Приложение B. Стандартная библиотека46. Как осуществляются операции с «памятью» калькулятора? 47. Какие операции можно выполнить в инженерном режиме? 48. Как извлечь квадратный корень в инженерно режиме?
Приложение B. Стандартная библиотека B1. Ввод-вывод: <stdio.h> Настоящее приложение представляет собой краткое изложение библиотеки, утвержденной в качестве ANSI-стандарта. Сама по себе библиотека не является частью языка, однако, заложенный в ней набор функций, а также определений типов и макросов составляет системную среду, поддерживающую стандарт Си. Мы не приводим здесь несколько функций с ограниченной областью применения – те, которые легко синтезируются из других функций, а также опускаем все то, что касается многобайтовых символов и специфики, обусловленной языком, национальными особенностями и культурой. Функции, типы и макросы объявляются в следующих стандартных заголовочных файлах: <assert.h><ctype.h><errno.h> <float.h><limits.h><locale.h> <math.h><setjmp.h><signal.h> <stdarg.h><stddef.h><stdio.h> <stdlib.h><string.h><time.h> Доступ к заголовочному файлу осуществляется с помощью строки препроцессора #include <заголовочный файл>; Заголовочные файлы можно включать в любом порядке и сколько угодно раз. Строка #include не должна быть внутри внешнего объявления или определения и должна встретиться раньше, чем что-нибудь из включаемого заголовочного файла будет востребовано. В конкретной реализации заголовочный файл может и не быть исходным файлом. Внешние идентификаторы, начинающиеся со знака подчеркивания, а также все другие идентификаторы, начинающиеся с двух знаков подчеркивания или с подчеркивания и заглавной буквы, зарезервированы для использования в библиотеке.
B1. Ввод-вывод: <stdio.h>
Определенные в <stdio.h> функции ввода-вывода, а также типы и макросы составляют приблизительно одну треть библиотеки. Поток - это источник или получатель данных; его можно связать с диском или с каким-то другим внешним устройством. Библиотека поддерживает два вида потоков: текстовый и бинарный, хотя на некоторых системах, в частности в UNIXe, они не различаются. Текстовый поток - это последовательность строк; каждая строка имеет нуль или более символов и заканчивается символом '\n'. Операционная среда может потребовать коррекции текстового потока (например, перевода '\n' в символы возврат-каретки и перевод-строки). Бинарный поток - это последовательность непреобразованных байтов, представляющих собой некоторые промежуточные данные, которые обладают тем свойством, что если их записать, а затем прочесть той же системой ввода- вывода, то мы получим информацию, совпадающую с исходной. Поток соединяется с файлом или устройством посредством его открытия, указанная связь разрывается путем закрытия потока. Открытие файла возвращает указатель на объект типа FILE, который содержит всю информацию, необходимую для управления этим потоком. Если не возникает двусмысленности, мы будем пользоваться терминами "файловый указатель" и "поток" как равнозначными. Когда программа начинает работу, уже открыты три потока: stdin, stdout и stderr.
B1.1. Операции над файлами
Ниже перечислены функции, оперирующие с файлами. Тип size_t - беззнаковый целочисленный тип, используемый для описания результата оператора sizeof. FILE *fopen(const char *filename, const char *mode); fopen открывает файл с заданным именем и возвращает поток или NULL, если попытка открытия оказалась неудачной. Режим mode допускает следующие значения:
FILE *freopen(const char *filename, const char *mode, FILE *stream); freopen открывает файл с указанным режимом и связывает его с потоком stream. Она возвращает stream или, в случае ошибки, NULL. Обычно freopen используется для замены файлов, связанных с stdin, stdout или stderr, другими файлами. int fflush(FILE *stream); Применяемая к потоку вывода функция fflush производит дозапись всех оставшихся в буфере (еще не записанных) данных, для потока ввода эта функция не определена. Возвращает EOF в случае возникшей при записи ошибки или нуль в противном случае. Обращение вида fflush (NULL) выполняет указанные операции для всех потоков вывода. int fclose(FILE *stream); fсlose производит дозапись еще не записанных буферизованных данных, сбрасывает несчитанный буферизованный ввод, освобождает все автоматически запрошенные буфера, после чего закрывает поток. Возвращает EOF в случае ошибки и нуль в противном случае. int remove(const char *filename); remove удаляет файл с указанным именем; последующая попытка открыть файл с этим именем вызовет ошибку. Возвращает ненулевое значение в случае неудачной попытки. int rename(const char *oldname, const char *newname); rename заменяет имя файла; возвращает ненулевое значение в случае, если попытка изменить имя оказалась неудачной. Первый