struct Pomocí klíčového slova struct můžeme vytvořit strukturované typy. V Céčku je to trochu komplikované, neboť se (celkem zbytečně) rozlišuje název struktury a název typu. Existuje proto hned 5 způsobů definicí struktur, typů a proměnných, z nichž ne všechny se běžně používají. Ukážeme si to na příkladu se jmény. typedef struct jmeno char krestni[16]; char prijmeni[16]; JMENO; Definovali jsme strukturu jmeno a odpovídající typ JMENO. Proměnné definujeme stejně, jako by JMENO byl obyčejný nestrukturovaný typ a jejich položkám přistupujeme pomocí tečky. JMENO karlicek; strcpy(karlicek.krestni, "Karel"); strcpy(karlicek.prijmeni, "Novák"); printf("%s %s\n", karlicek.krestni, karlicek.prijmeni); V našem příkladu jsme využili pouze jméno typu, nikoli jméno struktury. Úvodní definici jsme proto mohli napsat i takto: typedef struct char krestni[16]; char prijmeni[16]; JMENO; Aby to nebylo tak jednoduché, můžeme definovat pouze strukturu a nikoli typ, v tom případě se obejdeme bez klíčového slova typedef. Uvádím to jen pro úplnost, v praxi jsem tento postup nikdy nevyužil. struct char krestni[16]; char prijmeni[16]; karlicek; Jen definice proměnné, sama struktura jméno nemá a nemůžeme ji později použít, zřejmě nám stačí jediná proměnná tohoto typu. struct jmeno char krestni[16]; char prijmeni[16]; karlicek; /... / struct jmeno lojzicek; 4

5 Definice proměnné karlicek zároveň s pojmenováním struktury jmeno. Při definici dalších proměnných je třeba znovu uvést klíčové slovo struct. Právě proto je obvyklejší pojmenovat typ a nikoli strukturu. struct jmeno char krestni[16]; char prijmeni[16]; ; /... / struct jmeno karlicek, lojzicek; Obdoba předchozího, jen jsme vynechali definici proměnné přímo v definici struktury. Velikost struktury v paměti může být větší než součet velikosti jejích prvků. Je to zejména kvůli zarovnávání prvků na adresy, které jsou násobkem nějaké mocniny dvou. Například pokud má int velikost 4 byty a char 1 a ve struktuře se budou střídat, může překladač vložit za každý char 3 byty volného místa, aby byly inty na adresách dělitelných čtyřmi. Konkrétní platformy mohou podobné zarovnání vyžadovat, nebo je alespoň výsledný kód rychlejší. Pokud chceme alokovat paměť pro strukturu, zásadně použijeme sizeof. JMENO karlicek; karlicek = (JMENO ) malloc(sizeof(jmeno)); if (!karlicek) /... / strcpy((karlicek).krestni, "Karel"); /... / free(karlicek); Všimněte si, jak ošklivě se přistupuje k prvkům ukazatele na strukturovaný typ. Nejprve je třeba jej dereferencovat pomocí a teprve potom lze použít tečka. Kvůli nevhodné výchozí prioritě operátorů je navíc třeba závorkovat. Naštěstí má Céčko pro tyto případy ještě jeden operátor. strcpy(karlicek->krestni, "Karel"); Oba zápisy jsou zcela ekvivalentní, používá se pochopitelně ten druhý. Strukturovaný typ v sobě může obsahovat další struktury. typedef struct JMENO jm; char ulice[32]; unsigned cislo; ADRESA; /... / ADRESA pepik; strcpy(pepik.ulice, "Evropská"); pepik.cislo = 6; strcpy(pepik.jm.krestni, "Josef"); strcpy(pepik.jm.prijmeni, "Černý"); 5

6 printf("%s %s bydlí v ulici %s číslo %u.\n", pepik.jm.krestni, pepik.jm.prijmeni, pepik.ulice, pepik.cislo); union Syntaxí podobný, ale významem odlišný od struct je union. V unionu se jednotlivé prvky v paměti překrývají a modifikace jednoho ovlivní i všechny ostatní. To má význam, pokud potřebujeme šetřit pamětí a chceme si v jednom typu struktury pamatovat různé druhy údajů. Příklad pro dnešní díl Chlípný sexistický důstojník si vede evidenci všech lidí, které zná. U mužů ho zajímá, zda slouží v armádě, u žen pouze tělesné rozměry. Jeho služební notebook má málo paměti, nemůže proto skladovat zbytečnosti (rozměry mužů a příslušnost žen k armádě). / databaze.h / #ifndef _DATABAZE_H_ #define _DATABAZE_H_ typedef union int miry[3]; char vojak; OSOBNI_UDAJE; typedef struct char zena; char jmeno[16]; OSOBNI_UDAJE data; CLOVEK; void nastavzenu(const char jmeno, int prsa, int pas, int boky, CLOVEK clovek); void nastavmuze(const char jmeno, char vojak, CLOVEK clovek); void vypisosobu(const CLOVEK clovek); #endif Definované typy a funkce jsou obecného použití, patří proto do hlavičkového souboru. / databaze.c / #include "databaze.h" void nastavzenu(const char jmeno, int prsa, int pas, int boky, CLOVEK clovek) clovek->zena = 1; strncpy(clovek->jmeno, jmeno, sizeof(clovek->jmeno)); clovek->jmeno[sizeof(clovek->jmeno) - 1] = 0; clovek->data.miry[0] = prsa; clovek->data.miry[1] = pas; clovek->data.miry[2] = boky; void nastavmuze(const char jmeno, char vojak, CLOVEK clovek) clovek->zena = 0; strncpy(clovek->jmeno, jmeno, sizeof(clovek->jmeno)); clovek->jmeno[sizeof(clovek->jmeno) - 1] = 0; clovek->data.vojak = vojak; 6

