Προγραμματισμός Ι: Γλώσσα Προγραμματισμού C

Transcript

1 Προγραμματισμός Ι: Γλώσσα Προγραμματισμού C ρ. Ηλίας Κ. Σάββας, Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής Τ.Ε., T.E.I. Θεσσαλίας savvas@teilar.gr Σε σχέση με εμένα Όνομα: Ηλίας Κ. Σάββας Αναπληρωτής Καθηγητής Μαθήματα που διδάσκω: Προγ/μός HY, Δομές Δεδομένων και Αρχεία, Θεωρία Αλγορίθμων, Παράλληλος και Κατανεμημένος Προγραμματισμός, Εξόρυξη Γνώσης. Πτυχίο Μαθηματικών, Α.Π.Θ., MSc: Computer Science, University of Dundee, Scotland, PhD: Computer Science, UCD, Ireland, (Scheduling and Assignment of CPU-Intensive Tasks on Large Heterogeneous Distributed Systems), Εισαγωγή στην C 2 Σε σχέση με το μάθημα 1. Εισαγωγή στην C, 2. Συναρτήσεις Εισόδου / Εξόδου, 3. Μεταβλητές και Σταθερές, 4. Αριθμητική και C, 5. Προτάσεις με Συνθήκες - Conditional Statements, 6. Επαναληπτικές Δομές - Repetition Statements, 7. Πίνακες (μίας και δύο διαστάσεων), 8. Συναρτήσεις, 9. Δομές, 10. Δείκτες και Δυναμική Διαχείριση Μνήμης, 11. Αρχεία. Εισαγωγή στην C 3 1

2 Η Γλώσσα Προγ/μού C Εισήγηση #1: Ιστορική Αναδρομή Γλωσσών Προγραμματισμού, Γιατί C?, Εγκαθιστώντας την C, Τα πρώτα μας προγράμματα, Πώς να μεταφράζουμε (compile) και εκτελούμε - τρέχουμε (execute - run) προγράμματα. Εισαγωγή στην C 4 Ιστορική Αναδρομή Γλωσσών Προγραμματισμού 1958: FORTRAN (FOrmula TRANslation) Η ΠΡΩΤΗ Γλώσσα Προγραμματισμού, Προσανατολισμός: Μαθηματικά 1959: COBOL (COmmon Business Oriented Language) Η δεύτερη ΓΠ, Προσανατολισμός: Διαχείριση Αρχείων, 1964: BASIC Απλή και εύκολη, 1967: SIMULA - Προσομοιώσεις, Αντικείμενα Εισαγωγή στην C 5 Ιστορική Αναδρομή Γλωσσών Προγραμματισμού BCPL + B C Procedural language, Compilers & Λειτουργικά Συστήματα (Operating Systems), SW (1972 DEC PDP-11, Bell Laboratories) Pascal Αλγοριθμική, η C στην εκπαίδευση, Αντικειμενοστραφείς / Συναρτησιακές Modula, ADA, C++, Java, Lisp, Prolog, Scheme, ML, Python, Ruby,... Εισαγωγή στην C 6 2

3 Γιατί C? Πλεονεκτήματα της C: UNIX operating systems (Linux, Solaris) βασίζονται στην C, Συμβατή με όλους τους τύπους ΗΥ, Λακωνική (μικρός αριθμός δεσμευμένων λέξεων - reserved words ), Διαδικαστική, Υψηλού και ταυτόχρονα και χαμηλού επιπέδου, Ιδιαίτερα γρήγορα εκτελέσιμα αρχεία, Εισαγωγή στην C 7 Πως Μπορώ να Εγκαταστήσω την C? Linux ΛΣ? Κανένα πρόβλημα... ο gcc compiler είναι ήδη εκεί! Windows ΛΣ? Κατέβασμα και εγκατάσταση (Download and install) CYGWIN: Cygwin δημιουργεί ένα Linux-like περιβάλλον για Windows. gcc for windows, Οποιαδήποτε ελεύθερη C από το WEB, π.χ. Εισαγωγή στην C 8 Βιβλιογραφία Β. Kernigham, D. Ritchie, C Programming Language, H. M. Deitel, P. J. Deitel, C: How To Program, Prentice-Hall, Inc., New Jersey, USA, 1998, A. Kelley, and I. Pohl, C by Dissection, Addison Wesley Longman, 2001, H. Schildt, C: The Complete Reference, Fourth Edition, McGraw Hill, 2000, World Wide Web Εισαγωγή στην C 9 3