параметр задает старое имя, второй - новое. FILE *tmpfile(void); tmpfile создает временный файл с режимом доступа "wb+", который автоматически удаляется при его закрытии или обычном завершении программой своей работы. Эта функция возвращает поток или, если не смогла создать файл, NULL. char *tmpnam(char s[L_tmpnam]); tmpnam (NULL) создает строку, не совпадающую ни с одним из имен существующих файлов, и возвращает указатель на внутренний статический массив. tmpnam(s) запоминает строку в s и возвращает ее в качестве значения функции; длина s должна быть не менее L_tmpnam. При каждом вызове tmpnam генерируется новое имя; при этом гарантируется не более TMPMAX различных имен за один сеанс работы программы. Заметим, что tmpnam создает имя, а не файл. int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size); setvbuf управляет буферизацией потока; к ней следует обращаться прежде, чем будет выполняться чтение, запись или какая-либо другая операция, mode со значением _IOFBF вызывает полную буферизацию, с _IOLBF - "построчную" буферизацию текстового файла, a mode со значением _IONBF отменяет всякую буферизацию. Если параметр buf не есть NULL, то его значение - указатель на буфер, в противном случае под буфер будет запрашиваться память. Параметр size задает размер буфера. Функция setvbuf в случае ошибки выдает ненулевое значение. void setbuf(FILE *stream, char *buf); Если buf есть NULL, то для потока stream буферизация выключается. В противном случае вызов setbuf приведет к тем же действиям, что и вызов (void) setvbuf (stream, buf, _IOFBF, BUFSIZ).
B1.2. Форматный вывод
Функции printf осуществляют вывод информации по формату. int fprintf(FILE *stream, const char *format,...); fprintf преобразует и пишет вывод в поток stream под управлением format. Возвращаемое значение - число записанных символов или, в случае ошибки, отрицательное значение. Форматная строка содержит два вида объектов: обычные символы, копируемые в выводной поток, и спецификации преобразования, которые вызывают преобразование и печать остальных аргументов в том порядке, как они перечислены. Каждая спецификация преобразования начинается с % и заканчивается символом-спецификатором преобразования. Между % и символом- спецификатором в порядке, в котором они здесь перечислены, могут быть расположены следующие элементы информации: · Флаги (в любом порядке), модифицирующие спецификацию:
· Точка, отделяющая указатель ширины поля от указателя точности. · Число, задающее точность, которое специфицирует максимальное количество символов, печатаемых из строки, или количество цифр после десятичной точки в преобразованиях e, E или f, или количество значащих цифр для g или G - преобразования, или минимальное количество цифр при печати целого (до необходимой ширины поля число дополняется слева нулями). · Модификаторы h, l (буква ell) или L. "h" указывает на то, что соответствующий аргумент должен печататься как short или unsigned short; "l" сообщает, что аргумент имеет тип long или unsigned long; "L" информирует, что аргумент принадлежит типу long double. Ширина, или точность, или обе эти характеристики могут быть специфицированы с помощью *; в этом случае необходимое число "извлекается" из следующего аргумента, который должен иметь тип int (в случае двух звездочек используются два аргумента). Символы-спецификаторы и разъяснение их смысла приведены в таблице B-1. Если за % нет правильного символа-спецификатора, результат не определен. int printf(const char *format,...); printf (...) полностью эквивалентна fprintf (stdout,...). int sprintf(char *s, const char *format,...) sprintf действует так же, как и printf, только вывод осуществляет в строку s, завершая ее символом '\0'. Строка s должна быть достаточно большой, чтобы вмещать результат вывода. Возвращает количество записанных символов, в число которых символ '\0' не входит. int vprintf (const char *format, va_list arg)int vfprintf (FILE *stream, const char *format, va_list arg)int vsprintf (char *s, const char *format, va_list arg) Функции vprintf, vfprintf и vsprintf эквивалентны соответствующим printf - функциям с той лишь разницей, что переменный список аргументов представлен параметром arg, инициализированным макросом va_start и, возможно, вызовами va_arg (см. в B7 описание <stdarg.h>). Таблица B-1. Преобразования printf
B1.3. Форматный ввод
