Programování v jazyce C pro chemiky
(C2160)
10. Preprocesor, nástroj Make,
grafická knihovna g2
2
Preprocesor jazyka C
●
Zdrojový text programu je před kompilací zpracován
preprocesorem, který provede vložení externích souborů,
vynechání částí kódu, substituci vybraných slov, odstranění
komentářů atd.
●
Soubor se po zpracování preprocesorem nikde neukládá, ale je
přímo předán překladači jazyka C
●
Chceme-li spustit preprocesor samostatně a prohlédnout si
zpracovaný soubor, spustíme kompilátor s parametrem -E
gcc -E vstupni_soubor -o vystupni_soubor (viz man gcc)
nebo spustíme přímo preprocesor:
cpp vstupni_soubor vystupni_soubor (viz man cpp)
●
Činnost preprocesoru je řízena direktivami preprocesoru, každá
direktiva preprocesoru začíná znakem #, direktivy mají zcela
odlišnou syntaxi než příkazy jazyka C (např. se neukončují
středníkem)
●
Další informace:
https://en.wikipedia.org/wiki/C_preprocessor
https://www.cprogramming.com/tutorial/cpreprocessor.html
3
Direktiva vložení souboru #include
●
Direktiva #include slouží k vložení souboru
●
Jméno souboru píšeme v lomených závorkách nebo v uvozovkách:
#include <stdio.h>
#include "../include/prog.h"
●
Je-li jméno souboru uvedeno v lomených závorkách, je vkládaný
soubor hledán ve standardních systémových adresářích
(zpravidla /usr/include)
●
Je-li jméno souboru uvedeno v uvozovkách, hledá se soubor v
adresáři, ve kterém se nachází volající soubor
●
Pokud specifikujeme celou cestu k souboru, nezáleží na tom, kterou
metodu zápisu použijeme (obvyklé jsou uvozovky)
●
Direktivu #include používáme nejčastěji pro vkládání
tzv. hlavičkových souborů, které obsahují deklarace funkcí, typů a
globálních proměnných
●
Hlavičkové soubory mívají obvykle koncovku .h
4
Direktiva definující makro #define
●
Direktiva #define slouží k definování tzv. makra
#define JMENO_MAKRA libovolny text rozvoje
●
Direktiva způsobí, že preprocesor nahradí každý výskyt slova
JMENO_MAKRA textem libovolny text rozvoje
●
Nahrazovaný text může být libovolně dlouhý včetně mezer; pokud
pokračuje na dalším řádku musí být na konci řádku zpětné lomítko
#define DLOUHE_MAKRO Tady je nejaky text, který \
se nevejde na jeden radek
●
Substituce definovaná makrem se začne uplatňovat až od řádku
na němž je makro definováno
●
Platnost makra lze zrušit direktivou #undef, od toho okamžiku
nebude výskyt JMENO_MAKRA ničím substituován
#undef JMENO_MAKRA
●
Direktivy #define zpravidla zapisujeme na začátek programu a
jejich platnost trvá od daného místa až do konce souboru
5
Symbolické konstanty
●
Direktiva #define se často používá ke specifikaci tzv. symbolických
konstant, kdy nahrazovaným textem je číslo, znak nebo řetězec:
#define MAX_ATOMS 1000
#define PROGRAM_NAME "Muj programek"
#define SEPARATOR '='
#define NUMBER_PI 3.14159
#define DOUBLE_PI (2 * 3.14159)
●
Jména symbolických konstant zpravidla zapisujeme velkými
písmeny
●
Symbolické konstanty slouží ke zpřehlednění k programu, navíc
umožňují snadnou změnu jejich hodnoty na jednom místě (v
definici symbolické konstanty)
●
Pokud je to možné, dáváme v praxi přednost použití globálních
proměnných místo symbolických konstant (většinou je pak
definujeme jako konstantní pomocí const), např:
const char[] program_name = "Muj programek";
●
Symbolické konstanty používáme tam, kde nelze či není vhodné
proměnnou použít (např. při specifikaci velikosti pole, v příkazu
switch), nebo by použití proměnné vedlo ke zpomalení programu
6
Direktivy podmíněného překladu
●
Direktiva #if zajistí, že určitá část programu bude překládána jen
