Doplňující látka z jazyka C

Témata

• Bitové operátory
• Ukazatelé na funkce
• Funkce s proměnným počtem parametrů
• Struktury a uniony (sjednocení)
  • Struktury
  • Uniony
• Abstraktní datové typy

Bitové operátory

V jazyce C existuje šest bitových operátorů. Přehled uvádí tabulka 1:

Operátor	Operace
&	Bitový součin (AND)
|	Bitový součet (OR)
^	Exlusivní bitový součet - výlučné NEBO (XOR)
~	Bitová negace
<<	Bitový posuv vlevo
>>	Bitový posuv vpravo

Funkci bitových operátorů ukážeme na příkladě:

unsigned char  a = 0x85; /* 133 desitkove, 10000101 dvojkove */
unsigned char  b = 0x46; /*  70 desitkove, 01000110 dvojkove */
unsigned char  c,d,e,f,g,h;

c = a & b;
d = a | b;
e = a ^ b;
f = ~ a;
g = a << 2;
h = b >> 3;

& (AND)										| (OR)										^ (XOR)										~ (NOT)
a =	1	0	0	0	0	1	0	1		a =	1	0	0	0	0	1	0	1		a =	1	0	0	0	0	1	0	1		a =	1	0	0	0	0	1	0	1
b =	0	1	0	0	0	1	1	0		b =	0	1	0	0	0	1	1	0		b =	0	1	0	0	0	1	1	0
c =	0	0	0	0	0	1	0	0		d =	1	1	0	0	0	1	1	1		e =	1	1	0	0	0	0	1	1		f =	0	1	1	1	1	0	1	0

Operace posuvu (vlevo, resp. vpravo) mají následující syntaxi: op << n, resp. op >> n. Provedou posuv operandu op o n bitů vlevo (vpravo). Na uvolněná místa se nasouvají nuly, nenulové bity „vypadávají“. V uvedeném příkladě, hodnoty proměnných g, h budou mít hodnotu

g =

0

0

0

1

0

1

0

0

h =

0

0

0

0

1

0

0

0

Operaci logického součinu můžeme využít při zjišťování, zda jsou určité bity ve slově nastaveny pomocí tzv. masky. Chceme zjistit, zda např. bit 5. řádu proměnné x je nastaven. Hodnota 2⁵=32 = 0x20 (20 je zapsána v šestnáctkové soustavě) je maska, která ma nastaven na hodnotu 1 právě bit 5. řádu. Zjištění spočívá v testu na nenulovou hodnotu bitového součinu masky a proměnné x:

unsigned char x;
unsigned char maska;
...
maska = 0x20;
if (x & maska != 0) ...
else ...

unsigned char x;
unsigned char maska;
int n; // v proměnné n je uloženo, který bit máme testovat
...
maska = (1 << n);
if (x & maska != 0) ...
else ...

Ukazatel na funkci

Speciální typ ukazatele, který je možné v jazyce C deklarovat, je ukazatel na funkci. Do něj je možné přiradit identifikátor funkce (interně je to adresa funkce), kterou chceme pomocí něho volat. Ukazatel na funkci se dá využít např. při výběru pololožek z nabídky, kdy do ukazatele uložíme funkci odpovídající vybrané položce.

Ukazatel na funkci deklarujeme obecně takto: návr. hodnota (*identifikátor)(seznam form. parametrů)

Příklad:

float(*moje_fce)(int a, int b);

O řádek výše je deklarována proměnná moje_fce, což je ukazatel na funkci, která vrací hodnotu typu float a má dva parametry typu int. Závorky (*moje_fce) jsou nezbytné, jinak bychom nedeklarovali ukazatel na fukcni, ale hlavičku funkce vracející ukazatel na float.

Použití ilustruje následující příklad:

float obsah(int a, int b)
{
  return a*b;
}

int main(void)
{
  float(*moje_fce)(int a, int b);
  moje_fce = obsah;

  float o = moje_fce(3,4);,
}

Do ukazatele moje_fce je možné uložit pouze adresu funkce, která vrací hodnotu typu float a má dva parametry typu int.

Využití ukazatele na funkci demonstrujeme ještě na jednom příkladě. V poli typu int kódujeme informace o vlastnostech pěti osob (konkrétně jde o kódování chromozomu v genetickém algoritmu). Máme pole typu int o deseti prvcích, první pětice obsahuje čísla od 0 do 4, druhá pětice také čísla od 0 do 4. První pětice přiřazuje jménům oblíbená jídla, druhá pětice přiřazuje jménům oblíbené atrakce na pouti. Index prvku určuje osobu (jméno). Přiřazení čísel jménům, jídlům a atrakcím definuje následující tabulka 2.

Jména			Jídla			Atrakce
indexy	jméno		hodnota	jídlo		hodnota	atrakce
0 a 5	Ron		0	žvýkačka		0	horská dráha
1 a 6	Joe		1	zmrzlina		1	zvonková dráha
2 a 7	Sam		2	párek v rohlíku		2	strašidelný zámek
3 a 8	Len		3	hranolky		3	kolotoč
4 a 9	Don		4	cukrová vata		4	lochneska

Tabulka 2: Kódování chromozomu

Příklad chromozomu je na obrázku 1.

