Programování v jazyce C pro chemiky
(C2160)
1. Úvod do C, příkaz podmínky
2
Historie jazyka C
Algol 60
CPL
BCPL
B
C
C++
D
1961
1960s
1966
1969
1969 -
1973
1979
2007
●
Jazyk C vyvinul Dennis Ritchie v AT&T Bell Labs v letech
1969–1973
●
Počátek vývoje C úzce spjat s počátky vývoje Unixu –
zpočátku byl Unix napsaný v assembleru, ale v roce 1973
byl přepsán do C
●
1978 – Brian Kernighan (AWK) a Dennis Ritchie publikovali
knihu "The C Programming Language" (K&R C)
●
1989–90 – standard ANSI X3.159-1989, ISO/IEC 9899:1990
– C89, C90, ISO C, ANSI C
●
1999 – ISO/IEC 9899:1999 – C99
●
2011 – ISO/IEC 9899:2011 – C11, 2017 oprava chyb (C17)
Zkratky:
ANSI – American National Standards Institute
ISO – International Organization for Standardization
IEC – International Electrotechnical Commission
3
Jazyk C
●
Jazyk C je široce používaný pro tvorbu operačních systémů,
aplikačních programů, počítačových her, programování
elektronických zařízení
●
Je široce využíván ve vědeckých oborech pro tvorbu výpočetně
náročných programů (společně s jazykem Fortran)
●
Ze syntaxe jazyka C vycházejí C++, Java, C#, JavaScript, PHP,
C shell (csh, tcsh)
Výhody:
●
Vysoká výpočetní rychlost a paměťová efektivita programů
●
Možnost nízkoúrovňových operací pro přímou komunikaci s
hardwarem (operační systémy, ovladače hardwaru)
●
Široká dostupnost kvalitních překladačů a knihoven
Nevýhody:
●
Minimum omezení, jazyk nechává programátora dělat cokoli, bez
ohledu na to, zda je to moudré – nepříliš vhodný jako první
programovací jazyk
●
Nutnost kompilace zdrojového kódu po každé změně v programu
4
Kompilace programu v C
●
Jazyk C patří mezi takzvané kompilované jazyky, to
znamená, že po vytvoření souboru se zdrojovým kódem
programu v C musíme spustit překladač (kompilátor), který
vygeneruje soubor se spustitelným kódem
●
Pod Linuxem je standardně dostupný kompilátor gcc,
kompilaci spustíme následujícím způsobem:
gcc -o spustitelny_soubor zdrojovy_soubor.c
Zdrojový soubor
obsahující kód programu v
jazyce C vytvoříme v
textovém editoru (soubory
mají obvykle koncovku .c)
Spustíme kompilátor
který ze zdrojového
souboru *.c vygeneruje
spustitelný soubor
Spustitelný soubor
obsahuje instrukce pro
procesor a lze ho
spustit např. z
příkazového řádku
5
Programátorský editor Kate
●
Editor Kate je programátorský editor který umožňuje
automatické odsazování textu, barevné označení klíčových slov
jazyka, vyznačení párování závorek a pod.
●
Pro správné odsazování textu odpovídající jazyku C je potřeba,
aby editovaný soubor měl koncovku .c
●
Kontrola párování závorek: pokud umístíme textový kurzor na
složenou nebo obyčejnou závorku, označí se příslušná párová
závorka (tučně a případně žlutou barvou)
●
Multiplatformní, dostupný ve Windows Store
6
Kompilace programu v C - příklad
●
Vytvořte složku, do které budete ukládat programy ze cvičení
●
Spusťte editor kate, napište výše uvedený program v jazyku C a
uložte ho do souboru helloworld.c
●
V okně terminálu přejděte do složky s vytvořeným souborem
helloworld.c a spusťte kompilátor: gcc -o helloworld helloworld.c
●
Kompilátor vygeneruje spustitelný soubor helloworld
●
V okně terminálu spusťte program: ./helloworld
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("Hello, World!\n");
return 0;
}
7
Chybové hlášky kompilátoru
●
Za funkci printf přidáme závorku navíc
●
Při překladu nahlásí kompilátor chybu
●
Uveden je popis chyby a číslo řádku
●
POZOR! – číslo řádku nemusí vždy odpovídat skutečné pozici
chyby, ale označuje místo, od kterého překlad nedává
kompilátoru smysl. Skutečná chyba se může nacházet na
některém z předešlých řádků.
