A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák

c Farkas

Aritmetikai típusok Struktúrák Typedef

A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák. A programozás alapjai I.

Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék Farkas Balázs, Fiala Péter, Vitéz András, Zsóka Zoltán

2016. október 3.

B., Fiala P., Vitéz A., Zsóka Z.A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák.

2016. október 3.

1 / 43


Tartalom

1

A C nyelv aritmetikai típusai

Struktúrák

Bevezetés

Motiváció

Egészek

Deníció

Karakterek

Értékadás

Valósak

c Farkas

2

3

Típusnév-hozzárendelés


2016. október 3.

2 / 43

c Farkas


Bev. Egészek Karakterek Valósak

1. fejezet A C nyelv aritmetikai típusai


2016. október 3.

3 / 43



Típusok Bevezetés

c Farkas

A típus Értékkészlet M¶veletek Ábrázolás Valódi számítógép véges értékkészlet Nem ábrázolhatunk tetsz®legesen nagy számokat Nem ábrázolhatunk tetsz®legesen pontos számokat

π 6= 3,141592654 Ismernünk kell az ábrázolható tartományokat, hogy adatainkat

információveszteség nélkül vagy elfogadható információveszteséggel de ne túl pazarlóan tárolhassuk B., Fiala P., Vitéz A., Zsóka Z.A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák.

2016. október 3.

4 / 43



A C nyelv típusai

c Farkas

void skalár

aritmetikai egész: integer, karakter, felsorolás lebeg®pontos mutató függvény union összetett

tömb struktúra Ma ezekr®l lesz szó


2016. október 3.

5 / 43



Egészek bináris ábrázolása

c Farkas

8 biten tárolt el®jel nélküli egészek bináris ábrázolása dec

2

7

2

6

2

5

4

2

3

2

2

2

1

2

0

2

hex

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0x00

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0x01

2

0

0

0

0

0

0

1

0

0x02

3

0

0

0

0

0

0

1

1

0x03

. . .

. . .

. . .

. . .

127

0

1

1

1

1

1

1

1

0x7F

128

1

0

0

0

0

0

0

0

0x80

129

1

0

0

0

0

0

0

1

0x81

. . .

. . .

. . .

. . .

253

1

1

1

1

1

1

0

1

0xFD

254

1

1

1

1

1

1

1

0

0xFE

255

1

1

1

1

1

1

1

1

0xFF


2016. október 3.

6 / 43



A túlcsordulás (overow)

c Farkas

overow 11..10

11..11 00..00

254

255

0

00..01 1

00..10 2 3

00..11

8 biten ábrázolt el®jel nélküli számok esetén

255+1 = 0 255+2 = 1 2-3 = 255 modulo 256 aritmetika

129 10..01

Mindig csak az eredmény 256-tal vett maradékát látom 128 127

10..00 01..11


2016. október 3.

7 / 43



Egészek kettes komplemens ábrázolása

c Farkas

8 biten tárolt el®jeles egészek kettes komplemens ábrázolása dec

2

7

2

6

2

5

2

4

2

3

2

2

2

1

2

0

hex

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0x00

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0x01

2

0

0

0

0

0

0

1

0

0x02

3

0

0

0

0

0

0

1

1

0x03

. . .

. . .

. . .

. . .

127

0

1

1

1

1

1

1

1

0x7F

−128 −127

1

0

0

0

0

0

0

0

0x80

1

0

0

0

0

0

0

1

0x81

. . .

. . .

. . .

. . .

−3 −2 −1

1

1

1

1

1

1

0

1

0xFD

1

1

1

1

1

1

1

0

0xFE

1

1

1

1

1

1

1

1

0xFF


2016. október 3.

8 / 43



A túlcsordulás (overow)

c Farkas

11..10

11..11 00..00

−2

−1

0

00..01 1

00..10 2 3

00..11

8 biten ábrázolt el®jeles számok esetén

127+1 = -128 127+2 = -127 -127-3 = 126 viszont

−127 126 −128 127 01..10 10..01 10..00 01..11

2-3 = -1

overow B., Fiala P., Vitéz A., Zsóka Z.A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák.

2016. október 3.