4 Και Τώρα... Το Πρώτο μας Πρόγραμμα printf( \n Γεια σας.. ); printf( \n Καλωσορίσατε στον κόσμο της C!\n ); Εισαγωγή στην C 10 Το Πρώτο μας Πρόγραμμα??? Και Λοιπόν? Πως Μπορώ να το Κάνω να Δουλέψει??? Η Διαδικασία: Βεβαιώσου ότι κατάλαβες το πρόβλημα Δημιούργησε έναν αλγόριθμο που να το λύνει Κωδικοποίησε τον αλγόριθμο σε C Δοκίμασε τον (Πηγαίο Source) κώδικα ΑΥΤΌ ΗΤΑΝ ΟΛΟ!! Λέξεις Κλειδιά: αλγόριθμος, πηγαίος κώδικας Εισαγωγή στην C 11 Αλγόριθμοι... (Niklaus Wirth: Προγράμματα = αλγόριθμοι + δεδομένα) Στα Μαθηματικά, Πληροφορική και σε άλλες σχετικές επιστήμες, ο αλγόριθμος (η λέξη προέρχεται από το όνομα του Μαθηματικού al-khwārizmī και μεταφέρθηκε στον σύγχρονο κόσμο ώστε να ταιριάζει και με την Ελληνική λέξη αριθμός) αποτελεί μία αποτελεσματική μέθοδο για την επίλυση προβλημάτων χρησιμοποιώντας ένα πεπερασμένο αριθμό βημάτων, Εισαγωγή στην C 12 4

5 Αλγόριθμοι Ο κάθε αλγόριθμος αποτελείται από μία σειρά πολύ καλά ορισμένων οδηγιών για την επίλυση ενός προβλήματος. Ξεκινάει από μία αρχική κατάσταση, Εμπεριέχει οδηγίες (προτάσεις) οι οποίες περιγράφουν επακριβώς τους απαραίτητους υπολογισμούς / πράξεις, και Τελειώνει με ένα απολύτως σαφή τρόπο. Εισαγωγή στην C 13 Περιγραφή Αλγορίθμων Φυσική Γλώσσα: ιάγραμμα Ροής Flow Diagram Αρχή Διάβασε a, b Εάν a>b τότε Εκτύπωσε a Αλλιώς Εκτύπωσε b Τέλος_του_Εάν Τέλος Εισαγωγή στην C 14 Μία Πολύ Απλή Ερώτηση (?) Τι είναι ένα υπολογιστής (ΗΥ)? Ένας υπολογιστής είναι μία ηλεκτρική μηχανή, πιθανώς η πιο πολύπλοκη μηχανή που ανακαλύφτηκε ποτέ από τον άνθρωπο. Εάν όριζα το τι είναι ένα ΗΥ θα έλεγα: Εισαγωγή στην C 15 5

6 Υπολογιστής: Έχει συσκευές Εισόδου / Εξόδου. Έχει μία μονάδα επεξεργασίας (central processing unit CPU) η οποία εκτελεί τις αριθμητικές και λογικές πράξεις. Διαθέτει μνήμη ώστε να θυμάται προγράμματα, δεδομένα και πληροφορίες. Μπορεί να εκτελεί σειρές εντολών. Εισαγωγή στην C 16 Μία (κάπως περίεργη?) συγκριτική ματιά... Άνθρωπος: Εγκέφαλος, Μνήμη, Εξωτερική Μνήμη: Βιβλία, Βιβλιοθήκες, (υπολογιστές), Υπολογιστής: CPU, Μνήμη (RAM), Εξωτερική Μνήμη : Σκληροί Δίσκοι -Hard disks, CDs, DVDs,... Εισαγωγή στην C Μία (κάπως περίεργη?) συγκριτική ματιά Άνθρωπος: Είσοδος: Όραση, Ακοή,... Έξοδος: Γραφή, Ομιλία, Νευρικό Σύστημα Αλληλεπιδρά με το περιβάλλον (με βάση την αποκτηθείσα γνώση σχολείο, γονείς,...). Υπολογιστής: Είσοδος: Πληκτρολόγιο, Ποντίκι,... Έξοδος: Εκτυπωτής, Οθόνη, Control units Αλληλεπιδρά με το περιβάλλον (με βάση οδηγίες προγράμματα (software)). Εισαγωγή στην C 18 6