●
Příklad: vynechejte středník za funkcí printf – chyba bude
nahlášena na následujícím řádku
●
Čísla řádků lze v Kate zobrazit: Menu: View / Show Line Numbers
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("Hello, World!\n"));
return 0;
}
8
Struktura programu v C
#include <stdio.h>
int main()
{
int a, b, c;
a = 2;
b = 3;
c = a + b;
printf("Soucet %i a %i je %i\n", a, b, c);
return 0;
}
Program pro sčítání dvou celých čísel:
Funkce
main() vrací
celočíselnou
(integer)
hodnotu
Definujeme 3 proměnné
celočíselného (integer) typu
Proměnné a přiřadíme
hodnotu 2, proměnné b 3
Proměnné c přiřadíme součet
hodnot proměnných a a b
Opuštění
funkce main
a ukončení
programu
Text vypisovaný na obrazovku. Formátovací prvky
%i slouží k výpisu obsahu proměnných. Speciální
znak \n slouží k odřádkování (tj. přechodu na nový
řádek).
Obsah proměnných a, b, c je předán
funkci printf(), která zajistí jejich
výpis. Každé předávané proměnné
musí odpovídat jeden formátovací
prvek %i.
Na začátku programu jsou vloženy
tzv. hlavičkové soubory. Soubor
stdio.h nám umožní používat funkci
printf() pro výstup na obrazovku
Funkcí main() začíná každý program
v C. Kód funkce je uzavřený ve
složených závorkách {}
Funkce
printf()
provede
výpis textu a
obsahu
proměnných
9
Struktura programu v jazyce C
●
Veškeré příkazy jazyka C jsou zapsány ve funkcích
●
Program začíná vždy funkcí main(), tuto funkci tedy musí
nezbytně obsahovat všechny programy napsané v jazyce C
●
Kód funkce je uzavřen ve složených závorkách {}
●
Každý příkaz je zakončen středníkem
●
Jazyk C je case-sensitive, tj. rozlišuje velká a malá písmena
(např. proměnná N vůbec nesouvisí s proměnnou n)
10
Komentáře v C
●
1. typ: použití dvou lomítek, vše za nimi až do konce řádku je
komentář (C99): // Vše za dvěma lomítky je komentář
●
2. typ: lze použít přes více řádků: /* Nějaký text komentáře */
// Komentar muze byt i mimo funkci
int main()
{
/* Samozrejme muze byt i ve funkci. Tento typ komentare
s lomitkem a hvezdickou muze pokracovat i pres vice radku */
int a, /* Dokonce i tady muze byt */ b, c;
a = 2; // Vse za dvema lomitky az do konce radku je komentar
b = 3; //Neni treba delat za lomitky mezeru, ale je to prehlednejsi
c = a + b;
//c = a – b; komentare lze pouzit i k docasnemu zneplatneni kodu
printf("Soucet %i a %i je %i\n", a, b, c);
/* Pokud je komentar viceradkovy, dava se
* nekdy na zacatek vsech radku hvezdicka.
* Neni to sice nutne, ale znacne to zprehlednuje
* text komentare, hlavne pokud je hodne dlouhy.
*/
return 0;
}
11
Mezery v C
●
Většinu mezer lze vynechat nebo libovolně přidávat, hlavně před a
po znacích =+-*/[](){}.,;:?<>&|~%"
●
Mezery nelze vkládat doprostřed názvů (např. funkcí, proměnných,
typů apod.)
●
Mezera je nezbytná k oddělení jména typu od jména proměnné
nebo funkce a také za příkazem return
●
Z důvodů přehlednosti je vhodné mezery hojně používat
int_main_(_)
{
int_a,_b,_count_;
a_=___2_;
b_=_3;
c_=_a_+_b;
printf_(_"Soucet %i a %i je %i\n",_a,_b_,_c_)_;
return_0;
}
_ mezery povinné
_ mezery nepovinné
12
Proměnné
●
Každá proměnná musí být před prvním použitím definována tj.
