8. Циклы и другие управляющие средства

ЦИКЛЫ
ВЛОЖЕННЫЕ ЦИКЛЫ
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПЕРЕХОДОВ В ПРОГРАММЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИКЛОВ ПРИ РАБОТЕ С МАССИВАМИ

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
whilе, do, for, break, continue, goto

ОПЕРАЦИИ
+=   -=   *=   /=   %=

     При усложнении решаемых задач ход выполнения программ становится более запутанным. Чтобы иметь возможность управлять процессом выполнения программ и его организацией, вам попадаютя структуры и некоторые специальные операторы. Язык предоставляет эффективные средства реализации таких требований. Мы уже смогли убедиться в чрезвычайной ценности цикла if в том случае, когда необходимо повторить некоторую операцию несколько раз. В языке Си, кроме того, реализовано еще два вида циклов: цикл for и цикл do ... while. В данной главе рассматриваются принципы работы управляющих структур и даются рекомендации, каким образом лучше всего применять каждую из них. Обсудим операторы break, continue, goto и операцию "запятая" все они могут использоваться для управления ходом выполнения программы. Кроме того, мы расскажем вам еще немного о свойствах, которые часто используются вместе с циклами.

ЦИКЛ while

Далее   Содержание

     В предшествующих главах мы интенсивно пользовались этой формой цикла, сейчас же хотим рассмотреть его работу в случае простой, возможно, даже примитивной программы, угадывающей число.

/* угадывание числа1 */
/* неэффективный способ угадывания */
#inlude 
main( )
{
int guess = 1;
char response;
printf(" Задумайте целое число от 1 до 100. Я попробую угадать");
printf(" его.\n Отвечайте д, если моя догадка правильна и");
printf(" \n н, если я ошибаюсь. \n");
рintf("Итак ... ваше число %d?\n" , guess);
while((response = getchar( )) != 'д') /* получение ответа*/
    if (response != ' \n') /* пропуск символа "новая  строка" */
        printf(" Ну, тогда оно равно %d?\n", ++guess);
printf(" Я знала, что смогу сделать это!\n");
}

     Обратите внимание на логику программы. Если вы отвечаете д, в программе осуществляется выход из цикла и переход на завершающий оператор печати. Программа просит вас отвечать и в случае, если ее догадка неверна, но фактически любой ответ, отличный от символа д, приводит к тому, что программа входит в цикл. Однако если введен символ "новая строка", то при данном прохождении тела цикла никаких операций не производится. Получение другого символа приводит к очередной попытке угадывания целого числа. (Что произошло бы в случае использования операции guess++ вместо операции ++guess?).

     Строка if(response ! = '\n') позволяет программе игнорировать поступление постороннего символа "новая строка", когда вы нажмете клавишу [ввод].

     В этом случае тело цикла while не нужно заключать в фигурные скобки, поскольку оператор if, хотя он и занимает две строки в программе, рассматривается как один оператор.

     Вы, по-видимому, уже заметили, что это довольно "тупая" программа. Она написана правильно и решает поставленную задачу, но делает это крайне неэффективно. Данный пример показывает нам, что правильность написания - не единственный критерий, по которому необходимо оценивать программу. При этом очень важна ее эффективность. Мы вернемся к данной программе несколько позже и попытаемся ее немного улучшить.

     В общем виде цикл while записывается так:

while(выражение)   оператор

     В наших примерах в качестве выражении использовались условные выражения, но, вообще говоря, это могут быть выражения произвольного типа. В качестве оператора можно использовать простой оператор с символом "точка с запятой" в конце или составной oпeратор, заключенный в фигурные скобки. Если выражение истинно (т.е в общем случае не равно нулю), то оператор, входящий в цикл while выполняется один раз, а затем выражение проверяется снова, а последовательность действий, состоящая из проверки и выполнения оператора, периодически повторяется до тех пор, пока выражение не станет ложным (или в общем случае равным нулю). Такой шаг называется "итерация". Данная структура аналогична структуре оператора if. Основное отличие заключается в том, что в операторе if проверка условия и (возможное) выполнение оператора осуществляется только один раз, а в цикле while эти действия производятся, вообще говоря, неоднократно.

РИС. 8.1. Структура цикла while.

Завершение цикла while

Далее   Содержание

     Мы подошли к самому существенному моменту рассмотрения циклов while. При построении цикла while вы должны включить в него какие-то конструкции, изменяющие величину проверяемого выражения так, чтобы в конце концов оно стало ложным. В противном случае выполнение цикла никогда не завершится. Рассмотрим следующий пример:

index = 1;
while(index < 5)
printf("Доброе утро!\n");

     Данный фрагмент программы печатает это радостное сообщение бесконечное число раз, поскольку в цикле отсутствуют конструкции, изменяющие величину переменной index, которой было присвоено значение 1.

index = 1;
while(--index < 5)
printf("Как колеблются старые атомы!\n");

     И этот фрагмент программы работает ненамного лучше. Значение переменной index в нем изменяется, но в "неправильном" направлении! Единственным утешением здесь служит тот факт, что выполнение данного куска программы в конце концов завершится. Это произойдет, когда величина переменной index станет меньше наименьшего отрицательного числа, допустимого в системе.

     Цикл while является "условным" циклом, использующим предусловие (т.е. условие на входе). Он называется условным, потому что выполнение оператора зависит от истинности условия, описываемого с помощью выражения. Действительно ли значение переменной index меньше 5? Является ли последний введенный символ признаком EOF? Подобное выражение задает предусловие, поскольку выполнение этого условия должно быть проверено перед началом выполнения тела цикла. В ситуации, аналогичной приведенной ниже, тело цикла не выполнится ни разу, потому что используемое условие с самого начала является ложным.

index = 10;
while(index++ < 5)
printf(" Желаю хорошо провести день.\n");

index = 3;

     А теперь вернемся к нашей "тупоумной" программе, угадывающей число. Недостаток этой программы кроется не в программировании самом по себе, а в "алгоритме", т.е. методе, используемом для отгадывания числа. Этот метод можно описать следующим образом: попросите пользователя задумать число компьютер начинает угадывание с 1 до тех пор пока догадка неверна, предлагаемое значение увеличивается на 1.

     Эта запись, между прочим, служит примером "псевдокода" представляющего собой способ выражения смысла программ на разговорном языке и являющегося некоторым аналогом языка машины. Псевдокод очень эффективен при разработке логики программы. После того как логика покажется вам правильной, вы можете обратить основное внимание на детали перевода псевдокода на реальный язык программирования. Преимущество использования псевдокода состоит в том, что он позволяет сконцентрироваться на логике и структуре программы, не заботясь пока о способе перевода этих идей на язык машины. Если мы хотим улучшить программу, нам в первую очередь необходимо улучшить алгоритм. Один из методов заключается в том, чтобы выбрать число где-нибудь посередине между 1 и 100 (50 нам вполне подходит) и попросить пользователя ответить больше ли это число задуманного, меньше его или равно ему. Если он сообщает, что данное число слишком велико, то тем самым из рассмотрения немедленно исключаются все числа между 50 и 100. Следующей догадкой программы является число, выбранное где-то посередине между 1 и 49. И снова ответ на вопрос, велико или мало это число, позволит исключить из рассмотрения половину оставшихся возможных чисел; программа продолжает указанный процесс, быстро сужая поле поиска до тех пор, пока задуманное число не будет угадано. Давайте запишем эти логические рассужденя на псевдокоде. Пусть highest - максимально возможная величина отгадываемого числа, a lowest - его минимально возможное значение. Вначале этими величинами будут соответственно 100 и 1, поэтому алгоритм запишется следующим образом:

установить highest равным 100
установить lowest равным 1
попросить пользователя задумать число
предложенное значение (guess) равно (highest + lowest)/2
пока догадка неверна, делать следующее:
     {если предложенное значение велико, установить highest равным этому предложенному значению минус 1
если предложенное значение мало, установить lowest равным этому предложенному значению плюс 1
новое предложенное значение равно (highest + lowest)/2 }

     Обратите внимание на логику алгоритма: если предложенное значение, равное 50, велико, то максимально возможная величина задуманного числа будет равна 49. Если же значение 50 мало, то минимально возможная величина числа будет равна 51.

     Сейчас мы переведем текст, указанный выше, на язык Си. Полученная программа представлена на рис. 8.2.

