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@afnecors

afnecors/guidac.txt

Created June 30, 2021 07:35
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INTRODUZIONE ALLA PROGRAMMAZIONE IN C by Fiorella Sartori @ unitn (source: http://www.science.unitn.it/~fiorella/guidac/txt/guidac.txt)
Raw
guidac.txt
==============================================================================
INTRODUZIONE ALLA PROGRAMMAZIONE IN C
==============================================================================
01. Caratteristiche del linguaggio C
02. Storia del linguaggio C
03. Primo approccio
04. Compilazione di un programma C
05. Struttura di un programma C
06. Variabili
06.01. Stampa ed input di variabili
07. Operatori
07.01. Operatori aritmetici
07.02. Operatori di confronto
07.03. Operatori logici
07.04. Operatori di basso livello
07.04.01. Operatori di bitwise
07.04.02. Bit Fields
07.05. Ordine di precedenza degli operatori
08. Strutture di controllo
08.01. If
08.02. Operatore "?"
08.03. Switch
08.04. For
08.05. While
08.06. Do-While
08.07. Break e Continue
09. Arrays
09.01. Array singoli e multidimensionali
09.02. Stringhe
10. Funzioni
10.01. Funzioni "void"
10.02. Funzioni ed array
10.03. Prototipi di funzioni
11. Ulteriori tipi di dati
11.01. Strutture
11.02. Unioni
11.03. Type-casting
11.04. Enumerated Types
11.05. Variabili statiche
12. Errori comuni in C
12.01. Assegnazione (=) al posto di confronto (==)
12.02. Passaggio dell'indirizzo di puntatori
12.03. Mancanza di () per una funzione
12.04. Indici di array
12.05. Array di caratteri e puntatori
12.06. C e' case-sensitive
12.07. ";" chiude ogni istruzione
13. Puntatori
13.01. Cos'e' un puntatore
13.02. Puntatori e funzioni
13.03. Puntatori e array
13.04. Array di puntatori
13.05. Array multidimensionali e puntatori
13.06. Inizializzazione statica degli array di puntatori
13.07. Puntatori e strutture
13.08. Le "trappole" piu' comuni dei puntatori
13.08.01. Non assegnare un puntatore ad un indirizzo di
memoria prima di utilizzarlo
13.08.02. Assegnazione indiretta illegale
14. Allocazione dinamica della memoria
14.01. Malloc
14.02. Linked Lists
15. Input ed output
15.01. Streams
15.01.01. Streams predefinite
15.01.01.01. Redirezione
15.02. Funzioni comuni di I/O
15.03. Formattazione di I/O
15.03.01. Printf
15.04. Scanf
15.05. Files
15.05.01. Lettura e scrittura su files
15.06. Sprintf ed Sscanf
15.07. Input dalla linea di comando
15.08. I/O di basso livello
16. Il preprocessore C
16.01. #define
16.02. #undef
16.03. #include
16.04. #if - Inclusione condizionale
17. Scrittura di grossi programmi
17.01. File header
17.02. Variabili esterne e funzioni
17.02.01. Scopo delle variabili esterne
17.03. L'utility Make
17.04. Programmazione di Make
17.05. Creazione di un makefile
17.06. Macro di Make
17.07. Esecuzione di Make
18. UNIX e il C
18.01. Vantaggi di usare UNIX con il C
18.02. Utilizzo delle chiamate di sistema UNIX e delle funzioni
di libreria
18.03. Trattamento di file e directory
18.03.01. Funzioni di trattamento delle directory
18.03.02. Routine di trattamento dei file
18.03.03. errno
18.04. Controllo e gestione dei processi
18.04.01. Esecuzione di comandi UNIX da C
18.04.01.01. execl()
18.04.01.02. fork()
18.04.01.03. wait()
18.04.01.04. exit()
18.04.02. Utilizzo di pipe in un programma C
18.04.02.01. popen() - Piping formattato
18.04.02.02. pipe() - Piping di basso livello
18.04.03. Interruzioni e segnali
18.04.03.01. Invio di segnali - kill()
18.04.03.02. Ricezione di segnali - signal()
18.05. Times Up!!
19. Opzioni comuni del compilatore C
19.01. Opzioni di compilazione
20. Funzioni della libreria standard C
20.01. Manipolazione dei buffer
20.02. Classificazione dei caratteri e conversione
20.03. Conversione dei dati
20.04. Manipolazione delle directory
20.05. Manipolazione dei file
20.06. Input e Output
20.06.01. Stream I/O
20.06.02. I/O di basso livello
20.07. Matematica
20.08. Allocazione di memoria
20.09. Controllo dei processi
20.10. Ricerca e ordinamento
20.11. Manipolazione di stringhe
20.12. Time
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01. Caratteristiche del linguaggio C
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Qui di seguito verranno elencate brevemente alcune delle caratteristiche del
C che definiscono il linguaggio stesso e che hanno contribuito alla
popolarita' che ha raggiunto come linguaggio di programmazione:
- dimensioni ridotte
- utilizzo frequente di chiamate a funzioni
- loose typing (a differenza del Pascal)
- linguaggio strutturato
- programmazione a basso livello facilmente disponibile
- implementazione dei puntatori (ampio uso di puntatori per memoria,
vettori, strutture e funzioni)
Il C e' ora diventato un linguaggio professionale ampiamente utilizzato per
varie ragioni:
- ha strutture di alto livello
- puo' maneggiare attivita' di basso livello
- produce programmi efficienti
- puo' essere compilato su un'ampia gamma di computers
Il suo principale inconveniente e' quello di avere un metodo scadente per
l'identificazione di errori, che puo' escluderne l'utilizzo ai principianti.