7 Τι Είναι Ένας Υπολογιστής? Μία ηλεκτρική μηχανή, Η οποία διαθέτει μονάδες εισόδου / εξόδου, Επίσης διαθέτει μία κεντρική μονάδα επεξεργασίας για τις αριθμητικές και λογικές πράξεις, Και φυσικά διαθέτει μνήμη για να αποθηκεύει τα προγράμματα, τα δεδομένα και άλλες πληροφορίες, και τέλος Είναι σε θέση να εκτελεί οδηγίες. Εισαγωγή στην C 19 Τι Είναι Ένα Πρόγραμμα? "Είναι σε θέση να εκτελεί οδηγίες, Ένα πρόγραμμα είναι ένα σύνολο οδηγιών τις οποίες η CPU μεταφράζει σαν αριθμητικές και λογικές πράξεις, Τα προγράμματα αποθηκεύονται στην μνήμη του ΗΥ και συνήθως περιέχουν δεδομένα και οδηγίες, Οι συσκευές Εισόδου/Εξόδου (input-output circuits -I/O) επιτρέπουν την μεταφορά δεδομένων (πληροφοριών) μεταξύ του ΗΥ και του εξωτερικού του περιβάλλοντος. Εισαγωγή στην C 20 Κωδικοποίηση (προγραμματισμός): 3 βήματα Edit: χρήση κάποιου ειδικού προγράμματος (editor) για την συγγραφή/τροποποίηση του προγράμματός μας, Compile: μετάφραση του προγράμματος και δημιουργία εκτελέσιμου κώδικα (εκτελέσιμο αρχείο), Εκτέλεση: Εκτέλεση (τρέξιμο) του προγράμματος και δοκιμή. Εισαγωγή στην C 21 7

8 Πάλι το Πτώτο μας Πρόγραμμα... printf( \n Γεια σας.. ); printf( \n Καλωσορίσατε στον κόσμο της C!\n ); ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ = Σύνολο οδηγιών (προτάσεων εντολών), Ο ΗΓΙΕΣ = Λέξεις που καταλαβαίνει η C. ΠΡΟΣΟΧΗ: όλες οι προτάσεις και δηλώσεις στην C τελειώνουν με ερωτηματικό (semicolon) <;>!!! Εισαγωγή στην C 22 Ανάλυση του Πρώτου μας Προγράμματος... Προεπεξεργαστής #include Header Files stdio.h, math.h Η συνάρτηση main με παραμέτρους ΚΑΜΙΑ!!! (για την ώρα) Άγκιστρα (braces): Σύνολο οδηγιών Γιατί return κάτι? Γιατί 0 επιστρέφεται από την συνάρτηση <main> στο Λειτουργικό Σύστημα! Εισαγωγή στην C Ανάλυση του Πρώτου μας Προγράμματος... Προεπεξεργαστής Το κυρίως πρόγραμμα Ξεκινάει ένα σύνολο οδηγιών printf( \n Γεια σας.. ); printf( \n Καλωσορίσατε στον κόσμο της C!\n ); Επιστρέφει την τιμή της συνάρτησης Τελειώνει ένα σύνολο οδηγιών Εισαγωγή στην C 24 8

