Учебное введение

1.5. Набор полезных программ

Теперь мы собираемся рассмотреть семейство родственных программ, предназначенных для выполнения простых операций над символьными данными. В дальнейшем вы обнаружите, что многие программы являются просто расширенными версиями тех прототипов, которые мы здесь обсуждаем.

1.5.1. Ввод и вывод символов

Стандартная библиотека включает функции для чтения и записи по одному символу за один раз. функция getchar() извлекает следующий вводимый символ каждый раз, как к ней обращаются, и возвращает этот символ в качестве своего значения. Это значит, что после

c = getchar()

переменная 'c' содержит следующий символ из входных данных. Символы обычно поступают с терминала, но это не должно нас касаться до "лекции № 7" .

функция putchar(c) является дополнением к getchar: в результате обращения

putchar (c)

содержимое переменной 'c' выдается на некоторый выходной носитель, обычно опять на терминал. Обращение к функциям putchar и printf могут перемежаться; выдача будет появляться в том порядке, в котором происходят обращения.

Как и функция printf, функции getchar и putchar не содержат ничего экстраординарного. Они не входят в состав языка "C", но к ним всегда можно обратиться.

1.5.2. Копирование файла

Имея в своем распоряжении только функции getchar и putchar вы можете, не зная ничего более об операциях ввода-вывода, написать удивительное количество полезных программ. Простейшим примером может служить программа посимвольного копирования вводного файла в выводной. Общая схема имеет вид:

ввести символ
while (символ не является признаком конца файла)
  вывести только что прочитанный символ
  ввести новый символ

программа, написанная на языке "C", выглядит следующим образом:

main()  /* copy input to output; 1st version */
{
   int c;

   c = getchar();
   while (c != EOF) {
          putchar (c);
          c = getchar();
   }
}

оператор отношения != означает "не равно".

Основная проблема заключается в том, чтобы зафиксировать конец файла ввода. Обычно, когда функция getchar наталкивается на конец файла ввода, она возвращает значение, не являющееся действительным символом; таким образом, программа может установить, что файл ввода исчерпан. Единственное осложнение, являющееся значительным неудобством, заключается в существовании двух общеупотребительных соглашений о том, какое значение фактически является признаком конца файла. Мы отсрочим решение этого вопроса, использовав символическое имя EOF для этого значения, каким бы оно ни было. На практике EOF будет либо -1, либо 0, так что для правильной работы перед программой должно стоять собственно либо

#define EOF -1

либо

#define EOF 0

Использовав символическую константу EOF для представления значения, возвращаемого функцией getchar при выходе на конец файла, мы обеспечили, что только одна величина в программе зависит от конкретного численного значения.

Мы также описали переменную 'c' как int, а не char, с тем чтобы она могла хранить значение, возвращаемое getchar. Как мы увидим в "лекции № 2" , эта величина действительно int, так как она должна быть в состоянии в дополнение ко всем возможным символам представлять и EOF.

Программистом, имеющим опыт работы на "C", программа копирования была бы написана более сжато. В языке "C" любое присваивание, такое как

c = getchar()

может быть использовано в выражении; его значение - просто значение, присваиваемое левой части. Если присваивание символа переменной 'c' поместить внутрь проверочной части оператора while, то программа копирования файла запишется в виде:

main()  /* copy input to output; 2nd version */
{
int c;

while ((c = getchar()) != EOF)
putchar(c);
}

Программа извлекает символ, присваивает его переменной 'c' и затем проверяет, не является ли этот символ признаком конца файла. Если нет - выполняется тело оператора while, выводящее этот символ. Затем цикл while повторяется. Когда, наконец, будет достигнут конец файла ввода, оператор while завершается, а вместе с ним заканчивается выполнение и функции main.

В этой версии централизуется ввод - в программе только одно обращение к функции getchar - и ужимается программа. Вложение присваивания в проверяемое условие - это одно из тех мест языка "C", которое приводит к значительному сокращению программ. Однако, на этом пути можно увлечься и начать писать недоступные для понимания программы. Эту тенденцию мы будем пытаться сдерживать.

Важно понять, что круглые скобки вокруг присваивания в условном выражении действительно необходимы. Старшинство операции != выше, чем операции присваивания =, а это означает, что в отсутствие круглых скобок проверка условия != будет выполнена до присваивания =. Таким образом, оператор

c = getchar() != EOF

эквивалентен оператору

c = (getchar() != EOF)

Это, вопреки нашему желанию, приведет к тому, что 'c' будет принимать значение 0 или 1 в зависимости от того, натолкнется или нет getchar на признак конца файла. Подробнее об этом будет сказано в "лекции № 2" .

1.5.3. Подсчет символов

Следующая программа подсчитывает число символов; она представляет собой небольшое развитие программы копирования.

main()  /* count characters in input */
{
    long nc;

    nc = 0;
    while (getchar() != EOF)
   ++nc;
    printf("%ld\n", nc);
}

оператор

++nc;

демонстрирует новую операцию, ++, которая означает увеличение на единицу. Вы могли бы написать nc = nc + 1, но ++nc более кратко и зачастую более эффективно. Имеется соответствующая операция -- уменьшение на единицу. Операции ++ и -- могут быть либо префиксными (++nc), либо постфиксными (nc++); эти две формы, как будет показано в "лекции № 2" , имеют в выражениях различные значения, но как ++nc, так и nc++ увеличивают nc. Пока мы будем придерживаться префиксных операций.

Программа подсчета символов накапливает их количество в переменной типа long, а не int. На PDP-11 максимальное значение int равно 32767, и если описать счетчик как int, то он будет переполняться даже при сравнительно малом файле ввода ; на языке "C" для HONEYWELL и IBM типы long и int являются синонимами и имеют значительно больший размер. Спецификация преобразования %ld указывает printf, что соответствующий аргумент является целым типа long.

Чтобы справиться с еще большими числами, вы можете использовать тип double / float двойной длины/. Мы также используем оператор for вместо while с тем, чтобы проиллюстрировать другой способ записи цикла.

main()  /* count characters in input */
{
    double  nc;

    for (nc = 0; getchar() != EOF; ++nc)
   ;
    printf("%.0f\n", nc);
}

функция printf использует спецификацию %f как для float, так и для double ; спецификация %.0f подавляет печать несуществующей дробной части.

Тело оператора цикла for здесь пусто, так как вся работа выполняется в проверочной и реинициализационной частях. Но грамматические правила языка "C" требуют, чтобы оператор for имел тело. Изолированная точка с запятой, соответствующая пустому оператору, появляется здесь, чтобы удовлетворить этому требованию. Мы выделили ее на отдельную строку, чтобы сделать ее более заметной.

Прежде чем мы распростимся с программой подсчета символов, отметим, что если файл ввода не содержит никаких символов, то условие в while или for не выполнится при самом первом обращении к getchar, и, следовательно, программа выдаст нуль. Одним из приятных свойств операторов while и for является то, что они проверяют условие в начале цикла, т.е. До выполнения тела. Если делать ничего не надо, то ничего не будет сделано, даже если это означает, что тело цикла никогда не будет выполняться. программы должны действовать разумно, когда они обращаются с файлами типа "никаких символов". операторы while и for помогают обеспечить правильное поведение программ при граничных значениях проверяемых условий.