Programování v jazyce C pro chemiky
(C2160)
6. Funkce, struktury
2
Funkce
●
Program v jazyce C je strukturován do funkcí
●
Příkazy jazyka C nelze nikdy uvádět mimo funkce
●
Program začíná funkcí main(), z ní lze volat další funkce, atd.
●
Definice funkce obsahuje:

typ návratové hodnoty (int, float, char …); pokud funkce
žádnou hodnotu nevrací, uvedeme klíčové slovo void

jméno funkce (bez mezer, stejně jako názvy proměnných)

definice proměnných předávaných funkci (tzv. parametry)
uvedené v závorkách; pokud funkce žádné parametry
nepřijímá, použijeme opět void

kód funkce (tj. příkazy) ve složených závorkách
int myfunction(int n, float a)
{
// Tady se uvedou prikazy funkce
}
// Nasledujici funkce nevraci zadnou hodnotu a neprijima zadne parametry
void otherfunction(void)
{
// Kod funkce
}
3
Návratová hodnota funkce, příkaz return
●
Příkaz return slouží k okamžitému opuštění funkce a zároveň ke
specifikaci návratové hodnoty funkce
●
Navracená hodnota se uvádí bezprostředně za příkazem return
(může to být jakýkoli výraz, konstanta, jméno proměnné, …)
●
Voláme-li funkci, která vrací hodnotu, můžeme vracenou hodnotu
přiřadit do vhodné proměnné nebo ji přímo použít jako součást
aritmetického výrazu, podmínky, cyklu a pod.
●
Příkaz return lze použít kdekoliv v těle funkce
int square(int n)
{
return n*n; // Funkce vraci druhou mocninu n
}
int main(void)
{
int a = 0, b = 9, c = 12;
a = square(b);
printf("Druha mocnina je: %i\n", a);
if (square(c) > 20)
printf("Druha mocnina z %i je vetsi nez 20\n", c);
return 0;
}
4
Návratová hodnota funkce main()
●
Funkce main() vrací hodnotu typu int, tato hodnota je předána
operačnímu systému po skončení programu (v shellu můžeme tuto
hodnotu získat výrazem $? po vykonání příkazu)
●
V Unixu je konvence, že při úspěšném průběhu vrací program
hodnotu 0, při neúspěchu hodnotu různou od 0
int main(void)
{
FILE *f = NULL;
f = fopen("test1.txt", "r");
if (f == NULL)
{
printf("Cannot open file!\n");
return 1;
}
// Zde muze byt nejaky dalsi kod
return 0;
}
5
Předání hodnot do funkce
●
Typ a jména proměnných předávaných funkci uvádíme při definici
funkce v závorce za jménem funkce, proměnné oddělujeme čárkami
●
V jazyce C jsou proměnné předávány hodnotou, tj. předávané
hodnoty (argumenty) jsou zkopírovány do nových proměnných
(parametrů). Jakákoli změna jejich hodnoty ve volané funkci
neovlivní hodnoty proměnných volající funkce (POZOR: výjimkou
jsou jakákoli pole, tedy i řetězce!)
// Vytvori se promenne a a b, do kterych se zkopiruji predane hodnoty
int sum(int a, int b)
{
int c = 0;
c = a + b;
// Zmena hodnoty promenne a nijak neovlivni hodnotu
// promenne i, ktera byla predana jako argument
a = 100;
return c;
}
int main(void)
{
int i = 5, j = 7, k = 0;
k = sum(i, j);
// Hodnoty promennych i a j zustanou vzdy nezmeneny, i pokud jsme
// prirazovali jakekoliv hodnoty promennym a a b ve funkci sum()
}
6
Předání pole do funkce
●
Pole (a tedy i řetězce) nejsou do funkce předávána hodnotou, tj.
nedochází k vytvoření kopie daného pole, ale předané pole je
pouze přístupné pod novým jménem proměnné (tzv. předávání
odkazem). Jakákoli změna hodnoty některého z prvků pole ve
volané funkci změní hodnotu i pro volající funkci.
