10. Стандартная библиотека СиОсновные отличия стандартной библиотеки Си от других языков состоят в следующем:более сильная интеграция с языком. Так, в самом языке Си нет никаких средств ввода/вывода, поэтому ни одна программа не может быть написана без использования функций стандартной библиотеки;несмотря на то, что существуют стандарты языка Си, ряд функций уникален для той или иной системы программирования;многие функции имеют несколько "подфункций", решающих разные задачи и обычно отличающихся одной буквой в названии, например, abs, fabs и labs для функции взятия модуля, printf, fprintf и sprintf для стандартной фукнции печати и т.д.Далее рассматриваются основные разделы стандартной библиотеки. Более полная информация может быть получена из рекомендуемых книг и справочной системы.^ 10.1 Определение класса символов и преобразование символов Все функции, приведенные в таблице имеют тип int и возвращают int. Возвращаемая величина =0, если условие проверки не выполняется. Все функции реализованы как макроопределения, заданные в файле ctype.h Функция Краткое описание isalnum проверка на латинскую букву или цифру isalpha проверка на латинскую букву isascii проверка на символ из набора кодировки ASCII iscntrl проверка на управляющий символ isdigit проверка на десятичную цифру isgraph проверка на печатный символ, исключая пробел islower проверка на малую латинскую букву isprint проверка на печатный символ ispunct проверка на знак пунктуации isspace проверка на пробельный символ isupper проверка на заглавную латинскую букву isxdigit проверка на шестнадцатеричную цифру toascii преобразование символа в код ASCII tolower проверка и преобразование в малую латинскую букву, если заглавная буква toupper проверка и преобразование малой латинскую буквы в заглавную _tolower преобразование латинскую буквы в малую (без проверки) _toupper преобразование латинскую буквы в заглавную (без проверки) Пример 1. char c='x';if (tolower(c)) c=toupper (c);^ Пример 2. Учитываем кириллицу#include#includevoid main(void) {char lower_case[] = "абвгдежзийклмнопрстуфхцчшщьъыэюя";char upper_case[] = "АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЬЪЫЭЮЯ";static float frequency[sizeof(lower_case)], total=0.;char ch;int index; /* Цикл приема символов. Завершение - ввод символа '$'. */puts("Печатайте текст на русском языке. Завершение - символ '$'\n");while((ch = getchar()) != '$') { /* Определяем порядковый номер русской буквы. */ for(index = 0; index if((lower_case[index] == ch) || (upper_case[index] == ch)) { /* Найдено совпадение.*/ total++; frequency[index]++; break; /* выход из цикла */ }}puts("\n******* Относительные частоты русских букв *******\n");if(total) { for(index = 0; index frequency[index] = frequency[index]*100./total; printf("%c - %5.1f ", upper_case[index], frequency[index]); }}else puts("\aНи одна русская буква не обнаружена, статистика отсутствует.");}^ 10.2 Работа с областями памяти и строками Основных понятий два:Буфер - область памяти, рассматриваемая как последовательность байтов. Размер буфера всегда задается явно.Строка – последовательность байт, завершаемая байтом с кодом '\0'. В языке Си длина строки, в отличие от буфера, нигде не хранится и может быть получена в цикле сканирования строки слева направо. Нулевой байт также считается принадлежащим строке, поэтому строка из n символов требует (n+1)*sizeof(char) байт памяти. В библиотеке mem.h для работы с буферами предназначены следующие функции: Функция Краткое описание memccpy void *memcpy (void *s1, const void *s2, size_t n)копирует n символов из буфера s2 в s1 memchr void *memchr (const void *s, int c, size_t n)возвращает указатель на первое вхождение символа c в буфер длиной n символов memcmp int memcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n);сравнивает n символов из двух буферов как беззнаковые. memicmp – то же с игнорированием регистра memcpy void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);копирует n символов из буфера src в dest. memccpy – то же с указанием дополнительного стоп-символа memset void *memset(void *s, int c, size_t n);инициализирует значением c указанное n байт в буфере s memmove void *memmove(void *dest, const void *src, size_t n);работает как memcpy, корректно обрабатывает перекрывающиеся области памяти В компиляторах от Borland прототипы указанных функций содержит также библиотека string.h.