/* угадывание числа2 */
/* более эффективный способ угадывания*/
#include 
#define HIGH 100
#define LOW 1
main( )
{
int guess = (HIGH + LOW)/2;
int highest = HIGH;
int lowest = LOW;
char response;
printf(" Задумайте число от %d до %d. Я попробую", LOW, HIGH);
printf(" угадать eгo.\n Отвечайте д, если моя догадка правильна,");
printf(" б, если \n больше, и м, если");
printf(" меньше.\n");
printf(" Итак ... ваше число %d?\n" , guess);
while((response = getchar( )) != 'д')
{ if( response != '\n')
{
if (response == 'б')
{ /* уменьшение верхнего предела,
 eсли предложенное значение слишком велико */
 highest = guess - 1;
 guess = (highest + lowest)/2;
 printf(" Гм ... слишком велико. Ваше число %d?\n", guess); }
 else if(response == 'м')
{ /* увеличение нижнего предела,
если предложенное значение слишком мало*/
lowest = guess + 1;
guess = (highest + lowest)/2;
printf(" Гм ... слишком мало. Ваше число %d?\n" , guess); }
else
{ /* подводите пользователя к правильному ответу */
printf(" Я не понимаю; введите, пожалуйста, д,б");
printf ("или м.\n");
} }
printf("Я знала, что смогу сделать это!\n"); }

     Наличие в программе завершающей части else предоставляет пользователю дополнительную возможность правильно ответить на стандартный "отклик" программы. Заметим также, что мы использовали символические константы, чтобы сделать процесс изменения диапазона чисел достаточно простым. Работает ли данная программа? Ниже приводятся результаты этого прогона. Задуманное число - 71.

Задумайте число от 1 до 100. Я попробую угадать eгo
Отвечайте д, если моя догадка правильна б, если 
больше, и м, если меньше.
Итак ..., ваше число 50?

Я не понимаю: введите, пожалуйста, д,б или м.
м
Гм ... слишком мало. Ваше число 75?
б
Гм ... слишком велико. Ваше число 62?
м
Гм ... слишком мало. Ваше число 68?
м
Гм ... слишком мало. Ваше число 71?
д
Я знала, что смогу сделать это!

     Что может быть неправильного в этой программе? Мы реализовали в ней защиту от ошибок, вызванных тем, что пользователи могут указывать неверные символы, поэтому здесь не должно быть никаких проблем. Единственное, что может повлиять на правильность работы программы: если вы вместо м укажете б, или наоборот. К сожалению, не существует способа заставить пользователя говорить правду и не делать ошибок. Тем не менее, если вы заинтересованы в этом, можете предпринять некоторые шаги. (Например, если захотите поразить свою шестилетнюю племянницу.) Во-первых, обратите внимание на то, что наш способ требует самое большее семи попыток для угадывания любого числа. (Каждая попытка уменьшает число возможностей наполовину. За семь попыток можно угадать любое число в диапазоне от 1 до 27- 1, или 127, что вполне достаточно для работы в диапазоне или 1 до 100.) Вы можете модифицировать программу так, чтобы она подсчитывала число попыток, и если окажется, что оно превышает 7, то тогда можно вывести на печать сообщение с выражением недовольства, а затем восстановить первоначальные значения переменных highest, lowest и счетчика. Дополнительные изменения, которые можно внести в программу, заключаются в такой модификации операторов if, в результате которой допускался бы ввод как прописных, так и строчных букв.


Резюме: оператор while

     Оператор while определяет операции, которые циклически выполняются до тех пор, пока проверяемое выражение не станет ложным, или равным нулю. Оператор while - это цикл с предусловием; решение, выполнять ли в очередной раз тело цикла, принимается перед началом его прохождения. Поэтому вполне возможно, тело цикла не будет выполнено ни разу. Оператор, образующий тело цикла, может быть либо простым, либо составным.

while(выражение) оператор

     Выполнение оператора циклически повторяется до тех пор, пока выражение не станет ложным, или равным нулю.


ПРИМЕРЫ

while(n++ < 100) printf(" %d %d \n",n, 2*n + 1);

while(fargo < 1000)
 { fargo = fargo + step;
   step = 2 * step;
 }

     В нашем последнем примере в цикле while используется "неопределенное " условие: мы не знаем заранее, сколько раз выполнится тело цикла перед тем, как выражение станет ложным. Во многих наших предыдущих примерах, однако, циклы while использовались для подсчета числа выполнении тела цикла. Ниже приведен краткий пример¹⁾ , который содержит подсчитывающий цикл

main( )
{ int = 1;                      /* инициализация */ 
  while (count <= NUMBER)    /* проверка     */
    { printf(" Будь моим Валентином !\n");   /*действие */
      count++;                  /* увеличение счетчика */
    }
}

     Хотя цикл подобного типа прекрасно работает, это не лучший вариант его записи, поскольку операции, реализующие цикл, не собраны вместе. Рассмотрим этот вопрос более подробно. При организации цикла, когда его тело должно быть выполнено фиксиррованное число раз, осуществляются три операции: инициализация счетчика, сравнение его величины с некоторым граничным значением и увеличение значения счетчика при каждом прохождении тела цикла. Условное выражение, имеющееся в цикле while, берет на себя заботу о сравнении, а приращение значения счетчика осуществляется с помощью операции увеличения. Так же как это делалось раньше, можно объединить эти два действия в одно выражение, используя запись count++ <= NUMBER. Но инициализация счетчика осуществляется вне цикла, как, например, в нашем примере оператором count = 1;. При этом можно забыть о необходимости инициализации счетчика, а то, что может случиться, рано или поздно случается. Сейчас мы рассмотрим управляющий оператор, использование которого позволяет избежать этих проблем.

ЦИКЛ for

Далее   Содержание

     В цикле for все три вышеуказанных действия собраны вместе. Используя цикл for, фрагмент, приведенный выше, можно записать в виде одного оператора:

for(count = 1; count <= NUMBER; count++)
    printf(" Будь моим Валентином! \n ");

     В круглых скобках содержатся три выражения, разделенные символом "точка с запятой". Первое из них служит для инициализации счетчика. Она осуществляется только один раз - когда цикл for начинает выполняться. Второе выражение - для проверки условия; она производится перед каждым возможным выполнением тела цикла. Когда выражение становится ложным (или в общем случае равным нулю), цикл завершается. Третье выражение вычисляется в конце каждого выполнения тела цикла. Ранее мы использовали его для увеличения значения счетчика count, но, вообще говоря, его использование этим не ограничивается. За заголовком цикла for следует простой или составной оператор. Рис. 8.3 служит иллюстрацией структуры цикла for.

РИС. 8.3. Структура цикла for.

     Cейчас мы продемонстрируем, как цикл for используется в программе, печатающей таблицу кубов целых чисел:

/* таблица кубов */
main( )
{ int num;
  for(num=1;num<=6;num++)
    printf(" %5d %5d \n", num, num*num*num);
}

1
8
27
64
125
216

     Из первой строки цикла for мы сразу можем узнать всю информацию о параметрах цикла: начальное значание переменной num, конечное значение, а также насколько увеличивается значение переменной num при каждом выполнении тела цикла. Цикл for часто используется для реализации в программе временной задержки с целью согласования скорости реагирования (в даном случае замедления) машины с возможностями восприятия человека.

for(n=1; n<= 10000; n++)
;

     Этот цикл заставляет машину считать до 10000. Единственный символ "точка с запятой", расположенный во второй строке, интересует нас о том, что никаких других действий в этом цикле не производится. Такой уединенный символ "точка с запятой" можно представлять себе как "пустой" оператор, т. е. оператор, который не выполняет никаких действий.

Гибкость конструкции for

Далее   Содержание

     Хотя цикл for на первый взгляд очень похож на цикл DO в Фортране, цикл FOR в Паскале и цикл FOR ... NEXT в Бейсике, for в Си является гораздо более гибким средством, чем любой из упомянутых. Эта гибкость - следствие способа использования упомянутых выше трех выражений в спецификации цикла for. До сих пор первое выражение применялось для инициализации счетчика, второе - для задания его граничного значения, а третье - для увеличения его текущего значения на 1. Использованный таким образом оператор for в языке Си совершенно аналогичен упомянутым выше соответствующим операторам в других языках. Но, кроме описанной, существует еще и много других возможностей его применения, девять из которых мы приводим ниже.