Функции scanf имеют дело с форматным преобразованием при вводе int fscanf(FILE *stream, const char *format,...); fscanf читает данные из потока stream под управлением format и преобразованные величины присваивает по порядку аргументам, каждый из которых должен быть указателем. Завершает работу, если исчерпался формат. Выдает EOF по исчерпании файла или перед любым преобразованием, если возникла ошибка; в остальных случаях функция возвращает количество преобразованных и введенных элементов. Форматная строка обычно содержит спецификации преобразования, которые используются для управления вводом. В форматную строку могут входить: · пробелы и табуляции, которые игнорируются; · обычные символы (кроме %), которые ожидаются в потоке ввода среди символов, отличных от символов-разделителей; · спецификации преобразования, состоящие из %; необязательного знака *, подавляющего присваивание; необязательного числа, специфицирующего максимальную ширину поля; необязательных h, l или L, указывающих размер присваиваемого значения, и символа-спецификатора преобразования. Спецификация преобразования определяет преобразование следующего поля ввода. Обычно результат размещается в переменной, на которую указывает соответствующий аргумент. Однако если присваивание подавляется с помощью знака *, как, например, в %*s, то поле ввода просто пропускается, и никакого присваивания не происходят. Поле ввода определяется как строка символов, отличных от символов-разделителей; при этом ввод строки прекращается при выполнении любого из двух условий: если встретился символ-разделитель или если ширина поля (в случае, когда она указана) исчерпана. Из этого следует, что при переходе к следующему полю scanf может "перешагивать" через границы строк, поскольку символ новой строки является символом-разделителем. (Под символами-разделителями понимаются символы пробела, табуляции, новой строки, возврата каретки, вертикальной табуляции и смены страницы.) Символ-спецификатор указывает на способ интерпретации поля ввода. Соответствующий аргумент должен быть указателем. Список допустимых символов-спецификаторов приводится в таблице B-2. Символам-спецификаторам d, i, n, o, u и x может предшествовать h, если аргумент есть указатель на short (а не int) или l (буква ell), если аргумент есть указатель на long. Символам-спецификаторам e, f и g может предшествовать l, если аргумент - указатель на double (а не float), или L, если аргумент - указатель на long double. int scanf (const char *format,...); scanf (...) делает то же, что и fscanf (stdin,...). int sscanf (const char *s, const char *format,...); sscanf (s,...) делает то же, что и scanf (...), только ввод символов осуществляет из строки s. Таблица B-2. Преобразования scanf
B1.4. Функции ввода-вывода символов
int fgetc(FILE *stream); fgetc возвращает следующий символ из потока stream в виде unsigned char (переведенную в int) или EOF, если исчерпан файл или обнаружена ошибка. char *fgets(char *s, int n, FILE *stream); fgets читает не более n-1 символов в массив s, прекращая чтение, если встретился символ новой строки, который включается в массив; кроме того, записывает в массив '\0'. Функция fgets возвращает s или, если исчерпан файл или обнаружена ошибка, NULL. int fputc(int с, FILE *stream); fputc пишет символ c (переведенный в unsigned char) в stream. Возвращает записанный символ или EOF в случае ошибки. int fputs(const char *s, FILE *stream); fputs пишет строку s (которая может не иметь '\n') в stream; возвращает неотрицательное целое или EOF в случае ошибки. int getc(FILE *stream); getc делает то же, что и fgetc, но в отличие от последней, если она - макрос, stream может браться более одного раза. int getchar(void); getchar () делает то же, что getc (stdin). char *gets(char *s); gets читает следующую строку ввода в массив s, заменяя символ новой строки на '\0'. Возвращает s или, если исчерпан файл или обнаружена ошибка, NULL. int putc(int с, FILE *stream); putc делает то же, что и fputc, но в отличие от последней, если putc - макрос, значение stream может браться более одного раза. int putchar(int c); putchar (c) делает тоже, что putc (c, stdout). int puts(const char *s); puts пишет строку s и символ новой строки в stdout. Возвращает EOF в случае ошибки, или неотрицательное значение, если запись прошла нормально. int ungetc(int с, FILE *stream); ungetc отправляет символ c (переведенный в unsigned char) обратно в stream; при следующем чтении из stream он будет получен снова. Для каждого потока вернуть можно не более одного символа. Нельзя возвращать EOF. В качестве результата ungetc выдает отправленный назад символ или, в случае ошибки, EOF.
B1.5. Функции прямого ввода-вывода
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *stream); fread читает из потока stream в массив ptr не более nobj объектов размера size. Она возвращает количество прочитанных объектов, которое может быть меньше заявленного. Для индикации состояния после чтения следует использовать feof и ferror. size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *stream); fwrite пишет из массива ptr в stream nobj объектов размера size; возвращает число записанных объектов, которое в случае ошибки меньше nobj.