při splnění podmínky (jinak se ignoruje)
●
Direktiva #if se často kombinuje s výrazem
defined(JMENO_MAKRA), který vrací pravdivou hodnotu, pokud
bylo makro JMENO_MAKRA dříve definováno pomocí #define;
existuje též zkrácená forma #ifdef a #ifndef
●
Direktiva #error zajistí výpis textové zprávy a přerušení překladu:
#error Tady je nejaky text, ktery kompilator vypise na vystup
#define WIN32
#ifdef WIN32
#include <windows.h>
#else
#include <unistd.h>
#endif
#if 0
// Zde muze byt nejaky kod v jazyce C, ktery chceme vynechat
// Zmenime-li 0 na 1, pak se kod opet bude prekladat
#endif
7
Knihovny
●
Knihovny jsou části programového kódu (především funkce)
vytvořené jinými programátory pro použití v dalších programech
●
Knihovna je tvořena souborem (pod UNIXem *.a, *.so, pod
Windows *.lib, *.dll), soubory knihoven bývají zpravidla uloženy ve
specifickém adresáři (v UNIXu především /usr/lib, pod Windows
především C:\windows\system32)
●
Pod UNIXem začíná název souboru knihovny vždy slovem lib, pak
následuje jméno knihovny, koncovka (.a nebo .so) a případně
specifikace verze (např.: libc.a, libm.so, libGL.so.1.0)
●
Ke knihovnám jsou dodávány hlavičkové soubory (*.h) které
obsahují deklarace funkcí obsažených v knihovně. K jedné
knihovně může příslušet několik hlavičkových souborů, hlavičkové
soubory knihoven se pod UNIXem nachází především v adresáři
/usr/include a jeho podadresářích
●
Při použití knihovny musíme vložit hlavičkové soubory pomocí
direktivy #include a při překladu specifikovat jméno knihovny
●
Více informací: http://en.wikipedia.org/wiki/Library_(computing)
8
Standardní knihovna jazyka C
●
Součást všech překladačů jazyka C je standardní knihovna jazyka C,
která obsahuje funkce pro práci se soubory, řetězci a podobně
●
Standardní knihovna se automaticky připojí ke každému programu,
není potřeba ji specifikovat, musíme však vždy na začátek
programu vložit příslušný hlavičkový soubor, např.:
assert.h - obsahuje makro assert() pro ladění programu
ctype.h - práce se znaky
errno.h - číselné kódy chyb
float.h - makra definující max. a min. pro reálná čísla a pod.
limits.h - makra definující max. a min. pro celá čísla a pod.
stdio.h - souborový a standardní vstup a výstup
stdlib.h - základní knihovní funkce, alokace paměti a pod.
string.h - funkce pro práci s řetězci
time.h - funkce pro práci s časem
●
Více informací: https://en.wikipedia.org/wiki/C_library
●
K překladačům jazyka C je také standardně dodávána matematická
knihovna, hlavičkový soubor pro matematickou knihovnu je math.h
●
Pro použití funkcí matematické knihovny musíme vložit hlavičkový
soubor a při kompilaci použít parametr -lm (malé L)
●
Seznam matematických funkcí:
https://en.wikipedia.org/wiki/C_mathematical_functions
9
Make
●
Nástroj make slouží k automatizovanému překladu programů
●
Překlad se řídí instrukcemi zapsanými v souboru Makefile nebo
makefile
●
Jméno cíle (tj. jméno spustitelného souboru) zakončujeme
dvojtečkou, pak uvádíme jména závislostí (prerekvizit) oddělených
mezerou - jedná se zpravidla o zdrojový soubor s programem
●
Dále uvádíme příkazy, každý na samostatném řádku, na začátku
řádku musí být znak tabulátoru
●
Překlad spustíme příkazem make jmeno_cile, spustíme-li make
bez uvedení názvu cíle, provede se první cíl
●
Více informací:
https://en.wikipedia.org/wiki/Make_(software)
# Soubor muze obsahovat komentare, ktere zacinaji krizkem
# Budeme kompilovat soubor helloworld.c a vytvorime
# spustitelny soubor helloworld
helloworld: helloworld.c
gcc -o helloworld helloworld.c
Zde musí být tabulátor, ne mezery!
