Книга: Язык программирования Си. Издание 3-е, исправленное

1.2 Переменные и арифметические выражения

1.2 Переменные и арифметические выражения

Приведенная ниже программа выполняет вычисления по формуле °С = (5/9)(°F-32) и печатает таблицу соответствия температур по Фаренгейту температурам по Цельсию:

0   –17
20  –6
40  4
60  15
80  26
100 37
120 48
140 60
160 71
180 82
200 93
220 104
240 115
260 126
280 137
300 148

Как и предыдущая, эта программа состоит из определения одной-единственной функции main. Она длиннее программы, печатающей "здравствуй, мир", но по сути не сложнее. На ней мы продемонстрируем несколько новых возможностей, включая комментарий, объявления, переменные, арифметические выражения, циклы и форматный вывод.

#include ‹stdio.h›
/* печать таблицы температур по Фаренгейту
и Цельсию для fahr = 0, 20,…, 300 */
main()
{
 int fahr, celsius;
 int lower, upper, step;
 lower = 0; /* нижняя граница таблицы температур */
 upper = 300; /* верхняя граница */
 step = 20; /* шаг */
 fahr = lower;
 while (fahr ‹= upper) {
  celsius = 5 * (fahr-32) / 9;
  printf("%dt%dn", fahr, celsius);
  fahr = fahr + step;
 }
}

Две строки:

/* печать таблицы температур по Фаренгейту
и Цельсию для fahr = 0, 20,… 300 */

являются комментарием, который в данном случае кратко объясняет, что делает программа. Все символы, помещенные между /* и */, игнорируются компилятором, и этим можно свободно пользоваться, чтобы сделать программу более понятной. Комментарий можно располагать в любом месте, где могут стоять символы пробела, табуляции или символ новой строки.

В Си любая переменная должна быть объявлена раньше, чем она будет использована; обычно все переменные объявляются в начале функции перед первой исполняемой инструкцией. В объявлении описываются свойства переменных. Оно состоит из названия типа и списка переменных, например:

int fahr, celsius;
int lower, upper, step;

Тип int означает, что значения перечисленных переменных есть целые, в отличие от него тип float указывает на значения с плавающей точкой, т. е. на числа, которые могут иметь дробную часть. Диапазоны значений обоих типов зависят от используемой машины.

Числа типа int бывают как 16-разрядные (лежат в диапазоне от -32768 до 32767), так и 32-разрядные. Числа типа float обычно представляются 32-разрядными словами, имеющими по крайней мере 6 десятичных значащих цифр (лежат приблизительно в диапазоне от 10^-38 до 10⁺³⁸.

Помимо int и float в Си имеется еще несколько базовых типов для данных, это:

char - символ-единичный байт;

short - короткое целое;

long - длинное целое;

double - с плавающей точкой с двойной точностью.

Размеры объектов указанных типов также зависят от машины. Из базовых типов можно создавать: массивы, структуры и объединения, указатели на объекты базовых типов и функции, возвращающие значения этих типов в качестве результата. Обо всем этом мы расскажем позже.

Вычисления в программе преобразования температур начинаются с инструкций присваивания.

lower = 0;
upper = 300;
step = 20;
fahr = lower;

которые устанавливают указанные в них переменные в начальные значения. Любая инструкция заканчивается точкой с запятой.

Все строки таблицы вычисляются одним и тем же способом, поэтому мы воспользуемся циклом, повторяющим это вычисление для каждой строки. Необходимые действия выполнит цикл while:

while(fahr ‹= upper) {
 …
}

Он работает следующим образом. Проверяется условие в скобках. Если оно истинно (значение fahr меньше или равно значению upper), то выполняется тело цикла (три инструкции, заключенные в фигурные скобки). Затем опять проверяется условие, и если оно истинно, то тело цикла выполняется снова. Когда условие становится ложным (fahr превысило upper), цикл завершается, и вычисления продолжаются с инструкции, следующей за циклом. Поскольку никаких инструкций за циклом нет, программа завершает работу.