     1. Можно применять операцию уменьшения для счета в порядке убывания вместо счета в порядке возрастания:

for(n = 10; n > 0; n--)
	printf(" %d секунд!\n", n);
 printf(" Пуск!\n");

     2. При желании вы можете вести счет двойками, десятками и т. д.

for (n = 2; n & 60; n = n + 13) 
printf(" %d\n", n);

В этом операторе значение переменной n будет увеличиваться на 13 при каждом выполнении тела цикла; будут напечатаны числа 2, 15, 28, 41 и 54.

Заметим, между прочим, что в языке Си имеется и другая сокращенная форма записи для увеличения переменной на фиксированную величину. Вместо выражения n = n + 13 можно воспользоваться записью n + = 13.

Знак += определяет "аддитивную операцию присваивания", в результате выполнения которой величина, стоящая справа, прибавляется к значению переменной, расположенной слева. Дополнительные детали, относящиеся к этой операции, приведены ниже.

     3. Можно вести подсчет с помощью символов, а не только чисел.

for(ch = 'а' ; ch <= 'z'; ch++)
    printf(" Величина кода ASCII для %с равна %d.\n" , ch, ch);

При выполнении этого оператора будут выведены на печать все буквы от а до z вместе с их кодами ASCII. Этот оператор "работает", поскольку символы в памяти машины размещаются в виде чисел и поэтому в данном фрагменте счет ведется на самом деле с использованием целых чисел.

     4.Можно проверить выполнение некоторого произвольного условия, отличного от условия, налагаемого на число итераций. В нашей программе таблица кубов вы могли бы заменить спецификацию

for(num = 1; num <= 6; num ++)

for(num = 1; num *num *num <= 216; num++)

Это было бы целесообразно в случае, если бы нас больше занимало ограничение максимального значения диапазона кубов чисел, а не количества итераций.

     5. Можно сделать так, чтобы значение некоторой величины возрастало в геометрической, а не в арифметической прогрессии, т. е. вместо прибавления фиксированного значения на каждом шаге цикла, выполнялось бы умножение:

for(debt = 100.0; debt < 150.0; debt = debt*l.l)
    printf(" Baш долг теперь $%.2f.\n", debt);

В этом фрагменте программы значение переменной debt умножается на 1.1 на каждом шаге цикла, что увеличивает ее на 10%. Результат выглядит следующим образом:

Ваш долг теперь $100.00
Ваш долг теперь $110.00
Ваш долг теперь $121.00
Ваш долг теперь $133.10
Ваш долг теперь $146.41 

Как вы уже смогли догадаться, для умножения debt на 1.1 также существует сокращенная запись. Мы могли бы использовать выражение

debt * = 1.1

для получения того же результата. Знак *= определяет "мультипликативную операцию присваивания", при выполнении которой значение переменной, расположенной слева, умножается на величину, стаящую справа. (См. пояснения ниже, на с. 226.)

     6. В качестве третьего выражения можно использовать любое правильно составленное выражение. Какое бы выражение вы ни указали, его значение будет меняться при каждой итерации.

for(x = 1; у <= 75; у = 5*х++ + 10);
    printf("%10d  %10d\n", x, у);

В этом фрагменте выводятся на печать значения переменной x и алгебраического выражения 5*х + 10. Результат будет выглядеть так:

1 55
2 60
3 65
4 70
5 75

Обратите внимание, что в спецификации цикла проверяется значение у, а не x. В каждом из трех выражений, управляющих работой цикла for, могут использоваться любые переменные.

Хотя этот пример и правилен, он не может служить иллюстрацией хорошего стиля программирования. Программа выглядела бы гораздо понятнее, если бы мы не смешали процесс изменения переменной цикла с алгебраическими вычислениями.

     7. Можно даже опустить одно или более выражений (но при этом нельзя опустить символы "точка с запятой"). Необходимо только включить в тело цикла несколько операторов, которые в конце концов приведут к завершению его работы.

ans = 2;
for (n = 3; ans <= 25;) ans = ans*n;

При выполнении этого цикла величина n останется равной 3. Значение переменной ans вначале будет равно 2, потом увеличится до 6, 18, а затем будет получена окончательная величина 54. (18 меньше 25, поэтому в цикле for выполняется еще одна итерация, и 18 умножается на 3, давая результат 54). Тело цикла

for(; ;)
    printf(" Я хочу сделать что-нибудь\n");

будет выполняться бесконечное число раз, поскольку пустое условие всегда считается истинным.

     8. Первое выражение не обязательно должно инициализировать переменную. Вместо этого, например, там мог бы стоять оператор printf( ) некоторого специального вида. Необходимо помнить только, что первое выражение вычисляется только один раз перед тем, как остальные части цикла начнут выполняться.

for(printf("Запоминайте введенные числа!\n"); num == 6;)
scanf(" %d", &num);
printf("Это как раз то, что я хочу!\n");

В этом фрагменте первое сообщение оказывается выведенным на печать один раз, а затем осуществляется прием вводимых чисел до тех пор, пока не помтупит число 6.

     9. Параметры, входящие в выражения, находящиеся в спецификации цикла, можно изменить при выполнении операций в теле цикла. Предположим, например, что у вас есть цикл со спецификацией следующего вида:

for(n = 1; n < 1000; n + = delta)

И если после нескольких итераций ваша программа решает, что величина параметра delta слишком мала или велика, оператор if внутри цикла может изменить значение параметра. В диалоговой программе пользователь может изменить этот параметр в процессе выполнения цикла.

Короче говоря, большая свобода выбора вида выражений, управляющих работой цикла for, позволяет с помощью этой конструкции делать гораздо больше, чем просто выполнять фиксированное число итераций. Возможности цикла for могут быть еще более расширены путем использования операций, которые мы вкратце обсудим ниже.


Резюме: оператор for

I. КЛЮЧЕВОЕ СЛОВО: FOR

II. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ:

     В операторе for используются три выражения, управляющие работой цикла; они разделены символами "точка с запятой". Инициализирующее выражение вычисляется только один раз до начала выполнения какого-нибудь из операторов цикла. Если проверяемое выражение оказывается истинным (или не равным нулю), тело цикла выполняется один раз. Затем вычисляется величина корректируемого выражения, и значение проверяемого выражения определяется вновь. Оператор for - это цикл с предусловием: решение, выполнить в очередной раз тело цикла или нет, принимается до начала его прохождения. Поэтому может случиться так, что тело цикла не будет выполнено ни разу. Оператор, образующий тело цикла, может быть как простым, так и составным.


III. ФОРМА ЗАПИСИ:

for(инициализация; проверка условия; коррекция)  оператор

for(n = 0; n < 10; n++)
printf(" %d %d\n", n, 2*n + 1);

Выше уже упоминалось о том, что в языке Си имеется несколько операций присваивания.
Важнейшей из них является, конечно, операция =, при использовании которой значение выражения справа от знака присваивается переменной слева от него. Остальные операции присваивания корректируют значения переменных В записи каждой из них имеются имя переменной, стоящее слева от знака операции, и выражение справа от него Переменной присваивается новое значение, равное старому, скорректированному с помощью величины выражения, стоящего справа. Результат зависит от используемой операции. Например: scores+= 20 то же самое, что scores = scores + 20, dimes -= 20 то же самое, что dimes = dimes - 2, bunnies *= 2 то же самое, что bunnies = bunnies * 2, time /= 2.73 то же самое, что time = time / 2.73, reduce %= 3 то же самое, что reduce = reduce % 3.

     Правые части здесь являются обыкновенными числами, но мы могли бы использовать и более сложные выражения

х*= 3*у + 12

х = х*(3*у + 12)

Этим операциям присваивания назначен тот же низкий приоритет, что и обычной операции =, т.е. меньший, чем операциям + или *. Это и отражено в последнем примере. Вам совершенно не обязательно использовать все эти формы. Однако они более компактны, и при трансляции обычно позволяют получить более эффективный машинный код, чем традиционная, более длинная запись. Они бывают особенно полезны в том случае, когда вы хотите поместить некоторое выражение в спецификацию цикла for.