10
Parametry překladače gcc
●
Pro překlad programu v jazyce C používáme pod UNIXem zpravidla
překladač gcc: gcc -o spustitelny_soubor zdrojovy_soubor.c
●
Při překladu lze navíc použít následující parametry:
-Wall – vypisuje upozornění (warnings) na možné problémy v
programu
-pedantic – vypisuje upozornění požadovaná standardem ISO C
-std=standard – specifikuje standard jazyka C, ve kterém je
program napsán (např.: -std=c89, -std=c99, -std=c11)
-Idir – (velké I) přidá adresář dir do seznamu adresářů, ve kterých
se hledají standardní hlavičkové soubory (tj. soubory vložené
pomocí #include <file.h>, nikoliv #include "file.h")
-Ldir – přidá adresář dir do seznamu adresářů, ve kterých se
hledají knihovny
-lname – (malé L) přidá knihovnu, knihovna se musí nacházet v
systémových adresářích nebo adresáři specifikovaném -L, soubor
s knihovnou se musí jmenovat libname.a či libname.so
●
Při vývoji programů je vhodné používat parametry -std=c99 -Wall
a -pedantic které upozorní na problémy v programu
●
Další užitečné parametry jsou -o, -c, -D, -g, -s, -O (více: man gcc)
11
Knihovna g2
●
Knihovna g2 nabízí funkce pro 2D kreslení a tak umožňuje tvorbu
jednoduchých grafických programů
●
Při kompilaci musíme specifikovat použití knihoven pomocí
parametru -l (malé L). Kromě knihovny g2 můžeme v našem kódu
potřebovat například matematickou knihovnu, tedy: -lg2 -lm
●
Celý příkazový řádek může vypadat např. následovně:
gcc -std=c99 -Wall -pedantic -o spustitelny_soubor
zdrojovy_soubor.c -lg2 -lm
12
Knihovna g2
●
Pro základní práci s knihovnou g2 v UNIXovém prostředí je potřeba
vložit hlavičkové soubory g2.h a g2_X11.h
●
Funkcí g2_open_X11() otevřeme okno, do něhož budeme kreslit;
funkce přijímá dva parametry (šířku a výšku okna v pixelech), vrací
číslo identifikující výstupní zařízení (tj. okno)
int g2_open_X11(int width, int height)
●
Okno zavřeme funkcí g2_close()
void g2_close(int win)
●
Dokumentace: https://is.muni.cz/www/ttrnka/g2/modules.html
#include <g2.h>
#include <g2_X11.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int win = 0;
win = g2_open_X11(400, 300); // Otevreme okno
g2_line(win, 10, 10, 390, 290); // Kreslime caru
getchar(); // Cekame na vstup znaku z klavesnice
g2_close(win); // Zavreme okno
return 0;
}
13
Knihovna g2 – funkce pro kreslení
void g2_line(int win, double x1, double y1, double x2, double y2)
●
Kreslí čáru z bodu x1, y1 do bodu x2, y2
●
Parametr win je identifikátor okna (tj. návratová hodnota funkce
g2_open_X11())
●
Parametry x1, y1, x2, y2 jsou souřadnice v pixelech (obrazových
bodech), při kreslení do okna jsou vždy celočíselné (i když jsou
typu double), levý dolní roh okna má souřadnice 0, 0
void g2_set_line_width(int win, double w)
●
Nastaví šířku čáry v pixelech, kterou budou používat kreslící
funkce
void g2_rectangle(int win, double x1, double y1,
double x2, double y2)
●
Kreslí obdélník s protilehlými rohy v pozicích x1, y1 a x2, y2
void g2_filled_rectangle(int win, double x1, double y1,
double x2, double y2)
●
Kreslí vyplněný obdélník
14
Knihovna g2 – funkce pro kreslení
void g2_circle(int win, double x, double y, double r)
void g2_filled_circle(int win, double x, double y, double r)
