CS50. Семінар 2.

Вступ

У цьому семінарі йде мова про цикли (повторення матеріалу), масиви, таблицю ASCII, функції та аргументи командного рядка.

Цикли

Цикли - це спосіб виконати щось декілька разів, не повторюючи код.

Цикл for

Цикли for зазвичай використовують коли відомо, скільки разів треба виконати якусь інструкцію. Загальний вигляд:

for(ініціалізація; умова; оновлення)
{
    // execute this code
}

Ініціалізація - це встановлення початкового значення циклу. Наприклад, int i = 0. Поітм йде перевірка умови. Якщо умова істинна - виконується тіло циклу. Потім знов перевіряється умова, і знову виконується тіло. Окрім тіла, виконується інструкція оновлення ініціалізованої раніше змінної (наприклад, i++)

Тобто кожен прохід циклу оновлюється змінна, перевіряється умова і виконується тіло циклу.

Приклад

Вивести на екран "This is CS50!" десять разів:

for(int i = 0; i < 10; i++)
{
    printf("This is CS50!\n");
}

Змінна i на початку циклу встановлюється в 0, на кожному повторенні вона збільшується на 1, і цикл завершується, коли і перестає бути меншим за 10. Таким чином, інструкція в тілі циклу виконується 10 разів.

Цикл while

Цикли while корисні тоді, коли невідомо скільки разів треба виконати якусь дію. Натомість, є умова яка перевіряється при кожному проході циклу:

while(умова)
{
    //Виконувати цей код
}

Таким чином, є умова, яка перевіряється при кожному проході циклу. Якщо вона істинна - виконуємо тіло циклу ще раз, якщо хибна - виходимо з нього.

Приклад

Вивести на екран числа від 1 до 10 в зворотньому порядку:

int count = 10;
while (count >= 0)
{
    printf("%i\n", count);
    count--;
}

Цикл do/while

Зазвичай застосовуються тоді, коли необхідно виконати цикл хоча б один раз, - наприклад, при очікуванні вводу від користувача.

do
{
    //Виконати цей код
}
while (умова);

Цикл буде виконано хоча б один раз, після чого пройде перевірка умови, і, якщо вона істинна, то цикл буде виконано ще раз.

Приклад

Запитує введення числа в користувача, допоки він не введе додатнє число:

int input;
do
{
    printf("Enter a positive number: ");
    input = GetInt();
}
while(input < 1)

Масиви

Масиви - це структури даних, що дозволяють зберігати однотипні дані в одному місці. В масиві не може бути даних різних типів, і масиви мають визначену довжину.

Нижче зображено масив з довжиною 3, у якому розміщено три цілих числа (int).

Масиви не можуть змінювати свій розмір, бо це визначені комірки в пам'яті.

Оголошення масиву

Щоб створити масив, необхідно оголосити тип даних, які він зберігатиме, і його розмір. Загальний вигляд оголошення масива:

<тип даних> ім'я[<розмір>];

Щоб записати значення у масив, треба вказати порядковий номер "комірки" (індекс), в яку записуємо значення. Нумерація "комірок" масиву починається з нуля!

ім'я[<комірка>] = <значення>;

Приклад: оголошення і заповнення масиву, який зображено вище:

int temperature[3];
temperature[0] = 65;
temperature[1] = 87;
temperature[2] = 30;

В першу комірку, за індексом 0 буде записано значення 65, у другу (індекс 1) - значення 87, у третю - значення 30.

Також можна ініціалізувати масив, одразу вказавши у фігурних дужках значення, які він буде зберігати. В такому випадку автоматично буде визначено розмір масиву за кількістю значень, що знаходяться у фігурних дужках:

int temperature[] = {65, 87, 30};

У циклі for початковим значенням змінної зазвичай встановлюють нуль якраз тому, що індексація масивів починається з нуля.

Доступ до елементів масиву

Щоб отримати доступ до елемента масиву, необхідно, як і при записі значення, вказати індекс елемента:

ім'я[<комірка>];

Приклад 1

Вивести усі значення з масиву temperature:

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    printf("%d\n", temperature[i]);
}

Приклад 2

Запис значень у масив з клавіатури:

#include <stdio.h>
#include <cs50.h>

#define CLASS_SIZE 30

int main(void)
{
    //Оголошення масиву
    int scores_array[CLASS_SIZE];

    //Заповнення масиву
    for(int i = 0; i < CLASS_SIZE; i++)
    {
         printf("Enter score for student %d: ", i);
         scores_array[i] = GetInt();
    }
}

Зверніть увагу, що CLASS_SIZE має значення 30, і ми оголошуємо масив цілих чисел scores_array розміру 30, а потім у циклі for проходимо по масиву 30 разів, кожного разу запитуючи введення нового значення у масив.

Приклад 3

Знайдіть помилку (підказка: помилка в описі циклу for):

string class[3] = { "Sam", "Jess", "Kim" };

for (int i = 0; i <= 3; i++)
{
    printf("%s\n", class[i]);
}

Помилка - у виразі i <= 3, бо таким чином у циклі ми спробуємо отримати доступ до комірки масиву з індексом 3. Але у масиві розміру 3 остання комірка має індекс 2.

Масив розміру n має n-1 індексів.

Багатовимірні масиви

Багатовимірні масиви - це своєрідні "масиви масивів", тобто масиви, у комірках яких зберігаються інші масиви.