9 / 43



Egész típusok C-ben

típus signed char unsigned char signed short int unsigned short int signed int unsinged int signed long int unsigned long int signed long long int2 unsigned long long int2

bit1 8 8 16 16 32 32 32 32 64 64

CHAR_MIN CHAR_MAX 0 UCHAR_MAX SHRT_MIN SHRT_MAX 0 USHRT_MAX INT_MIN INT_MAX 0 UINT_MAX LONG_MIN LONG_MAX 0 ULONG_MAX LLONG_MIN LLONG_MAX 0 ULLONG_MAX

printf %hhd2 %hhu2 %hd %hu %d %u %ld %lu %lld %llu

1 Tipikus 2 c Farkas

értékek, a szabvány csak a minimumot írja el® C99 szabvány óta


2016. október 3.

10 / 43



Egészek deklarációja

Alapértelmezések

A signed el®jelmódosító elhagyható 1 2

int i; long int l ;

/* signed int */ /* signed long int */

Ha van el®jel- vagy hosszmódosító, az int elhagyható 1 2

c Farkas

unsigned u ; short s ;

/* unsigned int */ /* signed short int */


2016. október 3.

11 / 43



Egész típusok Példa a táblázat használatához: egy igen sokáig futó program

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

c Farkas

3

# include < limits .h > /* eg é sz hat á rokhoz */ # include < stdio .h > /* printf - hez */ int main ( void ) { /* majdnem ö sszes long long int */ long long i ; for (i = LLONG_MIN ; i < LLONG_MAX ; i = i +1) printf ( " % lld \ n " , i ); }

return 0; link

3 feltéve, hogy long long int 64 bites, a program másodpercenként millió szám kiírásával 585 000 évig fut B., Fiala P., Vitéz A., Zsóka Z.A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák.

2016. október 3.

12 / 43



Egész számkonstansok Egész számkonstansok megadási módjai

1 2 3 4 5 6 7 8

int i1 =0 , i2 =123 , i4 = -33; int o1 =012 , o2 =01234567; int h1 =0 x1a , h2 =0 x7fff , h3 =0 xAa1B

/* decim á lis */ /* okt á lis */ /* hexadecim á lis */

long l1 =0 x1al , l2 = -33 L ;

/* l vagy L */

unsigned u1 =33 u , u2 =45 U ; /* u vagy U */ unsigned long ul1 =33 uL , ul2 =123 lU ; /* l é s u */ Ha nincs megadva u vagy l, akkor az els®, amibe belefér:

1 2 3 4

c Farkas

int unsigned int hexa és oktális esetén long unsigned long


2016. október 3.

13 / 43



Miért kell ismerni az ábrázolás korlátait? Határozzuk meg a következ® értéket!

15

=

12

15! 12!

· (15 − 12)!

(Hányféleképpen választhatok ki 15 különböz® csoki közül 12-t?) A számláló értéke 15! A nevez® értéke 12!

=1

307 674 368 000

· 3! = 2

874 009 600

Egyik sem ábrázolható 32 bites

int-tel!

A kifejezést egyszer¶sítve 15

· 14 · 13 = ·2·1

3

2730 6

= 455

minden részletszámítás gond nélkül elvégezhet® már akár 12 biten is

c Farkas


2016. október 3.

14 / 43



Karakterek ábrázolása Az ASCII karaktertáblázat

c Farkas

128 karakter, melyeket a

Kód +00 +01 +02 +03 +04 +05 +06 +07 +08 +09 +0a +0b +0c +0d +0e +0f

00 NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS HT LF VT FF CR SO SI

10 DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US

0x000x7f

20 ! " # $ % & ' ( ) * + , . /

30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ?

40 @ A B C D E F G H I J K L M N O

számokkal indexelhetünk

50 P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _


60 ` a b c d e f g h i j k l m n o

70 p q r s t u v w x y z { | } ~ DEL

2016. október 3.

15 / 43



Karakterek tárolása, kiírása, beolvasása Karaktereket (az ASCII tábla indexeit) a

char

típusban

tárolunk kiíratás/beolvasás

1 2 3 4

c Farkas

%c

formátumkóddal

char ch = 0 x61 ; /* hex 61 = dec 97 */ printf ( " % d : % c \ n " , ch , ch ); ch = ch +1; /* é rt é ke hex 62 = 98 lesz */ printf ( " % d : % c \ n " , ch , ch ); A program kimenete

97: 98:

a b Ezek szerint karakterek kiírásához meg kell tanulnunk az ASCII-kódokat?


2016. október 3.

16 / 43



Karakterkonstansok Aposztrófok közé írt karakter ekvivalens az ASCII-kóddal

1 2 3 4

char ch = 'a '; /* ch - ba a 0 x61 ASCII - k ó d ker ü l */ printf ( " % d : % c \ n " , ch , ch ); ch = ch +1; printf ( " % d : % c \ n " , ch , ch );

97: 98:

a b Vigyázat!