Comunque con un minimo di diligenza si puo' risolvere elegantemente questo
problema, in quanto si possono violare le regole del C non appena si sono
imparate (non molti linguaggi lo permettono). Nel caso in cui venga fatto
correttamente e con attenzione, questo porta a sfruttare le potenzialita'
della programmazione C.
Lo standard per i programmi C in origine era dato dalle caratteristiche
messe a punto da Brian Kernighan. Al fine di rendere il linguaggio piu'
accettabile a livello internazionale, venne messo a punto uno standard
internazionale chiamato ANSI C (American National Standards Institute).
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02. Storia del linguaggio C
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Le pietre miliari nel corso dell'evoluzione del C come linguaggio sono
elencate di seguito:
- UNIX developed c. 1969 - DEC PDP-7 Assembly Language
- BCPL - un OS facilmente accessibile che fornisce potenti strumenti di
sviluppo prodotti a partire da BCPL. Si tratta di un assemblatore noioso,
lungo ed incline agli errori
- Un nuovo linguaggio "B" come secondo tentativo c. 1970
- Un linguaggio "C" totalmente nuovo come successore di "B" c. 1971
- Dal 1973 UNIX OS, quasi totalmente scritto in C
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03. Primo approccio
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Un minimo programma in C e':
main()
{
}
che corrisponde a un programma in Pascal:
program minimum;
begin
end
Ogni programma C deve contenere una e una sola funzione main().
Per ogni parentesi graffa aperta (che corrisponde al begin in pascal)
deve essercene una chiusa (che corrisponde all'end in pascal).
I commenti possono essere posti ovunque utilizzando /* (inizio commento)
e */ (fine commento), ma non si puo' inserire un commento in un altro.
Ad esempio:
/* Esempio di programma in C */
main()
{
/* Un ulteriore commento */ ESATTO
/* Commento /* Ancora un commento */ */ ERRATO
}
Il seguente esempio e' un programma che produce l'output sullo
schermo della frase "Hello World":
main()
{
printf("Hello World \n");
exit(0);
}
L'istruzione "printf" e' una funzione C che visualizza cio' che gli
viene passato come argomento.
Per creare un file contenente uno dei precedenti programmi si puo'
utilizzare un qualsiasi text editor disponibile sulla macchina (vi, emacs,
xedit, ...).
Il nome del file deve avere l'estensione ".c", cioe' chiamarsi, ad esempio,
prog.c. Il contenuto, ovviamente, deve rispettare la sintassi C; per quanto
riguarda gli esempi sopra riportati, potrebbero iniziare con una riga del
tipo
/* Esempio ... */ (anche con una linea vuota che la precede)
e terminare con la linea
} /* Fine del programma */ (anche con una linea vuota che la segue)
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04. Compilazione di un programma C
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Per compilare il programma si utilizza il comando cc seguito dal nome del
programma C sorgente, dove "cc" e' il nome del compilatore C.
Ad esempio:
cc prog.c
Se il compilatore trova errori (in genere syntax error, come errori di
battitura, errori di sintassi delle parole chiave o ";" omessi), questi
vengono identificati e visualizzati; in caso contrario, viene creato il
file eseguibile a.out. Il compilatore non identifica eventuali errori di
logica del programma, quindi potrebbero essere eseguite delle operazioni
errate, ed e' compito dell'utente trovarle (anche con l'ausilio di appositi
programmi di debugging).
In fase di compilazione possono essere specificate anche ulteriori opzioni:
la piu' utilizzata e' "-o nome-file", che crea l'eseguibile con il nome
nome-file invece di a.out, ma ne esistono altre come ad esempio "-c"
(opzione senza argomenti, per la soppressione di link).
Altra opzione possibile e' "-g", con cui e' necessario compilare per poter
utilizzare il debugger "dbx".
Ad esempio:
cc prog.c -o prog (oppure cc -o prog.c prog)
cc -c prog.c -o prog
cc -g prog.c -o prog
Per far eseguire il programma e' sufficiente scrivere il nome
dell'eseguibile creato (e' ovvio che il file eseguibile deve avere i
permessi per l'esecuzione, solitamente assegnati automaticamente in fase di
compilazione):
si avranno visualizzati sullo schermo gli eventuali risultati.
Nel momento dell'esecuzione e' possibile osservare ed identificare eventuali
errori di run-time, come ad esempio le divisioni per zero; in tal caso
l'esecuzione termina irregolarmente e viene generato un file core con lo
stato del programma in esecuzione al momento del verificarsi dell'errore.
Se il programma in esecuzione non rilascia errori ma produce output errati,
e' evidente che contiene errori logici; questi andranno corretti editando
il programma sorgente, questo dovra' essere ricompilato e si potra' lanciare
nuovamente l'esecuzione.
La compilazione del programma C avviene attraverso le seguenti fasi:
- un preprocessore che accetta il codice sorgente come input
ed e' resposabile della:
- rimozione di commenti
- interpretazione di speciali direttive per il preprocessore
denotate da "#".