B1.6. Функции позиционирования файла
int fseek(FILE *stream, long offset, int origin); fseek устанавливает позицию для stream; последующее чтение или запись будет производиться с этой позиции. В случае бинарного файла позиция устанавливается со смещением offset - относительно начала, если origin равен SEEK_SET; относительно текущей позиции, если origin равен SEEK_CUR; и относительно конца файла, если origin равен SEEK_END. Для текстового файла offset должен быть нулем или значением, полученным с помощью вызова функции ftell. При работе с текстовым файлом origin всегда должен быть равен SEEK_SET. long ftell(FILE *stream); ftell возвращает текущую позицию потока stream или -1L, в случае ошибки. void rewind(FILE *stream); rewind (fp) делает то же, что и fseek(fp, 0L, SEEK_SET); clearerr(fp). int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *ptr); fgetpos записывает текущую позицию потока stream в *ptr для последующего использования ее в fsetpos. Тип fpos_t позволяет хранить такого рода значения, В случае ошибки fgetpos возвращает ненулевое значение. int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *ptr); fsetpos устанавливает позицию в stream, читая ее из *ptr, куда она была записана ранее с помощью fgetpos. В случае ошибки fsetpos возвращает ненулевое значение.
B1.7. Функции обработки ошибок
Многие функции библиотеки в случае ошибки или конца файла устанавливают индикаторы состояния. Эти индикаторы можно проверять и изменять. Кроме того, целое выражение errno (объявленное в <errno.h>) может содержать номер ошибки, который дает дополнительную информацию о последней из обнаруженных ошибок. void clearerr(FILE *stream); clearerr очищает индикаторы конца файла и ошибки потока stream. int feof(FILE *stream); feof возвращает ненулевое значение, если для потока stream установлен индикатор конца файла. int ferror(FILE *stream); ferror возвращает ненулевое значение, если для потока stream установлен индикатор ошибки. void perror(const char *s); perror (s) печатает s и зависимое от реализации сообщение об ошибке, соответствующее целому значению в errno, т. е. делает то же, что и обращение к функции fprintf вида fprintf(stderr, "%s: %s\n", s, "сообщение об ошибке") См. strerror в параграфе B3.
B2. Проверки класса символа: <ctype.h>
Заголовочный файл <ctype.h> объявляет функции, предназначенные для проверок символов. Аргумент каждой из них имеет тип int и должен либо представлять собой EOF, либо быть значением unsigned char, приведенным к int; возвращаемое значение тоже имеет тип int. Функции возвращают ненулевое значение ("истина"), когда аргумент c удовлетворяет описанному условию или принадлежит указанному классу символов, и нуль в противном случае.
Помимо перечисленных есть две функции, приводящие буквы к одному из регистров: int tolower (int c) – переводит c на нижний регистр;int toupper (int c) - переводит c на верхний регистр. Если c - буква на верхнем регистре, то tolower (c) выдаст эту букву на нижнем регистре; в противном случае она вернет c. Если c - буква на нижнем регистре, то toupper (c) выдаст эту букву на верхнем регистре; в противном случае она вернет c.
B3. Функции, оперирующие со строками: <string.h>
Имеются две группы функций, оперирующих со строками. Они определены в заголовочном файле <string.h>. Имена функций первой группы начинаются с букв str, второй - с mem. Если копирование имеет дело с объектами, перекрывающимися по памяти, то, за исключением memmove, поведение функций не определено. Функции сравнения рассматривают аргументы как массивы элементов типа unsigned char. В таблице на с. 321 переменные s и t принадлежат типу char *, cs и ct – типу const char *, n - типу size_t, а c - значение типа int, приведенное к типу char. Последовательные вызовы strtok разбивают строку s на лексемы. Ограничителем лексемы служит любой символ из строки ct. В первом вызове указатель s не равен NULL. Функция находит в строке s первую лексему, состоящую из символов, не входящих в ct; ее работа заканчивается тем, что поверх следующего символа пишется '\0' и возвращается указатель на лексему. Каждый последующий вызов, в котором указатель s равен NULL, возвращает указатель на следующую лексему, которую функция будет искать сразу за концом предыдущей. Функция strtok возвращает NULL, если далее никакой лексемы не обнаружено. Параметр ct от вызова к вызову может варьироваться. Здесь и ниже под такими выражениями как cs<ct не следует понимать арифметическое сравнение указателей. Подразумевается лексикографическое сравнение, т. е. cs меньше (больше) ct, если первый несовпавший элемент в cs арифметически меньше (больше) соответствующего элемента из ct. — Примеч. ред.