1 2

c Farkas

'0' 6= 0

!

char n = '0 '; /* ch - ba a 0 x30 ASCII - k ó d ker ü l !!! */ printf ( " % d : % c \ n " , n , n );

48:

0


2016. október 3.

17 / 43



Karakterkonstansok

c Farkas

Speciális karakterkonstansok amiket egyébként nehéz lenne beírni 0x00 0x07 0x08 0x09 0x0a 0x0b 0x0c 0x0d 0x22 0x27 0x5c

\0 \a \b \t \n \v \f \r \ \' \\

nullkarakter

null character (NUL)

hangjelzés

bell (BEL)

visszatörlés

backspace (BS)

tabulátor

tabulator (HT)

soremelés

line feed (LF)

függ®leges tabulátor

vertical tab (VT)

lapdobás

form feed (FF)

kocsi vissza

carriage return (CR)

idéz®jel

quotation mark

aposztróf

apostrophe

visszaper

backslash


2016. október 3.

18 / 43



Karakter vagy egész szám?

C-ben a karakterek egész számokkal ekvivalensek Csak megjelenítéskor d®l el, hogy egy egész értéket számként vagy karakterként (%d vagy

%c)

ábrázolunk

Karaktereken ugyanolyan m¶veleteket végezhetünk, mint egészeken (összeadás, kivonás stb. . . ) De mi értelme lehet karaktereket összeadni-kivonni?

c Farkas


2016. október 3.

19 / 43



M¶veletek karakterekkel Írjunk programot, mely karaktereket olvas be mindaddig, míg az újsor karakter nem érkezik. Ezután a program írja ki a beolvasott számjegyek összegét.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

c Farkas

char c ; int sum = 0; do { scanf ( " % c " , & c ); /* if ( c >= '0 ' && c <= '9 ') /* sum = sum + (c - '0 '); /* } while ( c != '\ n '); /* printf ( " Az ö sszeg : % d \ n " , sum );

beolvas á s */ ha sz á mjegy */ ö sszegz é s */ le á ll á si felt é tel */

Karambolozott a 12:35-ös gyors Az összeg: 11 B., Fiala P., Vitéz A., Zsóka Z.A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák.

2016. október 3.

20 / 43



M¶veletek karakterekkel

Írjunk függvényt, mely az angol ábécé kisbet¶s karaktereit nagybet¶ssé alakítja, a többi karaktert változatlanul hagyja.

1 2 3 4 5 6 7 8

c Farkas

char toupper ( char c) { if ( c >= 'a ' && c <= 'z ') /* ha kisbet ¶ */ { return c - 'a ' + 'A '; } return c ; }


2016. október 3.

21 / 43



Lebeg®pontos típusok

c Farkas

Normálalak

23,2457

−0,001822326

= (−1)0 · 2,3245700 · 10+001 = (−1)1 · 1,8223260 · 10−003

Normálalak ábrázolása Lebeg®pontos tört = el®jelbit + mantissza + exponens

1 el®jelbit: 0pozitív, 1negatív 2 mantissza: el®jel nélküli egész (a tizedesvessz®t elhagyva),

normalizálás miatt az els® számjegy ≥ 1

3 exponens (másként karakterisztika): el®jeles egész


2016. október 3.

22 / 43



Lebeg®pontos típusok Bináris normálalak

5,0

= 1,25 · 4 = (−1)0 · 1,0100b · 2010b

0

0100

010

Bináris normálalak ábrázolása Lebeg®pontos tört = el®jelbit + mantissza + exponens

1 el®jelbit: 0pozitív, 1negatív 2 mantissza: el®jel nélküli egész (a

kettedesvessz®t elhagyva), normalizálás miatt az els® számjegy = 1, nem is tároljuk4 . 3 exponens: el®jeles egész 4 c Farkas

implicit bites ábrázolás


2016. október 3.

23 / 43



Lebeg®pontos típusok C-ben

A C nyelv lebeg®pontos típusai

típus float double long double

bitszám 32 bit 64 bit 128 bit

tipikus értékek mantissza exponens 23 bit 8 bit 52 bit 11 bit 112 bit 15 bit

printf/scanf %f %f/%lf %Lf

Lebeg®pontos számkonstansok (tizedespont)

1 2 3

c Farkas

float f1 =12.3 f , f2 =12. F , f3 =.5 f , f4 =1.2 e -3 F ; double d1 =12.3 , d2 =12. , d3 =.5 , d4 =1.2 e -3 ; long double l1 =12.3 l , l2 =12. L , l3 =.5 l , l4 =1.2 e -3 L ;


2016. október 3.