Ad esempio:
#include - include il contenuto di un determinato file
(solitamente chiamato header, con suffisso ".h").
#include <math.h> - standard library maths file.
#include <stdio.h> - standard library I/O file
#define - definisce un nome simbolico o una costante
(sostituzione di una macro).
#define MAX_ARRAY_SIZE 100
- il compilatore C che traduce il codice sorgente ricevuto dal
preprocessore in codice assembly.
- l' assembler che crea il codice oggetto (in UNIX i file con il suffisso
.o sono i file in codice oggetto, che corrispondono ai file .obj in
MSDOS).
- il link editor che combina le funzioni definite in altri file sorgenti
o definite in librerie, con la funzione main() per creare il file
eseguibile.
Infatti molte delle funzioni presenti in altri linguaggi non sono incluse
nel C (ad esempio, funzioni di I/O, di manipolazione di stringhe o
matematiche), ma il C fornisce tali funzionalita' attraverso un ricco
insieme di librerie di funzioni. Molte applicazioni C includono librerie
standard di funzioni per coprire le utilita' mancanti.
In questa fase vengono anche ricostruiti i riferimenti alle variabili
esterne utilizzate nei sorgenti C.
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05. Struttura di un programma C
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Un programma C ha in linea di principio la seguente forma:
Comandi per il preprocessore
Definizione di tipi
Prototipi di funzioni (dichiarazione dei tipi delle funzioni e delle
variabili passate alle funzioni)
Variabili
Funzioni
Vediamo l'esempio di un programma:
main()
{
printf("I like C\n");
exit(0);
}
Note:
- Il C richiede un punto e virgola alla fine di ogni statement.
- printf() e' una funzione standard richiamata da main.
- \n significa una nuova linea (a capo).
- exit() e' anch'essa una funzione standard che fa terminare il programma
(qui non sarebbe necessaria in quanto e' l'ultima linea di main e il
programma terminerebbe comunque).
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06. Variabili
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Il C ha i seguenti tipi di dati:
Tipo Size (byte)
char 1
unsigned char 1
short int 2
unsigned short int 2
(long) int 4
float 4
double 8
Sui sistemi UNIX tutte le variabili dichiarate "int" sono considerate
"long int", mentre "short int" deve essere dichiarato esplicitamente.
E' importante notare che in C non esiste un tipo di variabile booleano,
quindi si possono utilizzare variabili "char", "int" o meglio "unsigned
char". "unsigned" puo' essere utilizzato con tutti i tipi "char" e "int".
Per dichiarare una varibile si scrive:
var_tipo elenco-variabili-separate-da-virgole ;
Le variabili globali si definiscono al di sopra della funzione main(),
nel seguente modo:
short number,sum;
int bignumber,bigsum;
char letter;
main()
{
...
}
E' possibile preinizializzare una variabile utilizzando = (operatore di
assegnazione).
Ad esempio:
int i,j,k=1;
float x=2.6,y;
char a;
Vediamo due esempi di inizializzazione di variabili che si equivalgono,
senza pero dimenticare che il metodo utilizzato nel primo esempio
risulta piu' efficiente:
Esempio 1: float sum=0.0;
int bigsum=0;
char letter='A';
main()
{
...
}
Esempio2: float sum;
int bigsum;
char letter;
main()
{
sum=0.0;
bigsum=0;
letter='A';
...
}
E' possibile effettuare assegnazioni multiple purche' le variabili
siano dello stesso tipo.
Ad esempio:
int somma;
char letter="A";
main()
{
int a,b,c=3;
a=b=c;
}
dove l'istruzione a=b=c (con c=3) corrisponde ad a=3, b=3 e c=3, ma
anche in questo caso risulta piu' efficiente il primo metodo.
Si possono definire nuovi propri tipi di variabili utilizzando "typedef"
(questo risulta utile quando si creano strutture complesse di dati).
Come esempio di utilizzo semplice consideriamo come sia possibile creare
i due nuovi tipi di variabile "real" e "letter", che potranno successiva-
mente essere utilizzati alla stessa maniera dei tipi predefiniti del C.
Ad esempio:
typedef float real;
typedef char letter;
variabili dichiarate:
real sum=0.0;
letter nextletter;
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06.01. Stampa ed input di variabili
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Il C sfrutta l'output formattato.
Per stampare il contenuto di una variabile si utilizza la funzione printf().
Bisogna pero' specificare il formato della variabile utilizzando il
carattere speciale di formattazione "%" seguito dal carattere che definisce
un certo formato per una variabile:
%c - char
%d - int
%f - float
Ad esempio: printf("%c%d%f",letter,somma,z);
Nota: l'istruzione di formattazione e' racchiusa tra "", e le variabili
vengono esposte di seguito; assicurarsi che l'ordine dei formati ed
il tipo di dato delle variabili coincidano.
Sempre a proposito della funzione "printf", vediamo il seguente esempio di
una istruzione di stampa:
printf(".\n.1\n..2\n...3\n");
per la quale l'output sara':
.
.1
..2
...3
scanf() e' la funzione per l'input di valori a strutture di dati.