#define MAX_VAL 5
void myfunction(int v[MAX_VAL])
{
v[0] = 10; // Zmeni hodnoty puvodniho pole values[]
v[1] = 20;
}
int main(void)
{
int values[MAX_VAL] = {1, 2, 3, 4, 5};
myfunction(values);
// Nasledujici prikaz vypise hodnoty 10 a 20
// ktere byly do pole values[] prirazeny ve funkci myfunction()
printf("Prvni dve hodnoty pole: %i, %i", values[0], values[1]);
return 0;
}
7
Předání řetězce funkci
●
Řetězce jsou také pole, proto také nejsou předávány hodnotou
●
Pokud velikost předávaného pole neznáme (např. u řetězců
inicializovaných řetězcovou konstantou), neuvádíme v hranatých
závorkách žádnou velikost, abychom kompilátor nemátli
#define STRING_SIZE 100
void print_strings(char s1[STRING_SIZE], char s2[])
{
printf("Retezce predane funkci: %s, %s\n", s1, s2);
}
int main(void)
{
char str[STRING_SIZE] = "";
char file_name[] = "/var/logfile";
scanf("%s", str);
print_strings(str, file_name);
return 0;
}
8
Pořadí definice funkcí, deklarace funkce
●
V okamžiku kdy je určitá funkce volána, musí mít překladač základní
informace o této funkci (její tzv. prototyp, tedy typ návratové
hodnoty a typy parametrů)
●
V praxi tedy definujeme nejdříve funkce, které budou volány, teprve
potom funkce z nichž jsou volány; funkce main() bude tedy poslední
●
Alternativním přístupem je použití deklarace funkce, která je tvořena
hlavičkou funkce zakončenou středníkem; uvádí se na začátku
programu; samotná definice funkce se může nacházet kdekoliv dále
int square(int n); // Deklarace funkce, musi byt zakoncena strednikem
int main(void)
{
int a = 0, b = 9;
// Protoze funkce square() jiz byla deklarovana na zacatku programu,
// prekladac ji zna a muzeme ji tedy zavolat
// i kdyz definovana bude az pozdeji
a = square(b);
return a;
}
int square(int n) // Definice funkce
{
return n*n;
}
9
Globální a lokální proměnné
●
Proměnné definované uvnitř funkce se nazývají lokální a mají
platnost pouze v této funkci
●
Globální proměnné se definují mimo definici funkce, zpravidla na
začátku programu před definicí první funkce
●
Globální proměnné jsou dostupné ve všech funkcích. Změna jejich
hodnoty v jedné funkci se tedy projeví i ve všech ostatních.
●
Globální proměnné jsou automaticky inicializovány hodnotou 0
// Globalni promenna:
char filename[] = "/home/uzivatel/tmp/data.dat";
void read_file(void)
{
FILE *f = NULL; // Lokalni promenna
f = fopen(filename, "r");
// Zde by byl dalsi kod pro nacteni dat ze souboru
}
int main(void)
{
read_file();
return 0;
}
10
Struktury
●
Struktury slouží k seskupení několika proměnných různých typů
●
Strukturu definujeme následovně:
typedef struct
{
// definice prvků (proměnných) struktury
} JMENO_STRUKTURY;
●
Jméno struktury používáme k definici proměnných podobně, jako
kdyby se jednalo o jméno základního typu (int, float, ....)