uveden typ a její jméno
●
Definici proměnné je vhodné uvádět na začátku funkce
●
Základní typy proměnných:
int - celá čísla (integer)
float – desetinná čísla (floating point number)
char – znak (character)
●
Při definici uvedeme jméno typu, mezeru a seznam proměnných
oddělených čárkou
●
Počáteční hodnotu proměnné lze nastavit pomocí = (mluvíme o tzv.
inicializaci proměnné)
int a, b, c; // definujeme tri celociselne promenne a, b, c
int d = 5; // definujeme promennou d a inicializujeme ji hodnotou 5
float m, p; // definujeme necelociselne promenne m a p
float g = 1.75; // definujeme promennou g a inicializujeme ji hodnotou 1.75
char z; // definujeme znakovou promennou z
int teplota, vlhkost; // jmeno promenne muze byt i delsi nez jeden znak
int partial_charge3; // muzeme pouzivat pismena, cislice, podtrzitko, ne
// vsak mezeru
int MaxValue; // lze pouzit i velka pismena
int maxValue; // toto je jiz jina promenna (jazykC je case-sensitive!)
13
Konstanty
●
Konstanty jsou číselné nebo znakové hodnoty, které používáme např.
pro přiřazení hodnot proměnným
●
Nejpoužívanější jsou následující konstanty:

Celočíselné konstanty zapisujeme jako běžná čísla (např. 1, -4,
178)

Reálné konstanty zapisujeme s desetinnou tečkou (1.14, -58.146)

Znakové konstanty zapisujeme jako jeden znak uvedený
v apostrofech (např. 'A', 'r')
●
Konstanty používáme např. pro inicializaci proměnných; pro každou
proměnnou používáme odpovídající typ konstanty (tj. pro reálnou
proměnnou použijeme reálnou konstantu, pro znakovou proměnnou
použijeme znakovou konstantu atd.)
●
Všechny proměnné bychom měli vždy inicializovat vhodnou
implicitní hodnotou (často 0)
int d = 5; // inicializace celociselne promenne celociselnou konstantou
int a = 0, b = 0;
float g = 1.75; // inicializace realne promenne realnou konstantou
float m = 0.0, n = 0.0;
char z = 'D'; // inicializace znakove promenne znakovou konstantou
14
Přiřazovací příkaz a aritmetické operátory
●
Přiřazovací příkaz =
●
Aritmetické operátory + - * /
●
Operátor % poskytuje zbytek po dělení celých čísel (pozor, je-li
dělenec záporný, je zbytek též záporný)
●
Pro určení priority operací lze používat závorky
int a, b, c, d; // definice promennych a, b, c
a = 5; // promenne a priradi hodnotu 5
b = 7; // promenne b priradi hodnotu 7
c = 13; // promenne c priradi hodnotu 13
d = a + b; // promenne d priradi hodnota souctu a plus b
d = a – b;
d = a * b;
d = a / b; // POZOR!: deleni nulou zpusobi okamzite ukonceni programu
d = c % a; // Zbytek po deleni cisla 13 cislem 5 coz je 3
d = a + b / c; // Provede se deleni b/c, pak se pricte a
d = (a + b) / c; // Secte se a plus b a pak se to vydeli c
15
Funkce printf() - výstup textu na obrazovku
●
Funkce printf() slouží k výpisu textu na obrazovku (terminál)
●
Prvním parametrem funkce je text, který bude vypsán na obrazovku
(zapisuje se v uvozovkách)
●
Dále může následovat seznam libovolného počtu proměnných
jejichž hodnoty mají být vypsány
●
Místo v textu, kde se vypíše hodnota proměnných, se specifikuje
pomocí formátovacích prvků:
%i pro proměnné typu int (lze i podobně fungující %d)
%f pro proměnné typu float
%c pro proměnné typu char
●
Speciální znak \n způsobí přechod na nový řádek
int a = 3, b = 6, c = 9;
float m = 2.71, n = 14.3;
char c1 = 'D', c2 = 'j';
printf("Jednoduchy text\n");