Il suo formato e' simile a quello di printf():
scanf("%c%d%f",&ch,&i,&x);
Nota: "&" si riferisce all'indirizzo della variabile, e va sempre messo
davanti ai nomi di variabili in acquisizione; il motivo verra'
spiegato nel paragrafo dei "puntatori".
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07. Operatori
------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------
07.01. Operatori aritmetici
------------------------------------------------------------------------------
Come gia' accennato, le assegnazioni in C vengono effettuate utilizzando
"=". Oltre agli operatori arimetici standard +,-,*,/ e all'operatore %
(modulo) per gli interi, in C si hanno anche gli operatori incremento ++
e decremento --, che possono essere preposti o posposti all'argomento. Se
sono preposti il valore e' calcolato prima che l'espessione sia valutata,
mentre se sono posposti il valore viene calcolato dopo la valutazione della
espressione.
Ad esempio:
int x,z=2;
1) x=(++z)-1;
A questo punto x=2 e z=3
int x,z=2;
2) x=(z++)-1;
A questo punto x=1 e z=3
Riportiamo un ulteriore esempio:
int x,y,w;
main()
{
x=((++z)-(w--))%100;
}
che equivale alle seguenti istruzioni:
int x,y,w;
main()
{
z++;
x=(z-w)%100;
w--;
}
E' importante sottolineare che un'istruzione del tipo
x++
e' piu' veloce della corrispondente
x=x+1
L'operatore "%" (modulo) puo' essere utilizzato solamente con le variabili
di tipo integer; la divisione "/" e' utilizzata sia per gli integer che
per i float.
A proposito della divisione riportiamo un altro esempio:
z=3/2
dove z avra' valore 1, anche se e' stato dichiarato come float
(di regola, se entrambi gli argomenti della divisione sono integer,
allora verra' effettuata una divisione integer);
per avere un risultato corretto sara' necessario scrivere:
z=3.0/2 oppure
z=3/2.0 o, ancora meglio,
z=3.0/2.0
Inoltre esiste una forma contratta per espressioni del tipo
expr1 = expr1 op expr2
(ad esempio: i=i+2 oppure x=x*(y+3))
che diventano:
expr1 op = expr2
Per cui i=i+2 puo' essere scritta nel modo contratto come i+=2
od x=x*(y+3) diventare x*=y+3.
Nota: l'espressione x*=y+3 corrisponde a x=x*(y+3) e non a x=x*y+3.
------------------------------------------------------------------------------
07.02. Operatori di confronto
------------------------------------------------------------------------------
Per testare l'ugualianza si usa "==" mentre per la disugualianza "!=".
Ci sono poi gli operatori "<" (minore), ">" (maggiore), "<=" (minore o
uguale), ">=" (maggiore o uguale).
NB. if (i==j) ... esegue il contenuto dell'if se i e' uguale a j, ma
if (i=j) ... e' ancora sintatticamente esatto ma effettua l'assegnazione
del valore di j ad i e procede se j e' diverso da zero in quanto
viene interpretato il valore TRUE (e' come scrivere if i ... con i
diverso da zero). In questo caso si tratterebbe di una "assegnazione di
valore", una caratteristica chiave del C.
------------------------------------------------------------------------------
07.03. Operatori logici
------------------------------------------------------------------------------
Gli operatori logici, solitamente utilizzati con le istruzioni condizionali
che vedremo piu' avanti, sono "&&" per AND logico e "||" per OR logico.
Nota: "&" e "|" hanno un significato diverso, poiche' sono bitwise AND e OR.
------------------------------------------------------------------------------
07.04. Operatori di basso livello
------------------------------------------------------------------------------
Nel capitolo relativo ai puntatori si vedra' come questi permettano il
controllo delle operazioni di memoria di basso livello.
Molti programmi (in particolare le applicazioni di gestione del sistema)
devono realmente operare a basso livello, poiche' lavorano su bytes
individuali.
E' importante notare che la combinazione di puntatori e di operatori
bit-level rendono il C utilizzabile per molte applicazioni a basso livello
e possono quasi sempre sostituire il codice assembly (ricordiamo che
solamente circa il 10% di UNIX e' un codice assembly, mentre il resto e' C).
------------------------------------------------------------------------------
07.04.01. Operatori di bitwise
------------------------------------------------------------------------------
Gli operatori di bitwise (che operano sui singoli bit) sono i seguenti:
"&" AND
"|" OR
"^" XOR
"~" Complemento a 1 (0=>1, 1=>0)
"<<" shift a sinistra
">>" shift a destra
Nota: fare attenzione, come gia' detto in precedenza, a non confondere
& con && (& e' "bitwise and", mentre && e' "logical and"); la stessa
cosa vale per | e ||.
"~" e' un operatore unario, cioe' opera su un solo argomento indicato a
destra dell'operatore.
Gli operatori di shift eseguono un appropriato shift dall'operatore indicato
a destra a quello indicato a sinistra. L'operatore destro deve essere
positivo. I bits liberati vengono riempiti con zero (cioe' non si tratta di
una rotazione, con recupero sul lato opposto dei bit shiftati).
Ad esempio: z<<2 shifta i bit in z di due posti verso sinistra
cosi', se z=00000010 (binario) o 2 (decimale)
allora, z>>=2 => z=00000000 (binario) o 0 (decimale)
inoltre, z<<=2 => z=00001000 (binario) o 8 (decimale)
Quindi, uno shift a sinistra e' equivalente ad una moltiplicazione per 2;
similmente, uno shift a destra equivale ad una divisione per 2.