Операция "запятая"

Далее   Содержание

     Операция "запятая" увеличивает гибкость использования цикла for, позволяя включать в его спецификацию несколько инициализирующих или корректирующих выражений. Например, ниже приводится программа, которая выводит на печать величины почтовых тарифов первого класса обслуживания. (Во время написания этой книги почтовые тарифы были такими: 20 центов за первую унцию и по 17 центов за каждую следующую.)

/* почтовые тарифы */
#define FIRST 20
#define NEXT 17
main( )
{
int ounces, cost;
printf(" унции стоимость \n");
for(ounces = 1, cost = FIRST; ounces <= 16; ounces++, cost+ = NEXT)
    printf(" %3d %7d\n" , ounces, cost);
}

Первые четыре строки результата работы программы будут выглядеть следующим образом:

унции 		стоимость
1		20
2		37
3		54

     Мы воспользовались операцией "запятая" в первом и третьих выражениях: в первом случае она позволяет инициализировать переменные ounces и cost; во втором - на каждой итерации увеличивать значение ounces на 1, а cost на 17 (величину константы NEXT). Все вычисления осуществляются в спецификации цикла for. Применение операции "запятая" не ограничено только циклами for но именно в них она используется особенно часто. Операция обладает одним дополнительным свойством: при ее использовании гарантируется, что выражения, к которым она применяется (т. е. выражения, разделенные запятой), будут вычисляться слева направо. Поэтому переменная ounces будет инициализирована до переменной cost. В данном примере это не имеет значения, но порядок инициализации мог бы оказаться существенным, если выражение, соответвующее cost, содержало бы переменную ounces. Символ "запятая" также используется как разделитель. Поэтому запятые в операторах: char ch, date;

РИС. 8.4. Операция "запятая" и цикл for

ИЛИ

printf(" %d  %d\n", chimps, chumps);

являются разделителями, а не знаками операции "запятая".



резюме: наши новые операции

I. ОПЕРАЦИЯ ПРИСВАИВАНИЯ

     Каждая из этих операций корректирует значение переменной слева от знака с помощью величины справа от него, в соответствии с указанной операцией. Ниже мы используем обозначение п.ч. для правой части, а л.ч. для левой части.

+=  прибавляет величину п.ч. к переменной л.ч.
-=  вычитает величину п.ч. из переменной л.ч.
*=  умножает неременную л.ч. на величину п.ч.
/=  делит переменную л.ч. на величину п.ч.
%=  дает остаток от деления переменной л.ч. на величину и.ч.

ПРИМЕР:

rabbits *= 1.6; то же самое, что и rabbits * 1.6;

II. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ:ОПЕРАЦИЯ "ЗАПЯТАЯ"

     Операция "запятая" связывает два выражения в одно и гарантирует, что самое левое выражение будет вычисляться первым. Обычно она используется для включения дополнительной информации в спецификацию цикла for.

Пример:

for(step == 2, fargo = 0; fargo < 1000; step *= 2)
    fargo + = step;

     Посмотрим, как с помощью операции "запятая" можно разрешить старый парадокс. Греческий философ Зенон утверждал, что пущенная стрела никогда не достигнет цели. Сначала, говорил он, стрела пролетит половину расстояния до цели. После этого ей останется пролететь половину всего расстояния, но сначала она должна будет пролететь половину того, что ей осталось пролететь, и т. д. до бесконечности. Поскольку расстояние полета разбито на бесконечное число частей, для достижения цели стреле может потребоваться бесконечное время. Мы сомневаемся, однако, что Зенон вызвался бы стать мишеныо для стрелы, полагаясь только на убедительность своего аргумента. Применим количественный подход и предположим, что за одну секунду полета стрела пролетает первую половину расстояния. Тогда за последующую 1/2 секунды она пролетит половину того, что осталось от половины, за 1/4 - половину того, что осталось после этого, и т д. Полное время полета представляется в виде суммы бесконечного ряда 1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 -1- ... . Мы можем написать короткую программу для нахождения суммы первых нескольких членов.

/* Зенон */
#define LIMIT 15
main ( )
{
int count;
float sum, x;
for(sum = 0.0, x = 1.0, count = 1; count <= LIMIT; count++, x *= 2.0)
{ sum + = 1.0/x;
  printf(" sum = %f когда count = %d.\n" , sum, count);
}
}

     В результате выполнения программы получим значения сумм, соответствующих первым 15 членам ряда:

sum = 1.000000 когда count = 1. 
sum = 1.500000 когда count = 2.
sum = 1.750000 когда count = 3.
sum = 1.875000 когда count = 4.
sum = 1.937500 когда count = 5.
sum = 1.968750 когда count = 6.
sum = 1.984375 когда count = 7.
sum = 1.992188 когда count = 8.
sum = 1.996094 когда count = 9.
sum = 1.998047 когда count = 10.
sum = 1.999023 когда count = 11.
sum = 1.999512 когда count = 12.
sum = 1.999756 когда count = 13.
sum = 1.999878 когда count = 14.
sum = 1.999939 когда count = 15.

     Можно видеть, что, хотя мы и добавляем новые члены, сумма, по-видимому, стремится к какому-то пределу. И действительно, математики показали, что при стремлении числа членов к бесконечности сумма ряда сходится к 2,0, что и демонстрируется нашей программой. Какая радость! Если бы Зенон оказался прав, движение было бы невозможно. (Но если бы движение было невозможно, то не было бы Зенона³⁾ ).

     Что можно сказать по поводу самой программы? В ней показано, что в одном выражении можно использовать более, чем одну операцию "запятая". В спецификации цикла мы инициализировали переменные sum, x и count. После задания условий выполнения цикла оставшаяся часть программы оказывается очень короткой.

ЦИКЛ С УСЛОВИЕМ НА ВЫХОДЕ: do while

Далее   Содержание

     Оба цикла, while и for, являются циклами с предусловиями. Проверка истинности условия осуществляется перед началом каждой итерации цикла. В языке Си имеется также конструкция цикла с постусловием (условием на выходе), где истинность условия проверяется после выполнения каждой итерации цикла. Этот подход реализуется с помощью цикла do while, который иллюстрируется следующим примером.

do
{
ch = getchar( );
putchar(ch);
} while(ch != ' \n')

Это сильно отличается от записи, например, такого вида

while((ch = getchar( )) != '\n') putchar(ch);

Различие начинается с того момента, когда прочитан символ "новая строка". Цикл while печатает все символы вплоть до появления первого символа "новая строка", а цикл do while - все символы вплоть до символа "новая строка" включительно. Только после печати этого символа в цикле производится проверка, является ли последний прочитанный символ символом "новая строка" В цикле while эти действия осуществляются перед проверкой истинности условия. В общем виде цикл do while записывается следующим образом:

do
оператор
while(выражение);

Такой оператор может быть как простым, так и составным.

РИС. 8.5. Структура цикла do while.

     Тело цикла do while всегда выполняется по крайней мере один раз, поскольку проверка осуществляется только после его завершения. Тело цикла for или while, возможно, не будет выполнено ни разу, поскольку проверка осуществляется перед началом его выполнения. Использовать цикл do while лучше всего в тех случаях когда должна быть выполнена по крайней мере одна итерация, к примеру, мы могли бы применить цикл do while в нашей программе угадывания числа. На псевдокоде алгоритм работы программы можно тогда записать следующим образом:

do
{
    выдвиньте предположение получите ответ вида д, б, или м } 
while(ответ не совпадает с д)

Вы должны избегать использования цикла do while, структура которого аналогична представленной ниже в записи на псевдокоде.

спросите пользователя, хочет ли он продолжать 
do
некоторый умный вздор
while(oтвет будет да)

     В данном случае, после того как пользователь ответит "нет", "некоторый умный вздор" будет выполнен, поскольку проверка осуществляется слишком поздно.


Резюме: оператор do while

I. Ключевые слова: do while

II. Общие замечания:

     Оператор do while определяет действия, которые циклически выполняются до тех пор, пока проверяемое выражение не станет ложным, или равным нулю. Оператор do while - это цикл с постусловием; решение, выполнять или нет в очередное раз тело цикла, принимается после его прохождения. Поэтому тело цикла будет выполнено по крайней мере один раз. Оператор, образующий тело цикла, может быть как простым, так и составным.

III. Форма записи

do оператор
while(выражение);

Выполнение оператора повторяется до тех пор, пока выражение не станет ложным, или равным нулю.