●
Hodnoty jednotlivých proměnných struktury můžeme
inicializovat pomocí složených závorek
// Definujeme strukturu vector_2d pro 2-dimenzionalni vektor
typedef struct
{
float x;
float y;
} vector_2d;
// Definice promenne vector a inicializace souradnic x a y
// hodnotmi 1.1 a 2.5
vector_2d vector = {1.1, 2.5};
11
Struktury
●
K jednotlivým položkám (proměnným) struktury přistupujeme
přes tečku:
jméno_struktury.jméno_proměnné
// Ukazka scitani dvou vektoru s vyuzitim struktur
typedef struct
{
float x;
float y;
} VECTOR_2D;
VECTOR_2D v1 = {0.0, 0.0};
VECTOR_2D v2 = {0.0, 0.0};
VECTOR_2D vsum = {0.0, 0.0};
printf("Zadejte souradnice prvniho vektoru");
scanf("%f %f", &v1.x, &v1.y);
printf("Zadejte souradnice druheho vektoru");
scanf("%f %f", &v2.x, &v2.y);
vsum.x = v1.x + v2.x;
vsum.y = v1.y + v2.y;
printf("Vysledny vektor: %f, %f\n", vsum.x, vsum.y);
12
Struktury
●
Struktury mohou obsahovat různé typy proměnných, včetně
např. řetězcových proměnných nebo polí
●
Pro načítání a výpis hodnot platí stejná pravidla jako pro běžné
proměnné, tj. u funkcí scanf() a fscanf() uvádíme před
názvem proměnné znak & s výjimkou řetězcových proměnných
// Ukazka slozitejsi struktury obsahujici retezcovou promennou
// a ukazka nacitani hodnot ze vstupu a vypisu na vystup
typedef struct
{
char str[5];
float energy_exp;
float energy_calc;
} ENERGY_ITEM;
// Retezcovou promennou inicializujeme "", ostatni promenne 0.0
ENERGY_ITEM item = {"", 0.0, 0.0};
// Nacteme hodnoty ze vstupu, pred nazvy promennych davame & krome
// retezcovych promennych
scanf("%4s %f %f", item.str, &item.energy_exp, &item.energy_calc);
// Vypiseme hodnoty
printf("Hodnoty: %s, %f, %f\n", item.str, item.energy1, item.energy2);
13
Pole struktur
●
Je možné vytvářet pole struktur, postup je podobný jako při
vytváření polí základních typů (int, float, …)
●
Pole struktur obvykle inicializujeme tak, že inicializujeme první
hodnotu první položky a překladač pak inicializuje všechny
ostatní hodnotu nulou. U globálních proměnných není inicializace
nutná, protože jsou vždy automaticky inicializovány nulou.
#define MAX_ITEMS 50
typedef struct
{
char str[5];
float energy_exp;
float energy_calc;
} ENERGY_ITEM;
ENERGY_ITEM items[MAX_ITEMS] = {{0}}; // Definujeme pole struktur
14
Pole struktur – načítání dat ze souboru
●
Pole struktur se často využívají pro načítání dat ze souboru
#define MAX_ITEMS 50
typedef struct
{
char str[5];
float energy_exp;
float energy_calc;
} ENERGY_ITEM;
ENERGY_ITEM items[MAX_ITEMS] = {{0}}; // Definujeme pole struktur
int count = 0; // Pocet nactenych polozek v poli items[]
// Nacteni ze souboru:
FILE *f = NULL;
// Zde musi byt kod pro otevreni souboru pro cteni (s identif. f)
while (fscanf(f, "%4s %f %f", items[count].str,
&items[count].energy_exp,
&items[count].energy_calc) == 3) {
// Je-li count >= MAX_ITEMS vypiseme hlasku a vyskocime z cyklu
count++;
}
// Zde se soubor uzavre
15
Dodržujte následující pravidla
●
Při programování postupujte po malých krocích, pak vždy program přeložte a
otestujte a dále pokračujte až po odstranění chyb. Např. v úloze 2 nejdříve
program předělejte tak, aby používal struktury (a zkompilujte a otestujte).
Teprve potom ho rozdělte do funkcí.