Nota: l'operazione di shift e' molto piu' veloce della reale moltiplicazione
(*) o divisione (/); cosi', se occorrono veloci moltiplicazioni o
divisioni per 2 si puo' utilizzare lo shift.
Per illustrare le molteplici caratteristiche degli operatori di bitwise,
riportiamo una funzione (bitcount) che somma 2 bit settati ad 1 un un numero
ad 8 bit (unsigned char) passato come argomento alla funzione:
int bitcount(unsigned char x)
{int count;
for (count=0; x!=0; x>>=1);
if (x&01)
count++;
return count;
}
Questa funzione mostra molti punti del programma C:
- il loop "for" non viene usato per semplici operazioni di somma
- x>>=1 => x=x>>1
- il loop "for" shifta ripetutamente a destra x, finche' x diventa 0
- il controllo "if" utilizza la valutazione dell'espressione x &01
- x &01 controlla il primo bit di x, ed esegue count++ se questo e' 1
------------------------------------------------------------------------------
07.04.02. Bit Fields
------------------------------------------------------------------------------
I Bit Fields permettono il raggruppamento dei dati in una struttura. Questa
tecnica viene usata soprattutto quando la gestione della memoria o la
memorizzazione dei dati sono uno meta molto ambita.
Tipici esempi sono costituiti da:
- raggruppamento di parecchi oggetti in una parola macchinai (i flag di un
bit possono essere compattati); ad esempio, la tabella dei simboli
nell'ambito dei compilatori;
- lettura di formati di file esterni (formati di file non standard possono
essere importati); ad esempio, gli interi di 9 bit.
Il C permette di fare questo in una definizione di struttura, mettendo
":lunghezza-bit" dopo la variabile stessa, e cioe':
struct packed-struct {
unsigned int f1:1;
unsigned int f2:1;
unsigned int f3:1;
unsigned int f4:1;
unsigned int type:4;
unsigned int funny_int:9;
} pack;
Qui la struttura packed-struct contiene 6 elementi: 4 flag da 1 bit (f1,...
f4) e funny_int da 9 bit.
Il C automaticamente raggruppa assieme i campi di bit elencati nell'esempio
appena riportato.
Solitamente si accede ai membri della struttura nel seguente modo:
pack.type = 7;
Notiamo che:
- solamente "n" bit di basso livello possono essere assegnati ad un numero
di "n" bit. Cosi' il campo "type" non puo' assumere valori maggiori di 15
(4 bits long);
- i bit fields vengono sempre convertiti al tipo intero prima di eseguirvi
delle operazioni;
- e' permesso "mescolare" tipi normali con bit fields;
- la definizione di "unsigned" e' importante, per assicurarsi che per i
flags non venga usato nessun bit per il segno.
------------------------------------------------------------------------------
07.05. Ordine di precedenza degli operatori
------------------------------------------------------------------------------
E' necessario fare attenzione al significato di un'espressione come
a + b * c
dove potremmo volere sia l'effetto di
(a + b) * c
sia quello di
a + (b * c)
Tutti gli operatori hanno una propria priorita', e gli operatori ad alta
priorita' sono valutati prima di quelli a bassa priorita'.
Gli operatori con la stessa priorita' sono valutati da sinistra a destra;
Cosi'
a - b - c
e' valutato
(a - b) - c
come ci si puo' aspettare.
L'ordine di priorita', dalla piu' alta alla piu' bassa, degli operatori
in C e':
()[]->.
!~-*& sizeof cast ++ --
(these are rigth -> left)
*/%
+-
< <= >= >
== !=
&
^
|
&&
||
?: (right -> left)
= += -= (right -> left)
,(comma)
Quindi:
"a < 10 &&2 * b < c"
e' interpretato come:
"(a < 10) &&((2 * b) < c)".
ed anche:
a=
b=
spokes / spokes_per_wheel
+ spares;
e' valutato come:
a=
(b=
(spokes / spokes_per_wheel)
+ spares
);
------------------------------------------------------------------------------
08. Strutture di controllo
------------------------------------------------------------------------------
Quelli che seguono sono i vari metodi con cui il C puo' controllare il
flusso logico di un programma. A parte alcune minime differenze sintattiche,
queste istruzioni sono simili a quelle che si possono trovare negli altri
linguaggi.
Come abbiamo visto, in C esistono le seguenti operazioni logiche:
==,!=,||,&&.
Un altro operatore e' il not "!" unario (ha un solo argomento).
Questi operatori sono utilizzati congiuntamente alle istruzioni di seguito
riportate.
------------------------------------------------------------------------------
08.01. If
------------------------------------------------------------------------------
L'istruzione "if" ha le stesse funzioni degli altri linguaggi. Puo' avere
tre forme di base:
if (expression)
statement
if (expression)
statement1
else
statement2
if (expression1)
statement1
else if (expression2)
statement2
else
statement3
Ad esempio:
int x,y,z;
main()
{
int w;
...
if (x<0)
{
z=w;
...
}
else
{
z=y;
...