●
Kreslí kružnici se středem v x, y a poloměrem r
void g2_ellipse(int win, double x, double y, double r1, double r2)
void g2_filled_ellipse(int win, double x, double y,
double r1, double r2)
●
Kreslí elipsu se středem v x, y a délkou hlavní a vedlejší poloosy
r1 a r2
void g2_arc(int win, double x, double y,
double r1, double r2, double a1, double, a2)
void g2_filled_arc(int win, double x, double y,
double r1, double r2, double a1, double, a2)
●
Kreslí eliptickou výseč se středem elipsy v x, y, délkou hlavní a
vedlejší poloosy r1 a r2, počátečním úhlem a1 a koncovým úhlem
a2 (úhly se udávají ve stupních, tj. v rozsahu 0 až 360)
●
Funkce obsahující v názvu filled kreslí vždy vyplněný obrazec
15
Knihovna g2 – funkce pro kreslení
void g2_set_font_size(int win, double size)
●
Nastaví velikost fontu pro kreslení textu (velikost je v pixelech)
void g2_string(int win, double x, double y, const char *text)
●
Kreslí text řetězce text na pozici x,y
void g2_pen(int win, int color)
●
Nastaví aktuální barvu kterou pro kreslení, kterou použijí všechny
dále volané kreslící funkce; hodnoty 0 až 26 reprezentují
předdefinované barvy (např. 0 bílá, 1 černá, 3 modrá, 7 zelená,
19 červená, 25 žlutá), dále lze definovat uživatelské barvy pomocí
g2_ink()
int g2_ink(int win, double red, double green, double blue)
●
Vytvoří uživatelsky definovanou barvu na základě hodnot intenzity
červené, zelené a modré (hodnoty v rozsahu 0.0 až 1.0), vrací
číslo identifikující barvu, které lze použít ve funkci g2_pen()
16
Knihovna g2 – praktická práce s barvami
●
Pokud používáme uživatelsky definované barvy, musíme nejdříve
barvu vytvořit funkcí g2_ink() a potom ji nastavit funkcí
g2_pen(), pak kreslíme objekty příslušnou barvou
●
Můžeme použít dva přístupy:

pro každou barvu definujeme proměnnou, uložíme do ní číslo
barvy vytvořené funkcí g2_ink() a potom tyto proměnné
používáme při volání g2_pen():

případně můžeme g2_ink() volat přímo v argumentu g2_pen():
int color1 = 0, color2 = 0;
color1 = g2_ink(win, 0.5, 1.0, 1.0);
color2 = g2_ink(win, 1.0, 0.4, 0.8);
g2_pen(win, color1);
// Nasleduji kreslici funkce, kresli se barvou color1
g2_pen(win, color2);
// Kresleni barvou color2
g2_pen(win, g2_ink(win, 0.5, 1.0, 1.0));
// Nasleduji kreslici funkce, ktere budou
// kreslit prislusnou barvou
17
Dodržujte následující pravidla
●
Pro překlad programů používejte nástroj make
●
Vyplněné objekty vykreslujte s tloušťkou čáry 0, jinak by byl objekt
větší o polovinu tloušťky čáry
●
Při použití operátoru dělení si ujasněte, zda dochází k
celočíselnému nebo reálnému dělení
18
Úlohy – část 1
1. Vytvořte program, který pomocí knihovny g2 nakreslí vše přibližně tak,
jak je uvedeno na prvním obrázku. 3 body
2. Vytvořte program, který nakreslí kruh se střídajícími se modrými a
červenými segmenty (viz druhý obrázek). Počet segmentů bude
specifikován na příkazovém řádku. 1 bod
3. Vytvořte program, který nakreslí segmenty se střídající se modrou a
červenou barvou (viz třetí obrázek). Celkový počet segmentů a počet
segmentů na jednom řádku bude specifikován na příkazovém řádku
(obrázek dole je tvořen 220 segmenty, 30 na řádku). 1 bod