9 ... Ανάλυση του Πρώτου μας Προγράμματος Έξοδος - Output: Η συνάρτηση pritnf() (print formatted) Εκτυπώνει συμβολοσειρές όπως: Καλωσορίσατε στον κόσμο της C! Αλλά εκτυπώνει και αριθμούς,... Μπορούμε να χρησιμοποιούμε τους ειδικούς χαρακτήρες όπως: \n = νέα γραμμή, \t = tab, Εισαγωγή στην C Ανάλυση του Πρώτου μας Προγράμματος... Προεπεξεργαστής Το κυρίως πρόγραμμα Ξεκινάει ένα σύνολο οδηγιών printf( \n Γεια σας.. ); printf( \n Καλωσορίσατε στον κόσμο της C!\n ); Έξοδος Επιστρέφει την τιμή της συνάρτησης Τελειώνει ένα σύνολο οδηγιών Εισαγωγή στην C 26 Εκτυπώσεις.. printf( \n Γεια σας.. ); printf( \n Καλωσορίσατε στον κόσμο της C!\n ); printf( \n Γεια σας.. \n Καλωσορίσατε στον κόσμο της C!\n ); Εισαγωγή στην C 27 9

10 Ερωτήσεις? printf( \n Γεια σας.. ); printf( \n Καλωσορίσατε στον κόσμο της C!\n ); Εισαγωγή στην C 28 Μετάφραση/Εκτέλεση Μετάφραση - Compile: gcc test.c -o test.out (Linux) gcc test.c -o test.exe (Windows) Εάν δεν υπάρχουν λάθη μπορούμε να το τρέξουμε (αλλιώς επιστροφή και διόρθωση του πηγαίου κώδικα - προγράμματος) Εκτέλεση: test.out (Linux) test.exe (Windows) Εισαγωγή στην C 29 Ένα Άλλο Πρόγραμμα printf( \n\tη C\n\n είναι πολύ απλή και ); printf( \n χρήσιμη γλώσσα προγραμματισμού.\n ); printf( \n Άλλες βασισμένες στη C γλώσσες: ); printf( \n\tc++, \n\tjava, \n\tc# \n\td ); printf( \n\t και πολλές ακόμη \n\n ); Εισαγωγή στην C 30 10

11 Εκτελώντας το Πρόγραμμα Η C είναι πολύ απλή και χρήσιμη γλώσσα προγραμματισμού. Άλλες βασισμένες στη C γλώσσες: C++, Java, C# D και πολλές ακόμη Εισαγωγή στην C 31 Ασκήσεις... Γράψτε ένα πρόγραμμα το οποίο να εκτυπώνει το κείμενο «Αυτό είναι το πρώτο μου πρόγραμμα», Γράψτε ένα πρόγραμμα το οποίο να εκτυπώνει : ********** ********** ********** ********** Εισαγωγή στην C 32 Ένα Πιο Περίπλοκο Πρόγραμμα Πρόσθεση δύο ακεραίων: int a=3, b=7, sum; sum = a+b; printf( \n Άθροισμα=%d\n,sum); Ή αλλιώς: printf( \n 3+7=%d\n,3+7); Εισαγωγή στην C 33 11

12 Ανάλυση Μεταβλητές: da, b, sum, sum1, velocity, vat, force, b12, a1b Αλλά όχι 1a, s& Case sensitive a A Δήλωση Μεταβλητών: Ακέραιοι - Integers (int, short, long), Πραγματικοί - Real numbers (float, double) Εισαγωγή στην C 34 Αριθμητικοί Τελεστές Πρόσθεση + 5+4, a+b, 4+b, Αφαίρεση Πολλαπλασιασμός * Διαίρεση / Υπόλοιπο διαίρεσης % 5-4, a-b, 4-b, 5*4, a*b, 4*b, 5/4, a/b, 4/b, 5%4 (=1), a%b, 4%b, Εισαγωγή στην C 35 Σχολιάζοντας το πιο Περίπλοκο Πρόγραμμα Πρόσθεση δύο ακεραίων με μεταβλητές: int a=3, b=7, sum; sum =a+b; Ή αλλιώς: printf( \n 3+7=%d\n,3+7); printf( \n Άθροισμα=%d\n,sum); Εισαγωγή στην C 36 12

13 Τέλος της #1Εισήγησης Ερωτήσεις??? Χρησιμοποιήστε το εάν θέλετε να με ρωτήσετε οτιδήποτε: Εισαγωγή στην C 37 13