Deo zbornika Uvod u programiranje kroz C

Primer: Farenhajt-Celzijus program

Slijedeći program koristi formulu C=(5/9)(F-32) da ispiše tablicu temperatura u Fahrenheitovim stupnjevima i njihove ekvivalente u Celsiusovim:

Program se sastoji od definicije funkcije pod imenom main. Program uvodi dosta novih ideja, uključujući komentare, deklaracije, varijable, aritmetičke izraze, petlje i formatirani izlaz.

#include <stdio.h>

/* Ispiši Fahrenheit-Celsius tablicu za fahr=0, 20, 40, ..., 300 */
main()
{
    int fahr, celsius;
    int lower, upper, step;
    lower = 0;    /* donja granica tablice tempreratura */
    upper = 300;  /* gornja granica */
    step = 20;
    fahr = lower;
    while (fahr <= upper) {
        celsius = 5 * (fahr - 32) / 9;
        printf("%d\t%d\n", fahr, celsius);
        fahr = fahr + step;
    }
}

Tumačenje programa

Linija

/* Ispiši Fahrenheit-Celsius tablicu za fahr=0, 20, 40, ..., 300 */

predstavlja komentar, koji u prikazanom primjeru pojašnjava što program točno radi. Bilo koje znakove između /* i */ prevoditelj ne prepoznaje; oni se slobodno mogu upotrebljavati kako bi se program lakše razumijevao.

Varijable

U C-u sve varijable moraju biti prijavljene prije upotrebe, najčešće na početku funkcije, prije bilo koje izvršne naredbe. Deklaracija prijavljuje osobine varijabli; ona se sastoji iz imena tipa i liste varijabli kao npr.:

int fahr, celsius;
int lower, upper, step;

Tip int znači da su navedene varijable cijeli brojevi, za razliku od funkcije float, koja označava realne brojeve, tj. brojeve koji mogu imati decimalni dio. Opseg obaju tipova, i int i float, zavisi o mogućnostima računala na kojemu radite: 16-bitni int brojevi imaju opseg [-32768 - 32767], a jednostavni su kao i 32-bitni. Tipična dužina float broja je 32 bita, sa posljednjih šest značajnih znamenki i najčešćom vrijednošću između [10-38 - 10+38].

Izračunavanje programa konverzije temperature počinje s naredbama dodjele

lower=0;
upper=300;
step=20;
fahr=lower;

koji predstavljaju varijable na početne vrijednosti. Pojedinačne naredbe se završavaju točkom-zarezom.

Petlja

Svaka linija u tablici izračunava se na isti način, pa zato koristimo petlju koja se ponavlja jednom po izlaznoj liniji; to je svrha while petlje.

while(fahr<=upper){
  ...
}

Petlja while radi na slijedeći način: Uvjet u zagradi se provjeri. Ako je ispunjen (fahr je manji ili jednak upper), tijelo petlje (tri naredbe unutar vitičastih zagrada) se izvršavaju. Zatim se uvjet nanovo testira, i ako je ispunjen, ponovno se izvršavaju. Kada uvjet ne bude istinit (fahr dosegne upper), petlja se završava, a izvršenje programa nastavlja prvom naredbom iza petlje. Kako u prikazanom programu nema više naredbi, on se završava. Tijelo while petlje može biti jedna ili više naredbi u zagradama (vitičastim), kao u programu za pretvaranje temperatura ili jedna naredba bez zagrada, kao

while(i<j)
  i=2*i;

U oba slučaja, naredbe kontrolirane pomoću while uvučene su tabulatorom (ma koliko razmaka on iznosio) tako da su lako uočljive. Ovakvo lociranje ističe logičku strukturu programa. Iako C prevoditelji ne vode računa o tome kako program izgleda, pravilno definiranje i dimenzioniranje bitno je radi čitljivosti programa.

Najveći dio posla obavi se u tijelu petlje. Celsiusova temperatura se izračunava i pridjeljuje varijabli celsius naredbom:

celsius=5*(fahr-32)/9;

Razlog množenja s 5 i dijeljenja s 9 umjesto samo množenja s 5/9 je da u se C-u, kao i u mnogim jezicima, kao rezultat dijeljenja dva cijela broja dobiva cijeli broj i ostatak koji se odbacuje. Kako su 5 i 9 cijeli brojevi, 5/9 bio bi jednak nuli, te bi sve Celsiusove temperature bile nula.

Ovaj princip također pokazuje malo bolje kako printf radi.

Štampanje

Funkcija printf je izlazna formatirajuća funkcija opće namjene. Njen prvi argument je niz znakova za ispis, koji svakim % pokazuje gdje su neki od slijedećih argumenata zamijenjeni i u kojoj će formi biti ispisana. Npr. %d određuje cjelobrojni argument, tako da naredba

printf("%d\t%d\n", fahr, celsius);

ispisuje vrijednosti dvaju cijelih brojeva fahr i celsius, sa tabulatorom (\t) između njih.