●
Dodržujte následující uspořádání programu:
●
Vložení hlavičkových souborů pomocí #include
●
Definice všech symbolických konstant pomocí #define
●
Definice všech struktur (pomocí typedef struct)
●
Definice všech globálních proměnných
●
Deklarace funkcí (pokud je používáte)
●
Kód funkcí ve vhodném pořadí (použijeme-li deklarace, na pořadí nezáleží)
●
Uvnitř funkce inicializujte proměnné při jejich definici vhodnou hodnotou.
●
Jako globální definujte pouze ty proměnné, jejichž hodnoty budou používány
ve více než jedné funkci. Všechny ostatní proměnné definujte jako lokální
(např. řídící proměnné cyklu, identifikátory souborů atd.).
●
Velikost pole znaků pro řetězce zvolte tak aby se do něj vešly všechny
načítané znaky + zakončovací znak \0
●
Při načítání řetězce funkcí fscanf() vždy specifikujte šířku tak, aby nedošlo
k překročení velikosti pole.
●
Pro pojmenování funkcí nepoužívejte jména read() a write(), protože tyto
funkce jsou již použity ve standardní knihovně a došlo by ke kolizi názvů.
16
Úlohy – část 1
1. Vytvořte program který který od uživatele vyžádá souřadnice dvou
3-dimenzionálních vektorů a spočítá jejich vektorový součin. Výsledek
vypíše na obrazovku. Pro reprezentaci vektorů použijte struktury.
1 bod
17
Úlohy – část 2
2. Upravte program z předchozího cvičení (úloha 2 ze cvičení 5) tak, aby
využíval struktury. Struktura bude obsahovat PDB kód komplexu a dvě
hodnoty energií. Pro načítání hodnot ze souboru použijte pole těchto
struktur. Do výstupního souboru bude zapsán PDB kód a hodnoty energií
(opět s obráceným pořadím řádků).
Program navíc rozdělte do následujících samostatných funkcí:
 funkce pro otevření vstupního souboru a načtení hodnot
 funkce pro otevření výstupního souboru a zápisu hodnot energií
 funkce main()
Řetězcové proměnné obsahující jména souborů definujte ve funkci
main() jako lokální proměnné a předejte je příslušným funkcím jako
argumenty.
Funkce pro čtení a zápis souboru budou vracet hodnotu typu int. V
případě úspěchu vrátí 0 a při neúspěchu 1. Ve funkci main() pak bude
testována návratová hodnota těchto funkcí a v případě, že vrátí 1, bude
celý program ukončen a vrátí hodnotu 1. 2 body
18
Úlohy – část 3
3. Vytvořte program, který načte zjednodušený PDB soubor
crambin_simple.pdb (nacházející se v adresáři
/home/tootea/C2160/data) do pole vhodných struktur. Tento soubor
obsahuje informace o molekule proteinu crambin. Potom program zapíše
data do jiného souboru tak, aby formát dat byl přibližně stejný jako
v načítaném PDB souboru (nemusí být přesně stejně formátovaný).
Použijte podobný přístup jako v úloze 2. 3 body
ATOM 748 CG TYR 44 11.895 12.742 14.274 C
Každý řádek zjednodušeného PDB souboru ze skládá z následujících položek:
1. Název záznamu – řetězec max. 6 znaků (zde ATOM)
2. Číslo atomu – celé kladné číslo (zde 748)
3. Název atomu – řetězec max. 4 znaky (zde CG)
4. Zkratka názvu rezidua (tj. aminokyseliny) – řetězec max. 3 znaky (zde TYR)
5. Číslo rezidua – celé kladné číslo (zde 44)
6. Kartézské souřadnice x, y a z udávající pozici atomu v prostoru v Angstromech – tři
desetinná čísla (zde 11.895 12.742 14.274)
7. Zkratka jména prvku – řetězec max. 2 znaky (zde uhlík C)
19
Úlohy – část 4
4. Do programu z úlohy 3 přidejte funkci, která analyzuje načtené pole
struktur a vypíše celkový počet atomů a počet atomů jednotlivých prvků
(H, C, N, O, S). nepovinná, 2 body