IV. Пример

do
	scanf(" %d" , amp;number);
while(number != 20);

     После того как вы решили, что вам необходимо использовать оператор цикла, возникает вопрос: циклом какого вида лучше всего воспользоваться? Во-первых, решите, нужен ли вам цикл с предусловием или же с постусловием. Чаще вам нужен будет цикл с предусловием. По оценкам Кернигана и Ритчи; в среднем циклы с постусловием (do while) составляют только 5% общего числа используемых циклов. Существует несколько причин, по которым программисты предпочитают пользоваться циклами с. предусловием; в их числе один общий принцип, согласно которому лучше посмотреть, куда вы прыгаете, до прыжка, а не после. Вторым моментом является то, что программу легче читать, если проверяемое условие находится в начале цикла. И наконец, во многих случаях важно, чтобы тело цикла игнорировалось полностью, если условие вначале не выполняется.

     Положим, вам необходимо использовать цикл с предусловием. Что лучше: цикл for или цикл while? Отчасти это дело вкуса, поскольку все, что вы можете сделать с помощью одного, вы можете сделать и с помощью другого. Для превращения цикла for в цикл while нужно опустить первое и третье выражения:

for(; проверка условия;) 

while(проверка условия)

Для превращения цикла while в цикл for необходимо предварительно осуществить инициализацию некоторых выбранных переменных и включить в тело цикла операторы, корректирующие их значения:

инициализация;
while (проверка условия)
{тело;
коррекция;}

for(инициализация; проверка условия, коррекция) тело;

     Исходя из соображений стиля программирования, применение цикла tor представляется более предпочтительным в случае, когда в цикле используется инициализация и коррекция переменной, а применение цикла while - в случае, когда этого нет. Поэтому использование цикла while вполне оправданно в случае

while((ch = getchar( )) != EOF)

Применение цикла for представляется более естественным в случаях, когда в циклах осуществляется счет прохождений с обновлением индекса:

for (count = 1; count <= 100; count++)

     Вложенным называется цикл, находящийся внутри другого цикла. В этом разделе рассматривается пример, в котором вложенные циклы используются для нахождения всех простых чисел, не превышающих данного значения. Простое число - это такое число, которое делится нацело только на 1 и само на себя. Первыми простыми числами будут 2, 3, 5, 7 и 11.

     Самый легкий способ узнать, является ли число простым, состоит в делении его на все числа между 1 и им самим. Если оно делится нацело на какое-нибудь число из этого ряда, то оно - не простое. Мы воспользуемся операцией деления по модулю (%) для проверки, выполнялось ли деление нацело. (Вы не забыли еще, конечно, операцию деления по модулю? Ее результатом является остаток от деления первого операнда на второй. Если одно число делится на другое нацело, результатом операции деления помодулю будет 0.) При обнаружении какого-нибудь одного делителя числа дальнейшие проверки потеряют смысл. Поэтому в программе процесс проверки данного числа завершается после того, как найден его делитель.
Начнем с программы, проверяющей делимость одного числа. В ней имеется всего один оператор цикла.

/* простое число1 */
main( )
{
int number, divisor;
printf(" О каком числе	вы	хотите знать, простое ли оно?\n");
scanf(" %d" , &number);	/* получение ответа */
while(number <2)	/* число отвергается */
{	printf(" Извините, мы не принимаем чисел меньше 2.\n");
	printf(" Пожалуйста, попробуйте еще раз.\n");
	scanf(" %d" , &number);
}
for(divisor = 2; number % divisor != 0; divisor++)
	; /* проверка, простое число или нет,
	осуществляется внутри спецификации цикла */
if (divisor == number) /* выполняется после завершения цикла */
	printf(" %d - простое число.\n", number);
else printf(" %d - не простое число.\n", number);
}

     Мы воспользовались структурой цикла while, чтобы избежать ввода значений, которые могли бы привести к аварийному завершению программы.

     Обратите внимание, что все вычисления выполняются внутри спецификации цикла for. Величина переменной number последовательно делится на возрастающие значения делителей до тех пор, пока не произойдет деление нацело (т. е. number % divisor станет равным 0). Если первым делителем, который приведет к такому результату окажется само это число, то значение переменной number - простое число. В противном случае данное число будет иметь меньший делитель, и это приведет к тому, что цикл завершится раньше.

     Для нахождения всех простых чисел, меньших некоторой заданной величины, нам нужно будет заключить наш цикл for в некоторый другой цикл. На псевдокоде это будет выглядеть следующим образом:

для числа (number)=1 до верхнего предела limit проверять, является ли число простым

/* простые числа2 */
main( )
{
int number, divisor, limit;
int count = 0;

printf(" Укажите, пожалуйста, верхний предел для поиска простых чисел.\n");
printf(" Верхний предел должен быть 2 или больше.\n");
scanf(" %d", &limit);
while(limit < 2) /* вторая попытка, если ошибка при вводе */
{	printf(" Вы были невнимательны! Попробуйте еще раз. \n");
	scanf(" %d", &limit);}
printf(" Сейчас будут печататься простые числа!\n");
for(number = 2; number <= limit; number++) /* внешний цикл */
{  for(divisor =2; number % divisor != 0; divisor++)
	;
   if(divisor == number)
	{ printf(" %5d", number);
	  if(++count % 10 == 0)
		printf(" \n"); /* новая строка начинается
					через каждые 10 простых чисел */
	}
}
printf(" \n Вот и все!\n");
}

     Во внешнем цикле каждое число, начиная с 2 и кончая величиной limit, последовательно берется для проверки. Указанная проверка осуществляется во внутреннем цикле. Мы использовали переменную count для хранения счетчика получаемых простых чисел. При печати каждое одиннадцатое простое число мы начинаем с новой строки. Ниже приводится пример результатов, получаемых с помощью такой программы:

Укажите, пожалуйста, верхний предел для поиска простых чисел.
Верхний предел должен быть 2 или больше.
250
Сейчас будут печататься простые числа!
2    3    5    7    11   13   17   19	23   29
31   37   41   43   47   53   59   61	67   71
73   79   83   89   97   101  103  107	109  113
127  131  137  139  149  151  157  163	167  173
179  181  191  193  197  199  211  223	227  229   233  239  241
Вот и все!

Этот способ решения довольно прост, но он не является самым эффективным. Например, если вы хотите узнать, является ли число 121 простым или нет, нет необходимости проверять, существуют ли у него делители, превышающие 11. Дело в том, что если у данного числа существует делитель, больший 11, то результатом деления будет число, меньшее 11; тогда этот делитель был бы обнаружен раньше. Поэтому требуется проверять только делители, не превышающие величину квадратного корня из числа, но в данном случае программа будет несколько сложнее. Мы оставляем ее в качестве упражнения любознательному читателю. (Указание: вместо того чтобы сравнивать делитель с величиной квадратного корня из числа, сравнивайте квадрат делителя с самим числом.)

ДРУГИЕ УПРАВЛЯЮЩИЕ ОПЕРАТОРЫ: break, continue, goto

Далее   Содержание

     Операторы, определяющие циклические вычисления, которые только что обсуждались, и условные операторы (if, if-else, switch) являются важнейшими средствами управления выполнением программы на языке Си. Они должны использоваться для реализации общей структуры программы. Три оператора, рассматриваемые ниже, обычно применяются реже, поскольку слишком частое их использование ухудшает читаемость программы, увеличивает вероятность ошибок и затрудняет ее модификацию.


break:

     Важнейшим из этих трех управляющих операторов является оператор break, который уже встречался нам при изучении оператора switch. Он может использоваться в операторе switch, где часто это просто необходимо, а также в циклах любого из трех типов. Когда в ходе выполнения программы встречается указанный оператор, его выполнение приводит к выходу из конструкций switch, for, while или do while, в которых он содержится, и переходу к следующему оператору программы. Если оператор break находится внутри некоторой совокупности вложенных структур, его действие распространяется только на самую внутреннюю структуру, в которой он непосредственно содержится.