Obrázek 1: Příklad zakódování chromozomu

Úkolem je napsat program, který vytiskne text s přiřazením jídel a atrakcí jménům. Nadefinujeme tři funkce char *vrat_jmeno(int h), char *vrat_jidlo(int h), char *vrat_atrakci(int h),které mají jako parametr celé číslo (kód); první vrací odpovídající jméno, druhá vrací odpovídající jídlo a třetí atrakci.
Výpis textu provedeme v jednom cyklu; nadeklarujeme ukazatel na převodní funkci. Na počátku do něj přiřadíme funkci vrat_jidlo; jakmile se dostaneme k indexu 5, tj. začneme vypisovat druhou část chromozomu, přiřadíme do ukazatele funkci vrat_atrakci.

Příklad: Dev C++: jmena.dev, jmena.cpp

Funkce s proměnným počtem parametrů

Problematika funkcí s proměnným počtem parametrů je vysvětlena v uvedené prezentaci: prom_param.ppt

Příklad z prezentace: Dev C++: varpar.dev, varpar.c

Struktury a uniony

Struktury

Struktura je obecně definována následujícím zápisem:

struct [jméno struktury]
{
   typ jméno_položky; 
   typ jméno_položky;
   ...
} proměnná;

Ukážeme se definici proměnné bod typu struktura, která má dvě položky (x-ovou a y-ovou souřadnici):

struct
{
  float x;
  float y;
} bod;

Pomocí typedef můžeme definovat uživatelský typ, např. TBod:

typedef struct
{
  float x;
  float y;
} TBod;

TBod b1,b2;

Statické pole struktur deklarujeme TBod pole_bodu[10], k položkám pole přistupujeme pole_bodu[0].x = 3;

Je možné deklarovat také ukazatel na strukturu a paměť pro data alokovat dynamicky:

TBod *b3;

b3 = (TBod*)malloc(sizeof(TBod));
...
free(b3); /* uvolnění paměti */

Strukturu můžeme předat funkci jako parametr, předává se buď struktura sama nebo ukazatel na strukturu (což je výhodnější z hlediska paměťových nároků, pokud struktura zabírá více paměti; nezapomeňme, že v případě předání struktury se na zásobník předává kopie dat). Definici funkce, která počítá vzdálenost bodu od počátku, je v tabulce 3. Tabulka ukazuje 2 funkce, u první se předává jako parametr samotná struktura, u druhé ukazatel na strukturu.

double vzdalenost1(TBod b)
{
  return sqrt (b.x*b.x + b.y*b.y);
}

double vzdalenost2(TBod *b)
{
  return sqrt (b->x*b->x + b->y*b->y);

Poznámka: Pokud položka struktury obsahuje ukazatel na sebe, musíme uvést jméno struktury před definicí. Následující definici využijeme při implementaci spojového seznamu, viz dále:

typedef struct TPolozka
{
  int hodnota;
  TPolozka *dalsi;
} TPolozka;

Příklad struktury - formát BMP

Grafický formát pro uložení obrázků bmp (Bitmap) obsahuje úvodní hlavičku o délce 14 bytů. Její struktura je zobrazena v tabulce 4:

Položka	Délka položky	Popis
typ	2 byty	2 znaky „BM“
velikost	4 byty	celková velikost souboru
rezervováno1	2 byty	rezervováno pro pozdější použití, musí být na 0
rezervováno2	2 byty	rezervováno pro pozdější použití, musí být na 0
posun	4 byty	posun obrazových dat od začátku této hlavičky (struktury)

Tabulka 4: Hlavička formátu BMP

Předpokládejme, že pracujeme na platformě Intel (uložení dat little-endian, tj. slabiky nižšího řádu jsou uloženy na nižších adresách), dále že sizeof(unsigned short)=2 a sizeof(unsigned int)=4. Strukturu, která odpovídá hlavičce souboru, nadeklarujeme následovně:

typedef struct
{
  unsigned char B;
  unsigned char M;
  unsigned int velikost;
  unsigned short res1;
  unsigned short res2;
  unsigned int posun;
} THeadBMP;

Nadeklarujeme proměnnou pro hlavičku: THeadBMP hlavicka;
Hlavičku načteme ze soubor vst, který byl otevřen pomocí fopen v binárním módu: fread((void*)&hlavicka,sizeof(THeadBMP),1,vst).

Upozornění: Některé překladače v rámci optimalizace přístupu do paměti neukládaí položky struktur těsně za sebou, ale zarovnávají je na adresy dělitelné 4. V takovém případě by mezi položkami M a velikost byla v paměti mezera a velikost struktury by byla větší než velikost hlavičky. Museli bychom tedy v překladači tuto optimalizaci (zarovnání položek na adresy dělitelné 4) vypnout.

Uniony, bitová pole