}
}
------------------------------------------------------------------------------
08.02. Operatore "?"
------------------------------------------------------------------------------
L' operatore ? (ternary condition) e' la forma piu' efficente per esprimere
semplici if statements. Ha la seguente forma:
expression1 ? expression2 : exprssion3
che equivale a:
if expression1 then expression2 else expression3
Ad esempio:
z=(a>b) ? a : b
cioe'
if (a>b)
z=a;
else
z=b;
assegna a z il massimo tra a e b.
------------------------------------------------------------------------------
08.03. Switch
------------------------------------------------------------------------------
Permette scelte multiple tra un insieme di items.
La sua forma generale e':
switch (expression) {
case item1:
statement1;
break;
case item2:
statement2;
break;
.
.
.
case itemn:
statementn;
break;
case default:
statement;
break;
}
Il valore degli item deve essere una costante (le variabili non sono
permesse).
Il break serve per terminare lo switch dopo l'esecuzione di una scelta,
altrimenti verra' valutato anche il caso successivo (questo, a differenza
di molti altri linguaggi).
E' possibile anche avere un'istruzione nulla, includendo solamente un ";"
oppure lasciando fallire l'istruzione di switch omettendo qualsiasi frase
(come nell'esempio di seguito).
Il caso "default" e' facoltativo e raggruppa tutti gli altri casi.
Ad esempio:
switch (letter) {
case 'A':
case 'E':
case 'I':
case 'O':
case 'U':
numerovocali++;
break;
case " ":
numerospazi++;
break;
default:
numerocostanti++;
break;
}
In questo caso se letter e' una vocale ('A','E','I','O','U') viene
incrementato il valore della varibile numerovocali, se e' uno spazio (" ")
si incrementa numerospazi e altrimenti (se nessuno dei casi precedenti e'
vero) viene eseguita la condizione di default e quindi viene incrementato
numerocostanti.
------------------------------------------------------------------------------
08.04. For
------------------------------------------------------------------------------
L'istruzione C "for" ha la seguente forma:
for (expression1; expression2; expression3)
statement;
{or block of statements}
dove expression1 inizializza, expression2 e' il test di termine e
expression3 e' il modificatore (che puo' anche essere piu' di un semplice
incremento).
Nota: fondamentalmente il C tratta le istruzioni "for" come i cicli di
tipo "while".
Ad esempio:
int x;
main()
{
for (i=0;i<3;i++)
printf("x=%d\n",x);
}
che genera come output sullo schermo:
x=0
x=1
x=2
Gli esempi che seguono sono tre forme valide delle istruzioni "for" in C:
for (x=0;((x<3)&&(x>9));x++)
for (x=0,y=4;((x<3)&&(y>9));x++,y+=2)
in cui si puo' notare che le espressioni multiple possono essere separate
da una ",";
for (x=0,y=4,z=4000;z;z/=10)
in cui si puo' notare che il loop continua l'iterazione fino a quanto z
diventa 0.
------------------------------------------------------------------------------
08.05. While
------------------------------------------------------------------------------
L'istruzione "while" ha la seguente forma:
while (expression)
statement;
Ad esempio:
int x=3;
main()
{
while (x>0)
{
printf("x=%d\n",x);
x--;
}
}
che genera come output sullo schermo:
x=3
x=2
x=1
While puo' accettare non solo condizioni ma anche espressioni, per cui
risultano corrette le seguenti istruzioni:
while (x-);
while (x=x+1);
while (x+=5);
Utilizzando questo tipo di espressioni, solo quando il risultato di x--,
x=x+1 oppure x+=5 ha valore 0 la condizione di while fallisce e si esce
dal loop.
E' possibile avere anche complete operazioni di esecuzione nelle espressioni
"while":
while (i++<10)
che incrementa i fino a raggiungere il valore 10;
while ((ch=getchar())!'q')
putchar(ch);
che usa le funzioni getchar() e putchar() delle librerie standard, che
rispettivamente leggono un carattere dalla tastiera e scrivono un
determinato carattere sullo schermo. Il loop while continua a leggere dalla
tastiera e a visualizzare sullo schermo il carattere digitato, fino a quando
non venga battuto il carattere "q".
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08.06. Do-While
------------------------------------------------------------------------------
L'istruzione C "do-while" ha la seguente forma:
do
statement;
while (expression);
(e' simile al Pascal repeat ... until, eccetto il fatto che l'espressione
dell'istruzione do-while e' vera)
Ad esempio:
int x=3;
main()
{
do { /* le graffe sono superflue, visto */
printf("x=%d\n",x-); /* che racchiudono solamente una */
} /* istruzione */
while (x>0);
}
Il cui output e':
x=3
x=2
x=1
Nota: l'operatore finale "x-" indica che viene usato il valore corrente
di x mentre stampa, e poi viene decrementato x.
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08.07. Break e Continue
------------------------------------------------------------------------------
Il C fornisce due comandi per controllare i loop:
break - esce da un loop o da uno switch
continue - salta una iterazione del loop
Consideriamo il seguente esempio, dove leggiamo un valore integer e lo
elaboriamo in accordo con le seguenti condizioni. Se il valore che abbiamo
letto e' negativo, dovremo stampare un messaggio di errore ed abbandonare
il loop. Se il valore letto e' maggiore di 100, dovremo ignorarlo e
continuare con il successivo valore in input. Se il valore e' 0, dovremo
terminare il loop.