Телом цикла while может быть одна или несколько инструкций, заключенных в фигурные скобки, как в программе преобразования температур, или одна-единственная инструкция без скобок, как в цикле

(while i ‹ j)
 i = 2 * i;

И в том и в другом случае инструкции, находящиеся под управлением while, мы будем записывать со сдвигом, равным одной позиции табуляции, которая в программе указывается четырьмя пробелами; благодаря этому будут ясно видны инструкции, расположенные внутри цикла. Отступы подчеркивают логическую структуру программы. Си-компилятор не обращает внимания на внешнее оформление программы, но наличие в нужных местах отступов и пробелов существенно влияет на то, насколько легко она будет восприниматься человеком при просмотре. Чтобы лучше была видна логическая структура выражения, мы рекомендуем на каждой строке писать только по одной инструкции и с обеих сторон от операторов ставить пробелы. Положение скобок не так важно, хотя существуют различные точки зрения на этот счет. Мы остановились на одном из нескольких распространенных стилей их применения. Выберите тот, который больше всего вам нравится, и строго ему следуйте.

Большая часть вычислений выполняется в теле цикла. Температура по Фаренгейту переводится в температуру по Цельсию и присваивается переменной celsius посредством инструкции

celsius = 5 * (fahr-32) / 9;

Причина, по которой мы сначала умножаем на 5 и затем делим на 9, а не сразу умножаем на 5/9, связана с тем, что в Си, как и во многих других языках, деление целых сопровождается отбрасыванием, т. е. потерей дробной части. Так как 5 и 9 - целые, отбрасывание в 5/9 дало бы нуль, и на месте температур по Цельсию были бы напечатаны нули.

Этот пример прибавил нам еще немного знаний о том, как работает функция printf. Функция printf - это универсальная функция форматного ввода-вывода, которая будет подробно описана в главе 7. Ее первый аргумент - строка символов, в которой каждый символ % соответствует одному из последующих аргументов (второму, третьему, …), а информация, расположенная за символом %, указывает на вид, в котором выводится каждый из этих аргументов. Например, %d специфицирует выдачу аргумента в виде целого десятичного числа, и инструкция

printf("%dt%dn", fahr, celsius);

печатает целое fahr, выполняет табуляцию (t) и печатает целое celsius.

В функции printf каждому спецификатору первого аргумента (конструкции, начинающейся с %) соответствует второй аргумент, третий аргумент и т. д. Спецификаторы и соответствующие им аргументы должны быть согласованы по количеству и типам: в противном случае напечатано будет не то, что нужно.

Кстати, printf не является частью языка Си, и вообще в языке нет никаких специальных конструкций, определяющих ввод-вывод. Функция printf - лишь полезная функция стандартной библиотеки, которая обычно доступна для Си-программ. Поведение функции printf, однако, оговорено стандартом ANSI, и ее свойства должны быть одинаковыми во всех Си-системах, удовлетворяющих требованиям стандарта.

Желая сконцентрировать ваше внимание на самом Си, мы не будем много говорить о вводе-выводе до главы 7. В частности, мы отложим разговор о форматном вводе. Если вам потребуется ввести числа, советуем прочитать в параграфе 7.4 то, что касается функции scanf. Эта функция отличается от printf лишь тем, что она вводит данные, а не выводит.

Существуют еще две проблемы, связанные с программой преобразования температур. Одна из них (более простая) состоит в том, что выводимый результат выглядит несколько неряшливо, поскольку числа не выровнены по правой позиции колонок. Это легко исправить, добавив в каждый из спецификаторов формата %d указание о ширине поля; при этом программа будет печатать числа, прижимая их к правому краю указанных полей. Например, мы можем написать

printf("%3d%6dn", fahr, celsius);

чтобы в каждой строке первое число печатать в поле из трех позиций, а второе - из шести. В результате будет напечатано:

  0   -17
 20    -6
 40     4
 60    15
 80    26
100    37

Вторая, более серьезная проблема связана с тем, что мы пользуемся целочисленной арифметикой и поэтому не совсем точно вычисляем температуры по шкале Цельсия. Например, 0°F на самом деле (с точностью до десятой) равно -17.8°С, а не -17. Чтобы получить более точные значения температур, нам надо пользоваться не целочисленной арифметикой, а арифметикой с плавающей точкой. Это потребует некоторых изменений в программе.