7 void vypisosobu(const CLOVEK clovek) printf("%s, ", clovek->jmeno); if (clovek->zena) printf("%i:%i:%i\n", clovek->data.miry[0], clovek->data.miry[1], clovek->data.miry[2]); else puts(clovek->data.vojak? "voják" : "civil"); int main(void) CLOVEK franta, katka; nastavmuze("františek", 1, &franta); nastavzenu("kateřina", 90, 60, 90, &katka); vypisosobu(&franta); vypisosobu(&katka); return 0; 7

8 O t á z k y k o p a k o v á n í 1. Jaké poznáte funkce pro přidělování paměti? 2. Co je dobré dodržet při alokaci paměti? Odpověď: Je dobrým při každém přidělování paměti testovat návratovou hodnotu na NULL a nespoléhat se na pocit, že paměti musí být dost. Předejdeme tím mnoha problémům. Ladíme totiž programy s malými daty, pro která paměť stačí. V reálném provozu bude ale program použit pro skutečná data, kterých většinou mnohem více. V tomto případě se nemusíme starat o problémy s zarovnáváním na určité adresy v paměti 3. Vyjmenujte základní funkce pro práci s řetězci! 4. Co je dobré si uvědomit při použití struktur? Odpověď: Struktury jsou uloženy v bloku souvislé paměti a mohou v nich být výplně, tzn. že položky nejsou nutně uloženy bezprostředně zasetou. Velikost struktury je vhodné získávat jedině pomocí operátoru sizeof. Se strukturou jako parametrem funkce se pracuje ve funkci většinou pomocí operátoru -> i když byla struktura definována staticky. 8

9 5. L a b 1. Ukázkové příklady na řetězce a alokaci paměti / Prace s retezcem ================ / #include <stdio.h> #include <string.h> #define DELKA_RADKY 80 / uplny funkcni prototyp / void ramecek(int pocet); int main(void) char text[delka_radky]; / pomoci fgets() - posledni znak retezu je '\n' / printf("zadej libovolny text: "); fgets(text, DELKA_RADKY, stdin); / ubrani ukoncujiciho znaku '\n' / text[strlen(text) - 1] = '\0'; ramecek(strlen(text)); printf(" %s ", text); ramecek(strlen(text)); / pomoci gets() / printf("\nzadej text s mezerami: "); gets(text); ramecek(strlen(text)); printf(" %s ", text); ramecek(strlen(text)); / pomoci scanf() / printf("\nzadej text bez mezer: "); scanf("%s", text); ramecek(strlen(text)); printf(" %s ", text); ramecek(strlen(text)); return 0; / vypis ramecku 9

10 / / Zakladni operace s retezci ========================== / #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define MAX 20 int main(void) char s[max]; char p_c, p_pom; strcpy(s, "Toto je priklad"); printf("prvni retezec: %s\n\n", s); if ((p_c = malloc(max)) == NULL) printf("malo pameti\n"); return 1; for (p_pom = s; p_pom < s + MAX; ) p_c++ = p_pom++; / prirazeni pocatecni adresy retezce pointeru / p_c -= MAX; printf("druhy retezec: %s\n", p_c); free((void ) p_c); return 0; / Serazeni znaku v retezci podle abecedy ====================================== / #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define MAX 20 #define ZAC ' ' + 1 / zacatecni znak ASCII tabulky / #define KON 'z' / koncovy znak / 10

11 int main(void) char s[max]; int i, j; printf("zadej retezec: "); scanf("%s", s); for (j = ZAC; j <= KON; j++) for (i = 0; i < strlen(s); i++) if (s[i] == j) putchar(s[i]); return 0; / Konverze retezce pomoci funkce ============================== / #include <stdio.h> #include <ctype.h> #include <string.h> #define MAX 81 / max. delka retezce / void na_mala(char ss[]); void na_velka(char ss[]); void vymena(char ss[]); int main(void) char s[max]; printf("zadej retezec ukonceny znakem 'U' nebo 'L' nebo 'X':\n"); gets(s); switch (toupper(s[strlen(s) - 1])) case 'L' : na_mala(s); break; case 'U' : na_velka(s); break; 11