     Бывает, что break используется для выхода из цикла в тех случаях, когда заданы два разных условия прекращения его работы. Ниже приводится цикл, реализующий эхо-печать символов и завершающийся при чтении либо признака EOF, либо символа "новая строка":

while((ch = getchar( ))!= EOF)
{
	if(ch == '\n') break;
	putchar(ch);
}

     Мы сделаем логику этою фрагмента программы более понятной, если объединим обе проверки в одном выражении:

while((ch = getchar( )) != EOF && ch != '\n') putchar(ch);

     Этот оператор может использоваться во всех трех типах циклов, но не в операторе switch. Как и в случае оператора break, он приводит к изменению характера выполнения программы. Однако вместо завершения работы цикла наличие оператора continue вызывает пропуск "оставшейся" части итерации и переход к началу следующей. Заменим оператор break в последнем фрагменте на continue:

while((ch = getchar( ))!==EOF)
{ if(ch == '\n')
	continue;
  putchar(ch); }

     В версии, использующей оператор break, работа цикла полностью прекращается, как только при вводе встречается символ "новая строка". В версии с оператором continue просто пропускаются символы "новая строка", а выход из цикла происходит, только когда читается признак EOF.
Этот фрагмент, конечно, более компактно можно записать следующим образом:

while((ch=getchar( ))!= EOF)
	 if(ch != '\n') putchar(ch);

     Очень часто, так же как и в данном случае, изменение условия в операторе if на обратное позволяет исключить необходимость введения в цикл оператора continue.

     С другой стороны, оператор continue помогает иногда сократить некоторые программы, особенно если они включают в себя вложенные операторы if else.


goto:

     Оператор goto - одно из важнейших средств Бейсика и Фортрана - также реализован и в Си. Однако на этом языке в отличие от двух других можно программировать, совершенно не используя указанное средство. Керниган и Ритчи считают оператор goto "чрезвычайно плохим" средством и предлагают "применять его как можно реже или не применять совсем".

     Сначала мы покажем, как его использовать, а затем объясним, почему этого нe нужно делать.

Оператор goto состоит из двух частей - ключевого слова goto и имени метки. Имена меток образуются по тем же правилам, что и имена переменных. Приведем пример записи оператора

goto pait2;

Чтобы этот оператор выполнился правильно, необходимо наличие другого оператора, имеющего метку part2; в этом случае запись оператора начинается с метки, за которой следует двоеточие.

part2: printf(" Уточненный анализ:\n");

     В принципе вы никогда не обязаны пользоваться оператором goto при программировании на Си. Но если ваш предыдущий опыт связан с работой на Фортране или Бейсике, в каждом из которых требуется его использовать, то у вас могли выработаться навыки программирования, основанные на применении данного оператора. Чтобы помочь вам преодолеть эту привычку, ниже вкратце приводится несколько знакомых вам ситуации, реализуемых с помощью goto, а затем показывается, как это можно осуществить другими средствами, в большей степени соответствующими духу языка Си.

1. Работа в ситуации, когда в операторе if требуется выполнить более одного оператора:

if(size > 12)
goto a;
goto b;
a: cost = cost * 1.05;
flag = 2;
b: bill = cost * flag;

(В стандартных Бейсике и Фортране только один оператор, непосредственно следующий за if-условием, считается относящимся к оператору if. Мы выразим это с помощью эквивалентного фрагмента на Си.)

Обычный подход, применяемый в языке Си и заключающийся в использовании составного оператора, или блока, упрощает понимание смысла программы:

if(size > 12);
{ cost = cost * 1.05;
	flag = 2; }
bill = cost * flag;

2. Осуществление выбора из двух вариантов:

if(size > 14) goto a;
sheds = 2;
goto b;
a: sheds = 3;
b: help = 2 * sheds;

Наличие в языке Си структуры if-else позволяет реализовать такой выбор более наглядно:

if(ibex > 14)
	sheds = 3;
else
	sheds = 2;
help = 2 * sheds;

3. Реализация бесконечного цикла:

readin: scanf(" %d", &score);
if(score < 0) goto stagc2;
большое количество операторов;
goto readin:
stagc2: дополнительная чепуха;
}

scanf(" %d", &score);
whilet(score >= 0)
{ большое количество операторов;
  scanf("%d", &score);
}
дополнительная чепуха;

4. Пропуск операторов до конца тела цикла: используйте оператор continue.

5. Выход из цикла: используйте оператор break. Фактически break и continue являются специальными формами оператора goto. Преимущество их использования заключается в том, что, во-первых, названия этих операторов говорят об осуществляемых ими функциях, а во-вторых, поскольку они нe используют меток, отсутствует опасность пометить не тот оператор программы.

6. Выполнение переходов к различным частям программы непредсказуемым образом: так программировать нельзя!

Существует один случай, когда использование оператора goto допускается опытными программистами, работающими на языке Си,- это выход из вложенного набора циклов при обнаружении каких-то ошибок. (Применение оператора break даст возможность осуществить выход только из самого внутреннего цикла.)

while(funct > 0)
{ for(i = 1; i < 100; i++)
	{ for(j = 1; j<= 50; j++)
		{ большое число операторов;
		  if(большая ошибка)
            goto help;
          операторы;  }
	  еще некоторое количество операторов;  }
   и еще некоторое количество операторов;  }
и еще операторы;
help: устранение ошибки;

Как вы можете заметить из наших примеров, альтернативные формы представления программ более понятны, чем формы, использующие оператор goto. Эти различия станут еще большими, если вы объедините некоторые из рассмотренных случаев. Какие операторы goto используются при реализации операторов if, какие моделируют конструкции if-else, какие управляют работой циклов, а какие появляются лишь потому, что пользователь написал программу так, что не может без них обойтись? Чрезмерное увеличение оператором goto приводит к созданию лабиринта в логике программы. Дадим вам совет: если вы совсем не знакомы с оператором goto, то не применяйте его вовсе; если вы привыкли пользоваться им, попытайтесь отучить себя от этого. Ирония заключается в том, что в языке Си, который вовсе не нуждается в операторе goto, его структура оказывается лучшей, чем в большинстве других языков программирования, поскольку в качестве меток можно использовать смысловые имена, а не числа.


Резюме: переходы в программах

I. Ключевые слова: break, continue, goto

II. Общие замечания

     Выполнение каждого из этих трех операторов языка вызывает скачкообразное изменение процесса выполнения программы, т. е. переход от одной команды программы к другой (не следующий за ней непосредственно).

III. break

     Оператор break можно использовать внутри любой из трех форм цикла и конструкции switch. Его выполнение приводит к тому, что управление программой, минуя оставшуюся часть тела цикла или конструкцию switch, содержащую данный оператор, передается на следующую (за этим циклом или за конструкцией switch) команду.

Пример:

switch(number)
{ case 4: printf(" Это хороший выбор.\n");
  break;
  case 5: printf(" Это неплохой выбор.\n");
  break;
  default: рrintf(" Это плохой выбор.\n");
}

     Оператор continue может использоваться в любой из трех форм циклов, но нe в операторе switch. Его выполнение приводит к такому изменению логики программы, что остальные операторы тела цикла пропускаются. Для циклов while или for вслед за этим начинается новый шаг, а для цикла do while проверяется условие на выходе, и затем, если оно оказывается истинным, выполняется следующая итерация.

Пример

while((ch = gctchar( ))!= EOF)
{ if(ch == ' ') continue;
  putchar(ch);
  chcount++; }

В этом фрагменте осуществляется эхо-печать читаемых символов и подсчитывается число символов, отличных от пробела.

V. goto

     Выполнение оператора goto вызывает передачу управления в программе оператору, помеченному указанной меткой. Для отделения оператора от соответствующей ему метки используется двоеточие. Имена меток образуются но тем же правилам, что и имена переменных. Помеченный оператор может появиться в программе текстуально до или после goto.

Форма:

goto метка;
...
метка: оператор

toр : ch  = getchar( );
...
if (ch !=  'y')
goto top;

МАССИВЫ

Далее   Содержание

     Массивы являются важнейшим средством языка, применяемым во многих программах. Их использование позволяет удобным способом размещать в памяти большое количество необходимой информации. Позже мы посвятим массивам целую главу, но, поскольку они очень тесно связаны с циклами, мы хотим начать их использовать уже сейчас.