printf("Cislo a ma hodnotu %i zatimco b je %i\n", a, b);
printf("Vypis celeho cisla %i a desetinneho cisla %f\n", c, m);
printf("Vypis dvou znaku za sebou: %c%c\n", c1, c2);
16
Použití matematických funkcí
●
Pro zpřístupnění matematických funkcí přidáme na začátek
programu: #include <math.h>
●
Při kompilaci je potřeba přidat matematickou knihovnu pomocí
-lm (l jako library a m jako math), např:
gcc -o mujprogram mujprogram.c -lm
●
Nejpoužívanější matematické funkce:
sqrt(x) – odmocnina z x
pow(x, y) – x umocněno na y (u druhé, třetí mocniny však
dáváme přednost jednoduchému násobení)
exp(x) – e na x-tou
log(x) – přirozený logaritmus x
cos(x) – kosinus x, sin(x) – sinus x (úhel v radiánech)
int n = 3;
float a = 7.3, b = 2.5, result = 0.0;
result = sqrt(a);
result = pow(a, n) + 7.4;
result = a + cos(b);
result = (sqrt(a) + sqrt(b)) / 2;
17
Funkce scanf() - čtení vstupu z klávesnice
●
Funkce scanf() slouží k získání vstupu z klávesnice
●
Prvním parametrem funkce je formátovací text, který obsahuje
jeden nebo více formátovacích prvků
●
Do formátovacího textu nezadáváme žádný text, používáme jen
formátovací prvky
●
Pokud použijeme více než jeden formátovací prvek, oddělujeme je
zpravidla mezerou – mezeru pak musíme použít pro oddělení
hodnot zadávaných z klávesnice
●
Před načítáním hodnot pomocí scanf() je zpravidla vhodné vypsat na
obrazovku výzvu k zadání příslušných hodnot, proto nejdříve
zavoláme printf(), která text vypíše, a pak načítáme pomocí scanf()
●
Za formátovací text funkce scanf() zapíšeme tolik proměnných,
kolik bylo použito formátovacích prvků
●
POZOR: Před název proměnné musíme vložit znak &
int a = 0;
float m = 0.0, n = 0.0;
printf("Zadej cele cislo a stiskni Enter: ");
scanf("%i", &a);
printf("Zadej dve desetinna cisla oddelena mezerou: ");
scanf("%f %f", &m, &n);
18
Příklad použití funkce scanf()
Program demonstrující čtení vstupu z klávesnice:
●
Program si vyžádá dvě desetinná čísla A a B a vypíše jejich součet
int main()
{
float a = 0.0, b = 0.0, c = 0.0;
printf("Zadej A a B oddelene mezerou a stiskni Enter: ");
scanf("%f %f", &a, &b);
c = a + b;
printf("Soucet %f a %f je %f\n", a, b, c);
return 0;
}
19
Příkaz podmínky if
●
Příkaz slouží k podmíněnému provádění příkazů
●
Zapisuje se:
if (podmínka) příkaz;
●
Můžeme specifikovat i příkaz který se povede při nesplnění
podmínky:
if (podmínka) příkaz1; else příkaz2;
int a = 4, b = 0;
if (a > 3)
b = 10; // Tento prikaz se provede pouze pokud a > 3
if (a > 8)
b = 10; // Tento prikaz se provede pouze pokud a > 8
else
b = 0; // Tento prikaz se provede pouze pokud neni a > 8
20
Příkaz podmínky if
●
Pokud potřebujeme podmíněně vykonat více než jeden příkaz,
použijeme složené závorky
int a = 4, b = 0, c = 0, d = 0;
if (a > 3)
{
b = 10;
c = a + b;
}
if (a > 8)
{
b = 5;
c = a - b;
}
else
{
b = 7;
d = a + b
}
21
Příkaz podmínky if
●
Složené závorky je používat i pro jeden příkaz, hlavně je-li přítomen
else blok nebo jde o vnořenou podmínku
●
Bez složených závorek může přidání nového příkazu do těla if/else
úplně změnit význam podmínek
int a = 4, b = 1;
if (a > 3)
if (a > 8)
b = 3;
else
b = 2;
/* Jakou hodnotu ma b v tomto miste? */
if (a > 3)
{
if (a > 8)
{
b = 3;
}
else
{
b = 2;
}
}
22
Příkaz podmínky if
●
Závorky a „else“ můžeme umístit dle vkusu, hlavně konzistentně!