Прототипы функций работы со строками содержатся в файле string.h. Все функции работают со строками, завершающимися нулевым байтом ('\0'). Для функций, возвращающих указатели, в случае ошибки возвращается NULL. ^ Для работы со строками существуют следующие библиотечные функции: Функция Краткое описание strcat char *strcat(char *dest, const char *src);конкатенация (склеивание) строки src с dest strncat char *strncat(char *dest, const char *src, size_t maxlen);добавить не более n символов из src в dest strchr char *strchr(const char *s, int c);найти первое вхождение символа с в строку s и вернуть указатель на найденное strrchr char *strrchr(const char *s, int c);найти последнее вхождение символа c в строку s и вернуть указатель на найденное strcmp int strcmp(const char *s1, const char *s2);сравнить две строки. Возвращаемое значение s2 strncmp int strncmp(const char *s1, const char *s2, size_t maxlen);сравнить две строки, учитывая не более n символов stricmp int stricmp(const char *s1, const char *s2);сравнить две строки, считая символы нижнего и верхнего регистров эквивалентными strnicmp int strnicmp(const char *s1, const char *s2, size_t maxlen);то же, что stricmp + strncmp strcpy char *strcpy(char *dest, const char *src);копировать строку src в dest, включая завершающий нулевой байт strncpy char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t maxlen);Копировать не более n символов из src в dest strdup char *strdup(const char *s);дублирование строки с выделением памяти. Пример:char *dup_str, *string = "abcde";dup_str = strdup(string); strlen size_t strlen(const char *s);возвращает длину строки в символах strlwr char *strlwr(char *s);преобразовать строку в нижний регистр (строчные буквы) strupr char *strupr(char *s);преобразовать строку в верхний регистр (заглавные буквы) strrev char *strrev(char *s);инвертировать (перевернуть) строку strnset char *strnset(char *s, int ch, size_t n);установить n символов строки s в заданное значение n strset char *strset(char *s, int ch);установить все символы строки s в заданное значение ch strspn size_t strspn(const char *s1, const char *s2);ищет начальный сегмент s1, целиком состоящий из символов s2 Вернет номер позицию, с которой строки различаютсяchar *string1 = "1234567890";char *string2 = "abc123";int length = strspn(string1, string2);printf("Position=%d\n", length); //length=3 strсspn size_t strspn(const char *s1, const char *s2);ищет начальный сегмент s1, целиком состоящий из символов, не входящих в s2 Вернет номер позицию, с которой строки различаютсяchar *string1 = "123abc7890";char *string2 = "abc";int length = strcspn(string1, string2);printf("Position=%d\n", length); //length=3 strstr char *strstr(const char *s1, const char *s2);найти первую подстановку строки s2 в s1 и вернуть указатель на найденное strtok char *strtok(char *s1, const char *s2);найти следующий разделитель из набора s2 в строке s1char input[16] = "abc,d";char *p;/* strtok помещает нулевой байт вместо разделителя лексем, если поиск был успешен */ p = strtok(input, ","); if (p) printf("%s\n", p); //"abc"/* второй вызов использует NULL как первый параметр и возвращаетуказатель на следующую лексему */ p = strtok(NULL, ","); if (p) printf("%s\n", p); //"d" strerror char *strerror(int errnum);сформировать в строке сообщение об ошибке, состоящее из двух частей: системной диагностики и необязательного добавочного пользовательского сообщения#include #include char *buffer; buffer = strerror(errno); printf("Error: %s\n", buffer); Типизированный модификатор size_t определен в ряде стандартных библиотек следующим образом:typedef unsigned size_t;Пример /* Выделяет во введенной со стандартного ввода строке все лексемы, задаваемые пpобелом, запятой и гоpизонтальной табуляцией. Прием и синтаксический разбор строк завершается при вводе пустой строки.