24 / 43



Egész típusok ábrázolási pontossága

0

1

2

3

4

5

6

Abszolút számábrázolási pontosság A maximális

hiba, ha egy tetsz®leges valós számot a hozzá

legközelebbi ábrázolt értékkel közelítünk

Az egész típusok abszolút ábrázolási pontossága 0,5

c Farkas


2016. október 3.

25 / 43



Lebeg®pontos típusok ábrázolási pontossága

c Farkas

expon. = 210 expon. =

20

mantissza

1024 8/8

1152 9/8

1280 10/8

1408 11/8

1536 12/8

1664 13/8

1,000b 1,001b 1,010b 1,011b 1,100b 1,101b

jelen példában

A mantissza (abszolút) ábrázolási pontossága 1/16 20 exponens mellett az ábrázolási pontosság 1/16 210 exponens mellett az ábrázolási pontosság 210 /16 = 64 Nem beszélhetünk abszolút, csak relatív ábrázolási pontosságról, ami jelen esetben 3 bit.


2016. október 3.

26 / 43



A véges számábrázolás következménye

c Farkas

Mivel a lebeg®pontos számábrázolás pontatlan, m¶veletek eredményét nem szabad egyenl®ségre összehasonlítani! 22 7

+

3 7

6=

25 7

helyette

22 + 7

3 7

−

<ε

25 7

A nagy számok sokkal pontatlanabbak, mint a kis számok. A nagy számok hibája megeheti a kicsiket:

A + a − A 6= a


2016. október 3.

27 / 43



A bináris számábrázolás következménye Ami decimálisan véges, binárisan nem biztos, hogy az. pl: 0,1d

= 0,00011b

Hányszor fut le az alábbi ciklus?

1 2 3 4 5

double d ; for (d = 0.0; d < 1.0; d = d +0.1) /* 10? 11? */ { ... } Helyesen:

1 2 3 4 5 c Farkas

double d , eps = 1e -3; /* mekkora eps j ó ide ? */ for (d = 0.0; d < 1.0 - eps ; d = d +0.1) /* 10 - szer */ { ... } B., Fiala P., Vitéz A., Zsóka Z.A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák.

2016. október 3.

28 / 43

c Farkas


Motiváció Deníció Értékadás

2. fejezet Struktúrák


2016. október 3.

29 / 43



Felhasználói típusok

A C nyelv beépített típusai nem, vagy csak körülményesen felelnek meg a bonyolultabb, összetettebb adatok tárolására.

Felhasználó (programozó) által bevezetett típusok Felsorolás Struktúra

←

ma err®l lesz szó

Bitmez®k Unió

c Farkas


2016. október 3.

30 / 43



Logikailag összetartozó adatok

Dátum eltárolása

1 2 3

int ev ; int ho ; int nap ;

Hallgatói adatok tárolása

1 2 3

char neptun [6]; unsigned int kiszhpont ; unsigned int hianyzasok ; Sakkjátszma adatai (világos játékos, sötét játékos, mikor, hol, lépések, eredmény) Egy lépés adatai (gura, honnan, hová) A tábla egy mez®jének adatai (oszlop, sor)

c Farkas


2016. október 3.

31 / 43



Összetartozó adatok átadása Írjunk függvényt, amely 2D vektorok skalárszorzatát számítja!

1 2 3 4 5

double v_skalarszorzat ( double x1 , double y1 , double x2 , double y2 ) { return x1 * x2 + y1 * y2 ; } Hogyan adjuk át az összetartozó adatokat

(x1 , y1 )?

A függvényparaméterek száma túl sok lehet Írjunk függvényt, amely két vektor különbségét számítja!

1 2 3 4 5

?????? v_kulonbseg ( double x1 , double y1 , double x2 , double y2 ) { ... } Hogyan kapjuk vissza az összetartozó adatokat?

c Farkas


2016. október 3.

32 / 43



Egységbezárás (encapsulation)

Struktúra logikailag egy egységet alkotó, akár különböz® típusú adatokból álló, összetett adattípus

hallgató neptun kis zh pontok hiányzások

A részadatokat mez®knek vagy tagoknak hívjuk Egyetlen értékadással másolható Lehet függvény paramétere Lehet függvény visszatérési értéke

A C nyelv leghatékonyabb típusa

c Farkas


2016. október 3.