/* Viene letto un valore intero ed elaborato purche'
sia maggiore di 0 e minore di 100 */
while (scanf("%d".&value) == 1 && value !=0) {
if (value<0) {
printf("Valore non ammesso\n");
break; /* Abbandona il loop */
}
if (value>100) {
printf("Valore non ammesso\n");
continue; /Torna nuovamente all'inizio del loop */
}
/*Elabora il valore letto*/
/*che e' sicuramente tra 0 e 100 */
.
.
.
}
------------------------------------------------------------------------------
09. Arrays
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------------------------------------------------------------------------------
09.01. Array singoli e multidimensionali
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Un esempio di definizione di un array in C e' :
int elenco_numeri[50];
e si accede agli elementi dell'array nel seguente modo:
terzo_numero= elenco_numeri[2];
elenco_numeri[5]=100;
NB. In C gli Array subscripts iniziano da 0 e finiscono alla dimensione
dell'array meno uno. Nell'esempio precedente il range e' 0-49, cioe'
elenco_numeri e' un array di 50 elementi e si ha:
elenco_numeri[0],elenco_numeri[1],....elenco_numeri[49].
Questa e' una grossa differenza fra il C e gli altri linguaggi e
richiede un po' di pratica per raggiungere "la giusta disposizione
d'animo".
Array multidimensionali sono cosi definiti:
int tabella_numeri[50][50] => per due dimensioni
int big_D[20][30][10][40] => per piu' di due dimensioni
e si accede agli elementi nel seguente modo:
numero=tabella_numeri[5][32];
tabella_numeri[1][23]=100;
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09.02. Stringhe
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In C le stringhe sono definite come array di caratteri. Ad esempio, la
seguente istruzione definisce una stringa di 50 caratteri:
char name[50];
Il C non ha pero' un sistema maneggevole per costruire le stringhe, cosi
le seguenti assegnazioni non sono valide:
char firstname[50], lastname[50], fullname[50];
firstname = "Mario" /* illegale */
lastname = "Rossi" /* illegale */
fullname = "Sig."+firstname+lastname /* illegale */
Esiste pero' una libreria di routines per il trattamento delle stringhe
("< string.h >").
Per maneggiare le stringhe si possono usare puntatori ad array di char
(come vedremo piu' avanti).
Per stampare una stringa si usa printf() con lo speciale carattere di
controllo %s:
printf("%s",nome);
Nota: e' sufficiente avere il nome della stringa.
Al fine di permettere l'utilizzo di stringhe con lunghezza variabile,
il carattere \0 viene utilizzato per indicare la fine di una stringa.
In questo modo, se abbiamo una stringa dichiarata di 50 caratteri
(char name[50];), e la utilizziamo per memorizzare il nome "Dave", il
suo contenuto (a partire da sinistra) sara' la parola Dave immediatamente
seguita dal segno di fine stringa \0, e quindi tutti gli altri caratteri
(fino ad arrivare alla lunghezza di 50) risulteranno vuoti.
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10. Funzioni
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Il C fornisce delle funzioni anch'esse simili alla maggior parte degli
altri linguaggi. Una differenza e' che il C considera "main()" come una
funzione. A differenza di alcuni linguaggi, come il Pascal, il C non ha
procedure poiche' usa le funzioni per soddisfare entrambe le esigenze.
La forma generale di una funzione e':
returntype function_name (parameterdef1, parameterdef2, ...)
{
local variables
function code (C statements)
}
Se manca la definizione del tipo della funzione ("returntype", tipo della
variabile di ritorno della funzione), il C assume che il ritorno della
funzione e' di tipo integer; questo puo' essere una delle cause di problemi
nei programmi.
Esempio di una funzione che calcola la media tra due valori:
float calcolamedia(float a, float b)
{
float media;
media=(a+b)/2;
return(media);
}
Per richiamare tale funzione si procede nel seguente modo:
main()
{
float a=10, b=25, risultato;
risultato=calcolamedia(a,b);
printf("Valore medio= %f\n",risultato);
}
Nota: l'istruzione "return" ritorna il risultato della funzione al
programma principale.
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10.01. Funzioni "void"
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Se non si vuole ritornare alcun valore da una funzione e' sufficiente
dichiararla di tipo void ed omettere il return.
Ad esempio:
void quadrati()
{int loop;
for (loop = 1; loop < 10; loop++);
printf("%d\n",loop*loop);
}
main()
{quadrati()
}
Nota: e' obbligatorio mettere le parentesi () dopo il nome della funzione
anche se non ci sono parametri, a differenza di altri linguaggi.
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10.02. Funzioni ed array
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Possono essere passati alle funzioni come parametri anche array singoli o
multidimensionali.
Gli array monodimensionali possono essere passati nel seguente modo:
float trovamedia(int size,float list[])
{int i;
float sum=0.0;
for (i = 0; i < size; i++)
sum+=list[i];
return(sum/size);
}
In questo esempio la dichiarazione "float list[]" dichiara al C che
"list" e' un array di float. Non viene specificata la dimensione di un
array quando e' un parametro di una funzione.
Array multidimensionali possono essere passati alle funzioni nel seguente
modo:
void stampatabella(int xsize, int ysize,float tabella[][5])
{int x,y;
for (x = 0; x < xsize; x++) {
for (y = 0; y < ysize; y++)
printf("\t%f"tabella[x][y]);
printf("\n");
}
}
In questo esempio "float tabella[][5]" dichiara al C che tabella e' un
array di float di dimensioni Nx5. E' importante notare che dobbiamo
specificare la seconda dimensione (e le successive) del vettore, ma non la
prima dimensione.