*/#include #include #define BLANK_STRING ""void main(void){ char *token, buf[81], *separators = "\t,. "; int i; puts("Вводите строки, которые будут разбиваться на лексемы.\n\ Завершение - нажатие ENTER.\n"); while(strcmp(gets(buf), BLANK_STRING) != 0) { i = 0; token = strtok(buf, separators); /* выделение первой лексемы строки */ while(token != NULL) { printf("Лексема %d - %s\n", i, token); token = strtok(NULL, separators); /* поиск следующих лексем */ i++; } } }^ 10.3 Функции преобразования типа Описанные ниже функции объявлены в стандартной библиотеке stdlib.h. Прототип функции atof содержится, кроме того, в файле math.h. Функция Краткое описание atof double atof(const char *s);преобразование строки, в представляемое ей число типа floatНа переполнение возвращает плюс или минус HUGE_VAL (константа из библиотеки) atoi int atoi(const char *s); неудача=0преобразование строки в число типа int (целое) atol long atol(const char *s);преобразование строки в число типа long (длинное целое) ecvt char *ecvt(double value, int ndig, int *dec, int *sign);преобразование числа типа double в строку ndig – требуемая длина строки, dec возвращает положение десятичной точки от 1-й цифры числа, sign возвращает знак fcvt char *ecvt(double value, int ndig, int *dec, int *sign);преобразование числа типа double в строку. В отличие от ecvt, dec возвращает количество цифр после десятичной точки. Если это количество превышает ndig, происходит округление до ndig знаков. gcvt char *gcvt(double value, int ndig, char *buf);преобразование числа типа double в строку buf. Параметр ndig определяет требуемое число цифр в записи числа. itoa char *itoa (int value, char *string, int radix);преобразование числа типа int в строку, записанную в системе счисления с основанием radix (от 2 до 36 включительно) ltoa char *ltoa (long value, char *string, int radix);преобразование числа типа long в строку ultoa char *ultoa (unsigned long value, char *string, int radix);преобразование числа типа unsigned long в строку Некоторые системы программирования предоставляет также следующие функции: Функция Краткое описание strtod преобразование строки в число типа double (покрывает возможности atof) strtol преобразование строки в число типа long (покрывает возможности atol) strtoul преобразование строки в число типа unsigned long Примерint n;printf ("\nN="); scanf ("%d", &n); char s[25];int r=10;do { printf ("\nRadix[2-36]: "); fflush (stdin); scanf ("%d",&r);} while (r36);s=itoa (n,s,r);printf ("\n%d in %d notation is %s",n,r,s);^ 10.4. Математические функции Прототипы функций содержатся в файле math.h, за исключением прототипов функций _clear87, _control87, _fpreset, status87, которые определены в файле float.h. Функция matherr (ее пользователь может задать сам в своей программе) вызывается любой библиотечной математической функцией при возникновении ошибки. Эта программа определена в библиотеке, но может быть переопределена пользователем, если она необходима, для установки различных процедур обработки ошибок.Вещественные функции, как правило, работают с двойной точностью (тип double).Многие функции имеют версии, работающие с учетверенной точностью (тип long double). Имена таких функций имеют суффикс "l" в конце (atan-atanl, fmod-fmodl и т.