#include ‹stdio.h›
/* печать таблицы температур по Фаренгейту и Цельсию для
fahr = 0, 20,…, 300; вариант с плавающей точкой */
main()
{
 float fahr, celsius;
 int lower, upper, step;
 lower = 0; /* нижняя граница таблицы температур */
 upper = 300; /* верхняя граница */
 step = 20; /* шаг */
 fahr = lower;
 while (fahr ‹= upper) {
  celsius = (5.0/9.0) * (fahr-32.0);
  printf("%3.0f %6.1fn", fahr, celsius);
  fahr = fahr + step;
 }
}

Программа мало изменилась. Она отличается от предыдущей лишь тем, что fahr и celsius объявлены как float, а формула преобразования написана в более естественном виде. В предыдущем варианте нельзя было писать 5/9, так как целочисленное деление в результате обрезания дало бы нуль. Десятичная точка в константе указывает на то, что последняя рассматривается как число с плавающей точкой, и 5.0/9.0, таким образом, есть частное от деления двух значений с плавающей точкой, которое не предполагает отбрасывания дробной части. В том случае, когда арифметическая операция имеет целые операнды, она выполняется по правилам целочисленной арифметики. Если же один операнд с плавающей точкой, а другой - целый, то перед тем, как операция будет выполнена, последний будет преобразован в число с плавающей точкой. Если бы мы написали fahr-32 то 32 автоматически было бы преобразовано в число с плавающей точкой. Тем не менее при записи констант с плавающей точкой мы всегда используем десятичную точку, причем даже в тех случаях, когда константы на самом деле имеют целые значения. Это делается для того, чтобы обратить внимание читающего программу на их природу.

Более подробно правила, определяющие, в каких случаях целые переводятся в числа с плавающей точкой, рассматриваются в главе 2. А сейчас заметим, что присваивание

fahr=lower;

и проверка

while(fahr ‹= upper)

работают естественным образом, т. е. перед выполнением операции значение int приводится к float.

Спецификация %3.0f в printf определяет печать числа с плавающей точкой (в данном случае числа fahr) в поле шириной не более трех позиций без десятичной точки и дробной части. Спецификация %6.1f описывает печать другого числа (celsius) в поле из шести позиций с одной цифрой после десятичной точки. Напечатано будет следующее:

  0  -17.8
 20   -6.7
 40    4.4

Ширину и точность можно не задавать; %6f означает, что число будет занимать не более шести позиций; %.2f - число имеет две цифры после десятичной точки, но ширина не ограничена; %f просто указывает на печать числа с плавающей точкой.

%d - печать десятичного целого.

%6d - печать десятичного целого в поле из шести позиций.

%f - печать числа с плавающей точкой.

%6f - печать числа с плавающей точкой в поле из шести позиций.

%.2f - печать числа с плавающей точкой с двумя цифрами после десятичной точки.

%6.2f - печать числа с плавающей точкой и двумя цифрами после десятичной точки в поле из шести позиций.

Кроме того, printf допускает следующие спецификаторы: %o для восьмеричного числа; %x для шестнадцатеричного числа; %c для символа; %s для строки символов и %% для самого %.

Упражнение 1.3. Усовершенствуйте программу преобразования температур таким образом, чтобы над таблицей она печатала заголовок.

Упражнение 1.4. Напишите программу, которая будет печатать таблицу соответствия температур по Цельсию температурам по Фаренгейту.

Оглавление книги