12 case 'X' : vymena(s); break; default: break; / ubrani ukoncujiciho znaku 'U' nebo 'L' nebo 'X' / s[strlen(s) - 1] = '\0'; printf("vysledny retezec je: %s\n", s); return 0; void na_mala(char ss[]) int i; for (i = strlen(ss) - 1; i >= 0 ; i--) ss[i] = tolower(ss[i]); void na_velka(char ss[]) int i, d; for (i = 0, d = strlen(ss); i < d; i++) ss[i] = toupper(ss[i]); void vymena(char ss[]) int i; for (i = 0; i < strlen(ss); i++) if (isupper(ss[i])) ss[i] = tolower(ss[i]); else ss[i] = toupper(ss[i]); 2. Ukázkové příklady na struktury / Adresy prvku struktury a unionu =============================== / 12

13 #include <stdio.h> typedef struct float f; char c; int i; S_POKUS; typedef union float f; char c; int i; U_POKUS; int main(void) S_POKUS s; U_POKUS u; printf("adresa struktury 's' : %p\n", &s); printf("adresa prvku 's.f' : %p\n", &s.f); printf("adresa prvku 's.c' : %p\n", &s.c); printf("adresa prvku 's.i' : %p\n", &s.i); printf("velikost struktury 's' : %d [B]\n", sizeof(s)); putchar('\n'); printf("adresa unionu 'u' : %p\n", &u); printf("adresa prvku 'u.f' : %p\n", &u.f); printf("adresa prvku 'u.c' : %p\n", &u.c); printf("adresa prvku 'u.i' : %p\n", &u.i); printf("velikost unionu 'u' : %d [B]\n", sizeof(u)); return 0; / Pokusy se statickou a dynamickou strukturou =========================================== / #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define DELKA_JM 30 / delka jmena / typedef struct char jmeno[delka_jm]; unsigned int stari; CLOVEK; 13

14 void napln(clovek p_osoba, char p_jm, unsigned int vek) strcpy(p_osoba->jmeno, p_jm); p_osoba->stari = vek; int main(void) CLOVEK ja; CLOVEK p_ona; napln(&ja, "Pavel", 30); / alokovani pameti pro dynamickou strukturu / if ((p_ona = (CLOVEK ) malloc(sizeof(clovek))) == NULL) printf("\nmalo pameti!\n"); return 1; napln(p_ona, "Katerina", 2); / tisk obsahu obou struktur / printf("jmenujeme se %s a %s\n", ja.jmeno, p_ona->jmeno); printf("jsme stari %u a %u let\n", ja.stari, p_ona->stari); return 0; / Pouziti vhnizdene struktury =========================== / #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <ctype.h> #define MAX_DELKA_RADKY 80 / max. delka radky v souboru / #define MAX_RADEK 1000 / max. pocet radek v souboru / typedef struct int pismena; int ostatni; ZNAKY; typedef struct ZNAKY pocet; int delka; / aktualni delka radky / RADKA; 14

15 / nacte soubor po radcich a zpracuje ho do pole struktur / int nacti_soubor(file fr, RADKA pole[]) int i, pocet_radek = 0, pocet_pismen, pocet_ostatnich; char pom_radka[max_delka_radky]; while (fgets(pom_radka, MAX_DELKA_RADKY - 1, fr)!= NULL) / ulozeni delky radky / pole[pocet_radek].delka = strlen(pom_radka); / zjistovani poctu jednotlivych znaku / pocet_pismen = 0; pocet_ostatnich = 0; for (i = 0; i < pole[pocet_radek].delka; i++) isalpha(pom_radka[i])? pocet_pismen++ : pocet_ostatnich++; / ulozeni poctu jednotlivych znaku / pole[pocet_radek].pocet.pismena = pocet_pismen; pole[pocet_radek].pocet.ostatni = pocet_ostatnich; pocet_radek++; return pocet_radek; int main(void) FILE fr; char jmeno_souboru[100]; RADKA radky[max_radek]; int i, pocet_radek; unsigned long int pocet_pismen, pocet_znaku; printf("zadej jmeno souboru: "); scanf("%s", jmeno_souboru); if ((fr = fopen(jmeno_souboru, "r")) == NULL) printf("soubor %s nelze otevrit\n", jmeno_souboru); return 1; / nacteni a zpracovani souboru / pocet_radek = nacti_soubor(fr, radky); 15

16 if (fclose(fr) == EOF) printf("soubor %s nelze uzavrit\n", jmeno_souboru); / zjisteni poctu pismen v souboru / pocet_pismen = 0; pocet_znaku = 0; for (i = 0; i < pocet_radek; i++) pocet_pismen += radky[i].pocet.pismena; pocet_znaku += radky[i].delka; printf("v souboru '%s' je celkove %lu znaku a z toho %lu pismen\n", jmeno_souboru, pocet_znaku, pocet_pismen); return 0; 16