     Массив - это набор переменных, имеющих одно и то же базовое имя и отличающихся одна от другой числовым признаком. Например, с помощью описания

float debts [20];

объявляется, что debts - массив, состоящий из двадцати членов, или "элементов". Первый элемент массива называется debts[0], второй - debts[l], и т. д. вплоть до debts[19]. Заметим, что перечисление элементов массива начинается с 0, а не с 1. Поскольку мы объявили, что массив имеет тип float, каждому его элементу можно присвоить величину типа float. К примеру, можно писать так:

debts[5] = 32.54;
debts[6] = 1.2е+21;

int nannies[22];  /* масснв, содержащий 22 целых чнсла */
char alpha[26];   /* масснв, содержащий 26 символов */
long big[500];    /*массив, содержащий 500 целых чисел типа long */

     Раньше, например, мы говорили о строках, являющихся частным случаем массива типа char. (В общем массив типа char - это массив, элементами которого являются величины типа char. Строка - массив типа char, в котором нуль-символ '\0' используется для того, чтобы отмсчать конец строки.)

РИС. 8.6. Массивы символов и строки

     Числа, используемые для идентификации элементов массива, называются "подстрочными индексами" или просто "индексами". Индексами должны быть целые числа, и, как уже упоминалось, индексирование начинается с 0. Элеметы массива размешаются в памяти последовательно, друг за другом, как показано на рис. 8.6.

РИС. 8.7. Размещение в памяти массивов с элементамн типа char и int

     Существует огромное количество возможностей применения массивов. Ниже приводится сравнительно простой пример. Предположим, вы хотите написать программу, осуществляющую ввод 10 различных результатов спортивной игры, которые будут обрабатываться позже. Используя понятие массива, вы сможете избежать придумывания 10 различных имен переменных - по одной для каждого счета. Кроме того, для чтения данных вы можете воспользоваться циклом for:

/* ввод счета */
main( )
{
 int i, score[10];

 for (i = 0; i <= 9; i++)
	scanf(" %d", &a[i]); /* ввод десяти результатов */
 printf(" Введены следующие результаты :\n" );
 for (i = 0; i <= 9; i++)
	printf(" %5d", a[i]); /* проверка правильности ввода */
 printf("\n"); }

     В понятие хорошего стиля программирования входит эхо-печать только что введенных величин. Она даст уверенность, что в программе будут обрабатываться те данные, для которых она предназначена.

     Применяемый здесь способ гораздо более удобен, чем использование 10 различных операторов scanf() и 10 отдельных операторов printf() для ввода и проверки десяти результатов, определяющих число набранных очков. Цикл for обеспечивает очень простои и удобный способ использования индексов массивов.

     Какого типа операции могли бы мы выполнить над этими данными? Мы могли бы найти их среднее, величину стандартного отклонения (мы знаем даже, как это сделать) и максимальное значение счета, а также произвести их сортировку в некотором порядке. Займемся двумя простейшими задачами: нахождением среднего и максимального результатов.

     Чтобы вычислить среднее, мы можем добавить к нашей программе приведенный ниже фрагмент:

int sum, average;
for(i = 0, sum = 0; i <= 9; i++) /* две инициализации */
	sum + = a[i]; /* суммирование элементов массива */
average = sum/10;  /*классический метод усреднения */
printf(" Средний результат равен %d.\n", average);

     Для нахождения максимального результата к программе можно добавить следующий фрагмент:

int highest;
for(highest = а[0], i = 1; i <= 9; i++)
if(a[i] > highest) highest = a[i];
printf ("Максимальный результат равен %d.\n", highest);

     Здесь мы начинаем с того, что полагаем переменную highest равной величине а[0]. Затем производится сравнение значения highest с каждым элементом массива. Когда обнаруживается, что некоторая величина больше текущего значения переменной highest, ей присваивается эта новая большая величина.

     Теперь объединим все части программы. На псевдокоде алгоритм ее работы можно записать следующим образом:

ввод результатов.
эхо-печать результатов.
вычисление и печать среднего значения.
вычисление и печать максимального значения.

/* результаты */
#define NUM 10
main( )
{
int i, sum, average, highest, score [NUM];

printf(" Укажите 10 результатов. \n");
for(i = 0; i < NUM; i++)
	scanf(" %d" , &scorc[i]); /* ввод десяти результатов */
printf(" Введены следующие результаты:\n");
for(i = 0; i<NUM; i++)
	printf("%5d", score[i]);/* проверка правильности ввода */
printf("\n");
tor(i = 0, sum = 0; i < NUM; i++)
	sum + = score[i]; /* суммирование элементов массива */
average = sum/NUM; /* классический метод усреднения */
printf(" Средний результат равен %d.\n", average);
for(highest = score[0], i = 1; i < NUM; i++)
	if(score[i] > highest) /* какая из величин больше */
		highest = score[i];
printf(" Максимальный результат равен %d.\n", highest);
} 

Мы заменили число 10 символической константой и воспользовались тем, что выражения i <=(NUM-1) и i < NUM эквивалентны.

Давайте сначала посмотрим, как это программа работает, а затем сделаем несколько замечаний.

Укажите  10 результатов:
76  85  62  48  98  71  66  89  70  77
Введены следующие результаты:
76  85  62  48  98  71  66  89  70  77
Средний результат равен 74. Максимальный результат равен 98.

     Первый момент, который необходимо отметить, состоит в том, что мы использовали четыре различных цикла for. Вас может заинтересовать вопрос: является ли это на самом деле необходимым или мы можем некоторые из данных операций объединить в одном цикле? Такая возможность существует, и она позволила бы сделать программу более компактной. Однако мы побоялись следовать такому подходу (видите, какие мы впечатлительные люди!), поскольку это противоречит принципу модульности. Смысл, заключенный в данной фразе, состоит в том, что программа должна быть разбита на отдельные единицы, или "модули", причем каждый из них должен выполнять одну задачу. (Наша запись на псевдокоде отражает деление программы на четыре модуля.) Такое разбиение облегчает чтение текста программы. Возможно, еще более важным является то, что если отдельные части программы не перемешаны, ее коррекция или модификация упрощаются. Для этого необходимо только исключить из программы требуемый модуль, заменить его новым, а оставшуюся часть программы не изменять.

     Второй момент, на который необходимо обратить внимание, состоит в том, что не очень удобно иметь программу, которая обрабатывает ровно 10 чисел. Что произойдет, если кто-то выйдет из игры и будет получено только 9 результатов? Используя символическую константу для обозначения числа 10, мы упростили внесение изменении в программу, по все равно должны произвести ее компиляцию заново. Существуют ли для этого другие возможности? Мы рассмотрим их ниже.

ПРОБЛЕМА ВВОДА

Далее   Содержание

     Существует несколько способов последовательного ввода набора данных, скажем чисел. Мы обсудим здесь некоторые из них, переходя от менее удобных к более удобным.

     Вообще говоря, наименее удобный способ - это тот, который мы только что использовали; написание программы, допускающей ввод фиксированного числа элементов данных. (Такой способ, однако, прекрасно подходит для тех ситуаций, когда число входных данных никогда не изменяется.) Если число входных элементов данных изменяется, необходимо осуществить повторную компиляцию программы.

     Следующий шаг состоит в том, чтобы спросить у пользователя, сколько элементов данных будет введено. Так как размер массива в программе фиксирован, она должна проверить, не превышает ли величина, содержащаяся в ответе пользователя, размер массива. Затем пользователь может начать ввод данных. Тогда начало нашей программы можно переписать следующим образом:

printf(" Сколько элементов данных вы будете вводить ?\n");
scanf(" %d", &nbr);
while(nbr > NUM)
{
printf("Я смогу обрабатывать не больше %d  элементов; пожалуйста, укажите");
printf("меньшую величину.\n", NUM);
scanf("%d", &nbr); }  /* гарантирует,
что nbr <= NUM - максимального размера массива */
for(i = 0; i <nbr; i++)
	scanf("%d", &score[i]);

Мы можем продолжить движение в этом направлении, заменяя в каждом случае символическую константу NUM в программе (исключая наличие ее в директиве #define и в описании массива) переменной nbr. При таком способе различные операции будут выполняться только над теми элементами массива, в которые введены данные.

Недостатком указанного подхода является лежащее в его основе предположение, что пользователь не ошибается при подсчете элементов; если же при программировании полагаться на то, что пользователь всегда все делает правильно, программы оказываются ненадежными.