B4. Математические функции: <math.h>
В заголовочном файле <math.h> описываются математические функции и определяются макросы. Макросы EDOM и ERANGE (находящиеся в <errno.h>) задают отличные от нуля целочисленные константы, используемые для фиксации ошибки области и ошибки диапазона; HUGE_VAL определена как положительное значение типа double. Ошибка области возникает, если аргумент выходит за область значений, для которой определена функция. Фиксация ошибки области осуществляется присвоением errno значения EDOM; возвращаемое значение зависит от реализации. Ошибка диапазона возникает тогда, когда результат функции не может быть представлен в виде double. В случае переполнения функция возвращает HUGE_VAL с правильным знаком и в errno устанавливается значение ERANGE. Если результат оказывается меньше, чем возможно представить данным типом, функция возвращает нуль, а устанавливается ли в этом случае errno в ERANGE, зависит от реализации. Далее x и y имеют тип double, n - тип int, и все функции возвращают значения типа double. Углы в тригонометрических функциях задаются в радианах.
B5. Функции общего назначения: <stdlib.h>
Заголовочный файл <stdlib.h> объявляет функции, предназначенные для преобразования чисел, запроса памяти и других задач. double atof(const char *s) atof переводит s в double; эквивалентна strtod(s, (char**) NULL). int atoi(const char *s) atoi переводит s в int; эквивалентна (int)strtol(s, (char**)NULL, 10). int atol(const char *s) atol переводит s в long; эквивалентна strtol(s, (char**) NULL, 10). double strtod(const char *s, char **endp) strtod преобразует первые символы строки s в double, игнорируя начальные символы-разделители; запоминает указатель на непреобразованный конец в *endp (если endp не NULL), при переполнении она выдает HUGE_VAL с соответствующим знаком, в случае, если результат оказывается меньше, чем возможно представить данным типом, возвращается 0; в обоих случаях в errno устанавливается ERANGE. long strtol(const char *s, char **endp, int base) strtol преобразует первые символы строки s в long, игнорируя начальные символы-разделители; запоминает указатель на непреобразованный конец в *endp (если endp не NULL). Если base находится в диапазоне от 2 до 36, то преобразование делается в предположении, что на входе - запись числа по основанию base. Если base равно нулю, то основанием числа считается 8, 10 или 16; число, начинающееся с цифры 0, считается восьмеричным, а с 0x или 0X - шестнадцатеричным. Цифры от 10 до base-1 записываются начальными буквами латинского алфавита в любом регистре. При основании, равном 16, в начале числа разрешается помещать 0x или 0X. В случае переполнения функция возвращает LONG_MAX или LONG_MIN (в зависимости от знака), a в errno устанавливается ERANGE. unsigned long strtoul(const char *s, char **endp, int base) strtoul работает так же, как и strtol, с той лишь разницей, что возвращает результат типа unsigned long, а в случае переполнения - ULONG_MAX. int rand(void) rand выдает псевдослучайное число в диапазоне от 0 до RAND_MAX; RAND_MAX не меньше 32767. void srand(unsigned int seed) srand использует seed в качестве семени для новой последовательности псевдослучайных чисел. Изначально параметр seed равен 1. void *calloc(size_t nobj, size_t size) calloc возвращает указатель на место в памяти, отведенное для массива nobj объектов, каждый из которых размера size, или, если памяти запрашиваемого объема нет, NULL. Выделенная область памяти обнуляется. void *malloc(size_t size) malloc возвращает указатель на место в памяти для объекта размера size или, если памяти запрашиваемого объема нет, NULL. Выделенная область памяти не инициализируется. void *realloc(void *p, size_t size) realloc заменяет на size размер объекта, на который указывает p. Для части, размер которой равен наименьшему из старого и нового размеров, содержимое не изменяется. Если новый размер больше старого, дополнительное пространство не инициализируется, realloc возвращает указатель на новое место памяти или, если требования не могут быть удовлетворены, NULL (*p при этом не изменяется). void free(void *р) free освобождает область памяти, на которую указывает p; эта функция ничего не делает, если p равно NULL. В p должен стоять указатель на область памяти, ранее выделенную одной из функций: calloc, malloc или realloc. void abort(void *р) abort вызывает аварийное завершение программы, ее действия эквивалентны вызову raise (SIGABRT). void exit(int status) exit вызывает нормальное завершение программ
|