Оголошуються вони таким самим чином, як і одновимірні, тільки треба вказати не один розмір масиву, а два. Це буде кількість рядків та стовпчиків у масиві. Оголошення масиву, що на рисунку вище:

char board[3][3];
board[1][1] = 'o';
board[0][0] = 'x';
board[2][0] = 'o';
board[0][2] = 'x';

Приклад

Обчислення довжини рядка:

string s = GetString();
int length = 0;
while (s[length] != '\0')
    length++;

Рядок - це масив символів, що завжди закінчується символом '\0'. Тому, для обчислення довжини рядка ми застосовуємо цикл while і збільшуємо змінну length, переглядаючи кожен символ у рядку, поки не зустрінемо символ кінця рядка.

Ще приклад

Створити масив із числами 1, 2, 3. Вивести його вміст на екран:

int example = {1, 2, 3};
for(int i = 0; i < 3; i++)
{
    printf("%i \n", example[i];
}

Функції

Функція - це "чорний ящик", куди потрапляють вхідні дані, над ними відбуваються маніпуляції і на основі цих даних ми отримуємо результат.

Раніше ви вже використовували функції: GetInt(), GetString(), printf(). Кожна з них отримує певні дані, виконує певні дії і повертає певний результат.

Навіщо потрібні функції:

Упорядкування коду

Код простіше підтримувати, коли він розбитий на функції, кожна з яких робить певну невелику частину роботи.

Спрощення коду

Вам не потрібно знати, як працює функція - головне, що вона робить і який результат її роботи. Це спрощує розуміння великої програми.

Повторне використання

Якщо вам потрібно зробити схожі дії у різних частинах програми - можна написати одну функцію, і використати її багато разів.

Структура функції

Функції мають наступну структуру:

<тип результату> ім'я(список параметрів)
{
    <тіло функції>
}

Приклад:

Тип результату

На С потрібно завжди вказувати тип результату - тобто якого типу буде те значення, яке має повернути функція. У прикладі вище, функція повертає куб цілого числа - це тип int.

Ім'я функції

Будь-яка назва для функції. Бажано називати функції так, щоб було зрозуміло, що вони роблять. У прикладі функція має назву cube

Список параметрів

Перелік вхідних даних для функції. Функція може не мати параметрів, може мати один або декілька параметрів. Для кожного параметра треба вказати його ім'я та тип. У прикладі функція приймає єдиний параметр - ціле число int input.

Тіло функції

Тут описують дії, що виконує функція. Слово return вказує на кінець роботи функції і вказує значення, яке повертає функція як результат роботи (значення змінної output у прикладі). Функція може і не повертати результату.

Прототип функції

Прототипом функції називають оголошення лише заголовку функції, без тіла. Прототип вказує компілятору, що існує функція з певним ім'ям, типом результату та списком параметрів, тіло якої буде описано пізніше у коді.

Приклад

У прикладі нижче у головній функції ми знаходимо куб числа x, використовуючи функцію cube:

#include <stdio.h>

int cube(int input); //Прототип функції cube

int main(void)
{
     int x = 2;
     printf("x is %i\n", x);
     x = cube(x);
     printf("x is %i\n", x);
}

int cube(int input)
{
     int output = input * input * input;
     return output;
}

Структура пам'яті програми

Структура стеку (для програми знаходження кубу числа):

Коли ви викликаєте якусь функцію, її паметри та локальні змінні розташовуються у стеку над тією функцією, у якій її викликали (cube() розташовано над main()). Коли функція завершує роботу, вона передає результат функції, що знаходиться під нею у стеку.

Приклад

Програма, що міняє місцями значення змінних x та y

#include <stdio.h>

int swap(int a, int b); //Прототип функції swap

int main(void)
{
     int x = 1, y = 2;
     swap(x, y);
     printf("x is %i\n", x);
     printf("y is %i\n", y);
}

void swap(int a, int b)
{
     int tmp = a;
     a = b;
     b = tmp;
}

Ця програма не працює - змінні x та y у програмі не змінюються. Це відбувається тому, що у функції передаються копії значень змінних.

Агрументи командного рядка

Раніше у програмах ми писали:

int main(void)

Проте, у більшості програм пишуть так:

int main(int argc, string argv[])

Тут int argc - це лічильник кількості аргументів командного рядка,
string argv[] - масив, що містить аргументи командного рядка.

Коли ви запускаєте у командному рядку якусь програму, після імені програми ви можете вказати ще й параметри, які ви хочете їй передати. Ці параметри і є аргументами командного рядка.

У цьому прикладі:

argc == 3
argv[0] == ./copy
argv[1] == infile
argv[2] == outfile

ASCII

ASCII - це таблиця, в якій символам співставляються числові значення.

Так як можна однозначно переводити символи в числа і навпаки, наступний код буде робочим:

printf("%d\n", 'a' - 'A');                    //32
printf("%c\n", 'B' + ('a' - 'A'));            //b
printf("%c\n", 'b' - ('a' - 'A'));            //B
printf("%c\n", 'B' + 1);                      //C
printf("%c\n", ('z' - 'a' + 1) % 26 + 'a');   //a

В коментарях до кожного рядку у прикладі вище вказано результат, який виводить команда.

Функція atoi()

Функція atoi() перетворює рядок, що містить числа, на число. За допомогою цієї функції можна зробити так:

string number = "125";
int a = atoi(number);
printf("%d\n", a);     //125

Оператор %

Оператор % використовують для отримання залишку від ділення одного числа на інше. Він має такий самий пріоритет, як оператори множення та ділення:

55 % 10 = 5
3 % 5 = 3
8 % 8 = 0
16 % 15 = 1
(1 + 2) * 2 % 2 + 2 = 2