Это подводит нас к следующему методу, при котором в программе осуществляется подсчет количества вводимых чисел. После всего сказанного выше очевидно, что у компьютеров имеются для этого вес возможности. Основная проблема здесь состоит в том, как сообщить компьютеру о завершении ввода чисел. Один из методов - дать пользователю возможность вводить специальный признак, указывающий на конец ввода. Признак должен принадлежать к данным того же типа, что и остальные вводимые данные, так как он должен быть прочитан тем же оператором программы. Но при этом он должен отличаться от обычных данных. К примеру, если бы мы вводили результаты игры, чтобы узнать, кто набрал от 0 до 100 очков, мы не могли бы выбрать число 74 в качестве такого признака, потому что оно может соответствовать некоторому возможному результату. С другой стороны, например, число 999 или - 3 вполне могло бы подойти в качестве такого признака, поскольку оно не соответствует требуемому результату. Ниже приводится программа, являющаяся реализацией этого метода:

#define STOP 999 /* признак завершения ввода */
#define NUM 50
main( )
{
int i, count, temp, score [NUM];
printf(" Начните ввод результатов. Введите 999 для указания \n");
printf(" конца ввода. Максимальное число результатов, которое вы\n");
printf(" можете ввести.- это %d.\n", NUM);
count = 0;
scanf(" %d", &temp); /* ввод величины */
while(temp != STOP && count <= NUM) /* проверка наличия признака STOP */
{ /* и проверка, не произошло ли превышения размера массива */
score[count++] = temp;
/* запись величины в память и коррекция счетчика */
if(count < NUM + 1)
	scanf("%d", &temp); /* ввод очередного результата */
else
	printf("Я не могу принять больше данных.\n");
}
printf("Bы ввели %d результатов, а именно:\n", count);
for(i = 0; i < count; i++)
	printf("%5d\n", scorc[i]);
}

     Мы вводим данные во временную переменную temp и присваиваем ее значение соответствующему элементу массива только в том случае, если оно не является признаком конца ввода. Совершенно не обязательно реализовывать все именно так; мы просто считаем, что указанный способ делает процесс проверки несколько более наглядным.

     Обратите внимание на то, что проверяется выполнение двух условий: прочитан ли признак конца ввода и есть ли место в массиве для следующего числа. Если мы заполнили массив данными до того, как указали признак конца ввода, программа вежливо сообщает нам об этом и прекращает ввод данных.

     Заметьте также, что мы воспользовались постфиксной формой операции увеличения. Поэтому, когда значение count равно 0, элементу массива score[0] присваивается величина переменной temp, а затем count возрастает на 1. После каждой итерации цикла while величина счетчика count становится на единицу больше последнего использованного индекса массива. Это как раз то, что нам нужно, поскольку score[0] - первый элемент, score[20] - 2-й элемент и т. д. Когда работа цикла в программе завершается, значение count оказывается равным полному чиcлу прочитанных элементов данных. Затем величина count используется в качестве верхней границы числа итераций для последующих циклов.

     Этот алгоритм хорошо работает, пока у нас имеется запас таких чисел, которые никогда не будут вводиться как данные. Но что делать, если мы захотим иметь программу, допускающую ввод в качестве данных любых чисел, относящихся к некоторому определенному типу? В таком случае мы не сможем использовать ни одно из чисел как признак конца ввода.

     Мы столкнулись с аналогичной проблемой, когда искали подходящий символ для признака End-of-File. Тогда было принято решение использовать для ввода символов специальную функцию(getchar( )), которая при обращении к ней фактически возвращала величину типа int. Это позволяло функции читать "символ" EOF, который на самом деле не был обычным символом. В рассматриваемом нами примере полезной оказалась бы функция, которая осуществляла бы ввод целых чисел, могла бы, кроме того, читать данные не только целого типа, но и использовать их в качестве признака конца ввода.

     Мы можем одновременно и обрадовать и огорчить вас: такое решение оказывается возможным, но вы должны узнать несколько больше о работе функций; поэтому обсуждение данной идеи откладывается до гл. 10.

РЕЗЮМЕ

Далее   Содержание

     Основной темой данной главы было обсуждение возможностей управления ходом выполнения программы. Язык Си предоставляет много средств для структурирования программ. С помощью операторов while и for реализуются циклы с предусловием. Второй оператор особенно подходит для циклов, включающих в себя инициализацию и коррекцию переменной. Использование операции "запятая" в цикле for позволяет инициализировать и корректировать более одной переменной. Для тех редких случаев, когда требуется использовать цикл с постусловием, язык Си предоставляет оператор do while. Операторы break, continue и goto обеспечивают дополнительные возможности управления ходом выполнения программы.

     Мы обсудили здесь также и понятие массива. Массивы в программе описываются так же, как обычные переменные, но при этом в квадратных скобках указывается число элементов. Первому элементу массива присваивается номер 0, второму - номер 1 и т. д. Индексы, используемые для нумерации элементов массива, могут обрабатываться обычным образом при помощи циклов.

ЧТО ВЫ ДОЛЖНЫ БЫЛИ УЗНАТЬ В ЭТОЙ ГЛАВЕ

Далее   Содержание

Три типа циклов в языке Си: while, for и do while.
Различие между циклами с предусловием и с постусловием.
Почему циклы с предусловием используются гораздо чаще, чем циклы с постусловием.
Дополнительные операции присваивания: +=    -=    *=    /=    %=.
Как пользоваться операцией "запятая".
Когда использовать операторы break и continue: по возможности редко.
Когда использовать оператор goto: когда вы хотите иметь неудобные, трудные для понимания программы.
Как использовать оператор while для защиты программы от ошибок при вводе данных.
Что такое массив и как его описать: long arms[8].

ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Далее   Содержание

Вопросы

1. Определите значение переменной quack после выполнения каждого оператора из приведенной ниже их послесдовательности.
     int quack = 2;
     quack + = 5;
     quack * = 10;
     quack - = 6;
     quack / = 8;
     quack % = 3;

2. Что будет получено на выходе в результате работы следующего цикла?
     for(value = 36; value > 0; value /= 2) printf("%3d", value);

3. Как можно модифицировать операторы if в программе угадывание числа2 чтобы был возможен ввод как прописных, так и строчных букв?

4. Мы подозреваем, что следующая программа не совсем правильная. Какие ошибки вы сможете в ней обнаружить?

main( )        /* строка 1 */
{        /* строка 2 */
int i, j, lisl[10];        /* строка 3 */
for (i = 1, i < = 10, i++ )        /* строка 5 */
{        /* строка 6 */
list[i] = 2*i + 3;        /* строка 7 */
for(j = 1, j >= i, j++ )        /* строка 8 */
printf(" %d \n", lisl[j]);        /* строка 9 */
}        /* строка 10 */

5. Воспользуйтесь пложенными циклами при написании программы, выводящей на печать следующую фигуру:

$$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$ $$$$$$$$

6. Напишите программу, которая создает массив из 26 элементов и помещает в него 26 строчных букв.


Ответы

1.     2, 7, 70, 64, 8, 2

2.     36 18 9 4 2 1.
Вспомните, как выполняется деление целых чисел. Результатом деления 1 на 2 будет 0, поэтому работа цикла завершится после того, как переменная value станет равной 1.

3. if(response == 'б' || response == 'Б').

4.     строка 3: должно быть list[10].
     строка 5: вместо запятых должны стоять символы "точка с запятой".
     строка 5: переменная i должна изменяться в диапазоне от 0 до 9, а не от 1 до 10.
     строка 8: вместо запятых должны стоять символы "точка с запятой".
     строка 8: знак >= должен быть заменен на <=. В противном случае при значении i, равном 1, цикл никогда не завершится.
     строка 10: между строками 9 и 10 должна находиться еще одна закрывающая фигурная скобка. Одна скобка закрывает составной оператор, а другая тело программы.

5.
main( )
{ int i, j;
for(i = 1; i <= 4; i++)
{
for( j = 1; j <= 8; j++)
printf("$");
}
printf("\N");
}

6.
main( )
{ int i;
char ch, alpha[26];
for(i = 0, ch = 'a'; i <= 26; i++, ch++)
alpha[i] == ch;
}

УПРАЖНЕНИЯ

Содержание

1. Модифицируйте программу угадывание числа2 в соответствии с нашими предположениями об улучшении ее работы.

2. Реализуйте наше предложение о повышении эффективности pаботы программы нахождения простых чисел.

3. Воспользуйтесь вложенными циклами при написании программы, выводящей на печать следующую фигуру:

$
$$
$$$
$$$$
$$$$$

[Содержание] [Вверх]
Язык Си	Циклы и другие управляющие средства