Svaka % konstrukcija u prvom argumentu printf-a je u skladu s argumentima iza navodnika (drugim, trećim, …); oni moraju biti složeni točno po tipu i broju, inače ispis neće biti korektan.

Uzgred, printf nije dio C-a; ne postoji ulaz i izlaz definiran u samom C-u. Funkcija printf je iz standardne biblioteke funkcija koje su dostupne C programima. Rad printf funkcije je definiran prema ANSI standardu, pa su njene osobine iste kod svih prevoditelja koji mu odgovaraju.

Poboljšana verzija

Postoji nekoliko problema u vezi s programom za pretvaranje temperature. Najjednostavniji je vezan uz izgled izlaznog dokumenta jer brojevi nisu udesno poravnati. To je lako riješiti; ako povećamo svaki %d u printf naredbi po širini, ispisani brojevi će biti poravnati s desne strane u svojim poljima. Npr. mogli smo kazati

printf("%3d %6d\n", fahr, celsius);

da bi se ispisao prvi broj svake linije u polju širokom tri znamenke, te drugi u polju širokom šest znamenki.

Ozbiljniji problem nalazi se u činjenici da koristimo aritmetiku cijelih brojeva, pa Celsiusove temperature nisu baš egzaktne; npr., 0^oF jest zapravo -17.8^oC, a ne -17. U cilju rješavanja ovakovih problema, potrebno je upotrebljavati aritmetiku realnih brojeva (brojevi s pokretnom decimalnom točkom). To zahtjeva određene izmjene u programu:

#include <stdio.h>
/* Ispiši Fahrenheit-Celsius tablicu za fahr=0, 20, 40, ..., 300 */
main()
{
    float fahr, celsius;
    int lower, upper, step;
    lower = 0;
    /* donja granica tablice tempreratura */
    upper = 300; /* gornja granica */
    step = 20;
    fahr = lower;
    while (fahr <= upper) {
        celsius = (5.0 / 9.0) * (fahr - 32);
        printf("%3.0f %6.1f\n", fahr, celsius);
        fahr = fahr + step;
    }
}

Ova verzija je jako slična prethodnoj, osim što su varijable fahr i celsius tipa float, a izraz za konverziju napisan prirodnije. Nismo bili u prilici koristiti 5/9 u ranijoj verziji, jer bi dijeljenje cijelih brojeva dalo vrijednost nula. Decimalna točka u konstanti kaže da je to realan broj, pa 5.0/9.0 ne daje nulu jer je to odnos dviju realnih veličina.

Konverzija brojeva

Ako aritmetički operator ima cjelobrojne operande, obavlja se operacija sa cijelim brojevima. Ako aritmetički operator ima jedan realan broj kao operand, a cijeli broj kao drugi, cijeli će se broj pretvoriti u realni da bi se operacija izvela kako treba. Ako napišemo fahr-32, 32 će biti pretvoreno u realan broj. Ipak, blaga je preporuka da se realni brojevi pišu s eksplicitnim decimalnim točkama čak i kad imaju vrijednosti kao cjelobrojni, jer tako naglašavamo njihovu realnu prirodu.

Primijetimo da naredba

fahr=lower;

i uvjet

while(fahr<=upper)

djeluje na isti način - int se pretvara u float prije negoli se obavi operacija.

Parametri štampanja

Parametar printf pretvorbe %3.0f nam kaže da realni broj (u ovom slučaju fahr) treba biti ispisan sa zauzećem najviše tri znaka, bez decimalne točke i decimalnih znamenki. Parametar %6.1 opisuje drugi broj (celsius) koji treba biti ispisan u najviše šest znakova, s jednom znamenkom iza decimalne točke.

Širina i točnost ne moraju biti navedene: %6f kaže da broj mora biti širok najviše šest znakova; %.2f određuje dva znaka iza decimalne točke, ali širina nije naglašena; %f jedino kazuje kako se radi o broju s pomičnom decimalnom točkom.

%d      ispiši kao decimalni cijeli broj
%6d     ispiši kao decimalni cijeli broj, širok najviše šest znakova
%f      ispiši kao realan broj
%6f     ispiši kao realan broj, širok najviše šest znakova
%.2f    ispiši kao realan broj, sa dva znaka iza decimalne točke
%6.2f   ispiši kao realan broj, širok najviše šest znakova, sa dva znaka iza decimalne točke

Između ostalog, printf prepoznaje %0 kao oktalni broj, %x kao heksadecimalni, %c kao znak, %s kao niz znakova i %% kao %.

Vežbe

Vježba 1-3. Izmijenite program pretvorbe temperature da ispisuje zaglavlje iznad tablice.

Vježba 1-4. Napišite odgovarajući program za ispis tablice pretvorbe Celsiusovih u Fahrenheitove stupnjeve.

Izvor: Brian Kernighan i Dennis Ritchie, Programski jezik C