д.). Действие модификатора long в применении к double зависит от архитектуры ЭВМ. Функция Краткое описание abs нахождение абсолютного значения выражения типа int acos вычисление арккосинуса (тригонометрич. – в радианах) asin вычисление арксинуса atan вычисление арктангенса х atan2 вычисление арктангенса от у/х cabs нахождение абсолютного значения комплексного числа ceil нахождение наименьшего целого, большего или равного х _clear87 получение значения и инициализация слова состояния сопроцессора и библиотеки арифметики с плавающей точкой _control87 получение старого значения слова состояния для функций арифметики с плавающей точкой и установка нового состояния cos вычисление косинуса cosh вычисление гиперболического косинуса exp вычисление экспоненты fabs нахождение абсолютного значения типа double floor нахождение наибольшего целого, меньшего или равного х fmod нахождение остатка от деления х/у _fpreset повторная инициализация пакета плавающей арифметики frexp разложение х как произведения мантиссы на экспоненту 2n hypot вычисление гипотенузы labs нахождение абсолютного значения типа long ldexp вычисление х*2exp log вычисление натурального логарифма log10 вычисление логарифма по основанию 10 matherr управление реакцией на ошибки при выполнении функций математической библиотекиint matherr (struct exception *a) { if (a->type == DOMAIN) if (!strcmp(a->name,"sqrt")) { a->retval = sqrt (-(a->arg1)); return 1; } return 0;}double x = -2.0, y;y = sqrt(x);printf("Matherr corrected value: %lf\n",y); modf разложение х на дробную и целую часть pow вычисление х в степени у sin вычисление синуса sinh вычисление гиперболического синуса sqrt нахождение квадратного корня _status87 получение значения слова состояния с плавающей точкой tan вычисление тангенса tanh вычисление гиперболического тангенса В библиотеке определен также ряд констант, таких как M_PI, M_E и др.^ 10.5 Динамическое распределение памяти Библиотека языка Си предоставляет механизм распределения динамической памяти (heap). Этот механизм позволяет динамически запрашивать из программы дополнительные области оперативной памяти. Работа функций динамического распределения памяти различается для различных моделей памяти, поддерживаемых системой программирования (подробнее в следующих лекциях). В малых моделях памяти (tiny, small, medium) доступно для использования все пространство между концом сегмента статических данных программы и вершиной программного стека, за исключением 256-байтной буферной зоны непосредственно около вершины стека. В больших моделях памяти (compact, large, huge) все пространство между стеком программы и верхней границей физической памяти доступно для динамического размещения памяти. Как правило, функция выделения памяти возвращает нетипизированный указатель на начало выделенной области памяти. Следующие функции используются для динамического распределения памяти: Функция Краткое описание calloc void *calloc(size_t nitems, size_t size);выделяет память под nitems элементов по size байт и инициализирует ее нулямиchar *str = NULL;str = (char *) calloc(10, sizeof(char)); malloc void *malloc(size_t size);выделяет память объемом size байтchar *str;if ((str = (char *) malloc(10)) == NULL) { printf("Not enough memory to allocate buffer\n"); exit(1); } realloc void *realloc(void *block, size_t size);пытается переразместить ранее выделенный блок памяти, изменив его размерchar *str;str = (char *) malloc(10); /* . . . */printf("String is %s\n Address is %p\n", str, str);str = (char *) realloc(str, 20);printf("String is %s\n Address is %p\n", str, str); free void free(void *block);пытается освободить блок, полученный посредством функции calloc, malloc или realloc Прототипы функций содержатся в файле alloc.h, а также stdlib.h. Функции calloc и malloc выделяют блоки памяти, функция malloc при этом выделяет заданное число байт, тогда как calloc выделяет и инициализирует нулями массив элементов заданного размера.