●
Uzavírací složená závorka by ale vždy měla být na stejné úrovni
odsazení, jako klíčové slovo if
if (a > 3)
{
if (a > 8)
{
b = 3;
}
else
{
b = 2;
}
}
if (a > 3) {
if (a > 8) {
b = 3;
} else {
b = 2;
}
}
23
Příkaz podmínky if – konstrukce podmínky
●
Pro konstrukci podmínky používáme následující operátory:
== rovnost
!= nerovnost
< menší
<= menší nebo rovno
> větší
>= větší nebo rovno
|| nebo (logické OR)
&& a zároveň (logické AND)
●
Operátory se vyhodnocují podle priority
●
Zjednodušená tabulka priorit operátorů:
< <= > >= nejvyšší priorita
== !=
&&
|| nejnižší priorita
●
Prioritu lze ovlivnit pomocí závorek
●
Doporučení: prioritu raději přesně specifikovat pomocí závorek
(menší pravděpodobnost, že uděláme chybu)
24
Příkaz podmínky if – konstrukce podmínky
int a = 4, b = 5, c = 9;
char ch1 = 'A', ch2 = 'D';
if (a == 3) // Jednoducha podminka
if (a != 3) // Jednoducha podminka
if (b <= 3) // Jednoducha podminka
if (ch1 == 'B') // Jednoducha podminka
if (ch1 != 'h') // Jednoducha podminka
if (a > 3 && b <= c) // Trochu slozitejsi podminka
if ((a > 3) && (b <= c)) // Tataz podmínka, ale s pouzitim zavorek
if (a > 3 || b != c && b <= c) // Prioritu ma && pred ||
if (a > 3 || (b != c && b <= c)) // Totez s pouzitim zavorek
if ((a > 3 || b != c) && b <= c) // Tady zavorky zmenily poradi vyhodnoceni
Následující ukázka je zjednodušená, příkazy za podmínkami nejsou
uvedeny
25
Příklad použití podmínky
int main()
{
int a = 0, b = 0;
printf("Zadej A a B oddelene mezerou a stiskni Enter: ");
scanf("%i %i", &a, &b);
if (a == b)
{
printf("Vysledek: A je rovno B\n");
}
else
{
printf("Vysledek: A je ruzne od B\n");
}
return 0;
}
Program načte z klávesnice celá čísla a, b a vypíše, které je větší
26
Dodržujte následující pravidla
●
Všechny proměnné vždy inicializujte vhodnou implicitní
hodnotou při její definici (nejčastěji 0)
●
Dbejte na správné odsazování textu. K odsazování by mělo
docházet v editoru Kate automaticky, je ale třeba soubor hned po
vytvoření uložit s koncovkou .c. Není-li text správně zarovnán,
označte veškerý text a pak aplikujte Menu: Tools/Align. Pokud
nedojde ke správnému zarovnání, příčinou může být špatná
koncovka souboru (musí být .c), nesprávně spárované závorky
nebo chybějící středník na konci příkazu.
●
Úlohy odevzdávejte do odevzdávárny předmětu C2160. Do
odevzdávárny „Cvičení 1“ vkládejte soubory jednotlivých úloh
pojmenované tak, aby jejich jméno končilo číslicí označující úlohu.
Není třeba do názvu souboru vkládat vaše jméno, to doplní IS sám.
Odevzdávejte pouze soubory s kódem v C, nikoliv spustitelné
soubory.
27
Úlohy
1. Vytvořte program pro řešení kořenů kvadratické rovnice.
Program si od uživatele vyžádá zadání koeficientů a, b, c, spočítá
kořeny a vypíše je na obrazovku. Ošetřete situaci, kdy je
diskriminant záporný nebo koeficient a je roven 0. 1 bod
2. Vytvořte program pro sčítání čísel. Čísla budou zadávána z
klávesnice. Program se na začátku zeptá, kolik čísel budete chtít
sčítat (max. pět). Potom si vyžádá zadání čísel z klávesnice.
Nakonec zobrazí výsledek. 1 bod
3. Vytvořte program který vypíše seznam možných operací (sčítání,
odčítání, násobení, dělení) označených čísly 1 až 4. Uživatel si
vybere, kterou operaci chce provést. Potom bude vyzván k
zadání dvou čísel. Nakonec se vypíše výsledek. 1 bod
4. Modifikujte předchozí program tak, že volba operace se
neprovede pomocí čísla 1 až 4, ale zadáním jednoho ze znaků +,
-, *, /. nepovinná, 1 bod