33 / 43



Struktúrák C-ben 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 c Farkas

struct vektor { /* strukt ú ra t í pusdefin í ci ó */ double x ; double y ; }; struct vektor v_kulonbseg ( struct vektor a , struct vektor b ) { struct vektor c ; c . x = a. x - b . x ; c . y = a. y - b . y ; return c ; } int main ( void ) { struct vector v1 , v2 , v3 ; v1 . x = 1.0; v1 . y = 2.0; v2 = v1 ; v3 = v_kulonbseg ( v1 , v2 ); return 0; } B., Fiala P., Vitéz A., Zsóka Z.A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák.

2016. október 3.

34 / 43



Struktúrák szintaxisa Struktúra deníciója struct [<struktúra címke>]opt {<struktúra tag deklarációk>} []opt ; 1 2 3 4 5 6

/* egy d á tumot tá rol ó strukt ú ra tí pus */ struct datum { int ev ; int ho ; int nap ; } d1 , d2 ; /* k é t v á ltoz ó p é ld á ny */

[<struktúra címke>]opt

elhagyható olyan esetekben, amikor kés®bb nem hivatkozunk rá

[]opt

struktúra típusú változók deklarációja

c Farkas


2016. október 3.

35 / 43



Struktúrák szintaxisa Struktúra típus használata Változók deklarációja

struct <struktúra címke> ; Struktúra tagok elérése

<struktúra azonosító>. Struktúrataggal mindaz megtehet®, ami különálló változóval 1 2 3 4

struct datum d1 , d2 ; d1 . ev = 2012; d2 . ev = d1 . ev ; scanf ( " % d " , & d2 . ho ); A tömbökhöz hasonlóan struktúráknál is lehetséges a kezdetiérték-adás:

1

c Farkas

struct datum d3 = {2011 , 5 , 2}; B., Fiala P., Vitéz A., Zsóka Z.A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák.

2016. október 3.

36 / 43



Értékadás struktúráknál

Struktúra típusú változó értéke (összes tagja) frissíthet® egyetlen értékadással.

1 2

c Farkas

struct datum d3 = {2013 , 10 , 8} , d4 ; d4 = d3 ;


2016. október 3.

37 / 43

c Farkas


3. fejezet Típusnév-hozzárendelés


2016. október 3.

38 / 43


Deníció C-ben átkeresztelhetjük típusneveinket

1 2 3 4 5 6 7

typedef int cica ; cica main () { cica i = 3; int b = 2; return i ; }

Típusnév-hozzárendelés A

typedef

egy álnevet rendel az adott típushoz.

Nem hoz létre új típust, az álnévvel bevezetett változók típusa az eredeti típus marad.

c Farkas


2016. október 3.

39 / 43


Mire jó?

Beszédesebb forráskód, jobban átlátható

1 2 3 4 5

typedef float voltage ; /* kisebb kell */ voltage V1 = 1.0; double c = 2.0; voltage V2 = c * V1 ; Könnyen karbantartható Megszabadulhatunk többszavas típusneveinkt®l

1

c Farkas

typedef

struct vektor

vektor ;


2016. október 3.

40 / 43


Vektoros feladat typedeffel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 c Farkas

typedef struct { /* ekkor a c í mke lehagyhat ó */ double x ; double y ; } vektor ; vektor v_kulonbseg ( vektor a , vektor b ) { vektor c ; c . x = a. x - b . x ; c . y = a. y - b . y ; return c ; } int main ( void ) { vektor v1 , v2 , v3 ; v1 . x = 1.0; v1 . y = 2.0; v2 = v1 ; v3 = v_kulonbseg ( v1 , v2 ); return 0; } B., Fiala P., Vitéz A., Zsóka Z.A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák.

2016. október 3.

41 / 43


Egy összetettebb struktúra

1 2 3 4 5 6 7 8 9

typedef struct { double x ; double y ; } vektor ;

1 2 3

kor k = {{3.0 , 2.0} , 1.5}; vektor v = k . kozeppont ; k . kozeppont . y = -2.0;

c Farkas

typedef struct { vektor kozeppont ; double sugar ; } kor ;

y v x k


2016. október 3.

42 / 43

c Farkas


Köszönöm a gyelmet.


2016. október 3.

43 / 43

A C nyelv aritmetikai típusai. Struktúrák

Recommend Documents