Ряд систем программирования предоставляют множество альтернативных функций, не входящих в ядро языка Си: Функция Краткое описание alloca выделение блока памяти из программного стека _expand изменение размера блока памяти, не меняя местоположения блока _ffree освобождение блока, выделенного посредством функции fmalloc _fmalloc выделение блока памяти вне данного сегмента _freect определить примерное число областей заданного размера, которые можно выделить _fmsize возвращает размер блока памяти, на который указывает дальний (far) указатель halloc выделить память для большого массива (объемом более 64 Кбайтов) Hfree освободить блок памяти, выделенный посредством функции halloc _memavl определить примерный размер в байтах памяти, доступной для выделения _msize определить размер блока, выделенного посредством функций calloc, malloc, realloc _nfree освобождает блок, выделенный посредством _nmalloc _nmalloc выделить блок памяти в заданном сегменте _nmsize определить размер блока, на которой указывает близкий (near) указатель stackavail определить объем памяти, доступной для выделения посредством функции alloca Brk переустановить адрес первого байта оперативной памяти, недоступного программе (начала области памяти вне досягаемости программы) allocmem низкоуровневая функция выделения памяти freemem низкоуровневая функция возврата памяти операционной системе coreleft узнать, сколько осталось памяти для выделения в данном сегменте farcalloc выделить блок памяти вне данного сегмента farcoreleft определить, сколько памяти для размещения осталось вне данного сегмента farmalloc выделить блок памяти вне данного сегмента farrealloc изменить размер блока, ранее выделенного функцией farmalloc или farcalloc farfree освободить блок, ранее выделенный функцией farmalloc или farcalloc Функции _fmalloc и _nmalloc подобны malloc, за исключением того, что _fmalloc и _nmalloc позволяют выделить блок байтов в том случае, когда существуют ограничения адресного пространства текущей модели памяти. Функция halloc выполняется аналогично calloc, но halloc выделяет память для большого массива (больше 64 К). Функции realloc и _expand изменяют размер полученного блока. Функция free (для calloc, malloc и realloc), функция ffree (для _fmalloc), функция _nfree (для _nmalloc) и функция hfree (для halloc) освобождают память, которая была выделена ранее, и делают ее доступной для последующего распределения. Функции _freect и _memavl определяют: сколько памяти доступно для динамического выделения в заданном сегменте; _freect возвращает примерное число областей заданного размера, которые могут быть выделены; _memavl возвращает общее число байтов, доступных для выделения. Функции _msize (для calloc, malloc, realloc и _expand), _fmsize (для _fmalloc) и _nmsize (для _nmalloc) возвращают размер ранее выделенного блока памяти. Функция sbrk — это функция нижнего уровня для получения памяти. Вообще говоря, программа, которая использует функцию sbrk, не должна использовать другие функции выделения памяти, хотя их использование не запрещено. Все выше описанные функции распределяли области памяти из общей памяти. Система программирования MSC предоставляет 2 функции, alloca и stackavail, для выделения памяти из стека и определения количества доступной памяти в стеке.^ Пример 1. Выделение памяти для вектора#include #include #include void wait (void) { fflush (stdin); getchar(); }void error (int n) { switch (n) { case 0: printf ("\n OK"); break; case 1: printf ("\n Bad size of array!"); break; case 2: printf ("\n Can't allocate memory!"); break; } wait(); exit (n); /* exit – выход в ОС с кодом завершения */ }int *allocate (long n) { return (int *)malloc(n*sizeof(int));}void main(void) { long n=0; printf ("\n Enter number of items:"); scanf ("%ld",&n); if (n int *p=allocate(n); if (p==NULL) error (2); for (long i=0; i *(p+i)=random(n); printf ("%6ld",*(p+i)); } wait (); free (p); }Пример 2. Выделение памяти для матрицыint **allocatematrix (long n, long m) { int **p=NULL; p=(int **)malloc(n*sizeof(int *)); if (p==NULL) error (2); for (long i=0; i p[i]=(int *)malloc(m*sizeof(int)); if (p[i]==NULL) error (2); } return p;}/* . . . */int **p=allocatematrix(n,m);for (long i=0; i printf ("\n "); for (long j=0; j p[i][j]=random(n*m); printf ("%6ld",p[i][j]); }} /* правильный порядок освобождения занятой памяти таков: */for (long i=n-1; i>-1; i--) free (p[i]); free (p);2>