Quindi, riepilogando, nel caso di array singoli non e' necessario
specificare la dimensione dell'array nella definizione come parametro della
funzione, mentre nel caso di array multidimensionali si puo' non specificare
solo la prima dimensione.
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10.03. Prototipi di funzioni
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Prima di usare una funzione, il C deve riconoscere il tipo di ritorno e il
tipo dei parametri che la funzione si aspetta.
Lo standard ANSI del C ha introdotto un nuovo e migliore metodo per fare
questa dichiarazione rispetto alle precedenti versioni di C (ricordiamo
che tutte le nuove versioni del C aderiscono ora allo standard ANSI).
L'importanza della dichiarazione e' doppia:
- viene fatta per avere un codice sorgente piu' strutturato e percio'
facile da leggere ed interpretare;
- permette al compilatore C di controllare la sintassi delle chiamate di
funzioni.
Il modo in cui questo viene fatto dipende dallo scopo della funzione.
Fondamentalmente, se una funzione e' stata definita prima di essere usata
(call) allora e' possibile semplicemente usare la funzione. Nel caso
contrario, e' obbligatorio dichiarare la funzione; la dichiarazione
stabilisce in modo semplice il ritorno della funzione ed il tipo dei
parametri utilizzati da questa.
E' buona norma (e solitamente viene fatto) dichiarare tutte le funzioni
all'inizio del programma, sebbene non sia strettamente necessario.
Per dichiarare un prototipo di funzione bisogna semplicemente stabilire il
ritorno della funzione, il nome della funzione e tra le parentesi elencare
il tipo dei parametri nell'ordine in cui compaiono nella definizione di
funzione.
Ad esempio:
int strlen(char[]);
Questo dichiara che una funzione di nome "strlen" ritorna un valore integer
ed accetta una singola stringa come parametro.
Nota: le funzioni e le variabili possono essere dichiarate sulla stessa
linea di codice sorgente. Questa procedura era molto piu' diffusa
nei giorni del pre-ANSI C; da allora le funzioni solitamente vengono
dichiarate separatamente all'inizio del programma. La prima procedura
risulta ancora perfettamente valida, purche' venga rispettato l'ordine
in cui gli oggetti compaiono nella definizione della funzione.
Ad esempio:
int length, strlen(char[]);
dove "length" e' una variabile, e "strlen" e' la funzione (come
nell'esempio precedente).
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11. Ulteriori tipi di dati
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11.01. Strutture
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Le strutture in C sono simili ai records in Pascal.
Ad esempio:
struct gun
{
char name[50];
int magazinesize;
float calibre;
};
struct gun arnies;
Viene cosi definita una nuova struttura gun e definita arnies di tipo struct
gun.
Nota: "gun" e' un'etichetta (tag) per la struttura che serve come
abbreviazione per le successive dichiarazioni. E' necessario solamente
dichiarare "struct gun" e il corpo della struttura e' implicito come
viene fatto per creare la struttura "arnies"; il tag e' opzionale.
Le variabili possono anche essere dichiarate tra "}" e ";" di una
dichiarazione di struttura; ad esempio:
struct gun
{
char name[50];
int magazinesize;
float calibre;
} arnies;
che equivale al precedente esempio di definizione di una nuova variabile
strutturata di nome "arnies".
Una struttura puo' essere pre-inizializzata al momento della dichiarazione:
struct gun arnies={"Uzi",30,7};
Per accedere ai membri (o campi) di una struttura il C fornisce l'operatore
".".
Ad esempio:
arnies.magazinesize=100;
Anche con le strutture si puo utilizzare typedef. La seguente istruzione
crea un nuovo tipo "agun" che e' di tipo "struct gun" e puo' essere
inizializzato come al solito:
typedef struct gun
{
char name[50];
int magazinesize;
float calibre;
} agun;
agun arnies= {"Uzi",30,7};
Qui "gun" e' ancora un'etichetta della struttura ed e' opzionale; agun e'
un nuovo tipo di dato e arnies e' una variabile di tipo agun (che e' una
struttura).
Il C permette anche la definizione array di strutture:
agun arniesguns[1000];
che si possono utilizzare nel seguente modo:
arniesguns[50].calibre=5;
dove il campo "calibre" del record 50 di arniesguns assume valore 5;
itscalibre= arniesguns[50].calibre;
dove viene assegnato alla variabile itscalibre il valore del campo
calibre del record 50 di arniesguns.
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11.02. Unioni
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Un'unione e' una variabile che puo' tenere (in momenti diversi) oggetti di
diversa dimensione e tipo.
Il C usa l'istruzione "union" per creare unioni; ad esempio:
union number
{
short shortnumber;
long longnumber;
double doublenumber;
} anumber
In questo modo viene definita un'unione chiamata number e un riferimento ad
essa chiamato anumber. "number" e' un'etichetta (tag) di unione e funziona
alla stessa maniera del tag delle strutture.
Si accede ai membri dell'unione come per i membri delle strutture.
Ad esempio:
printf("%ld\n",anumber.longnumber);
Questa istruzione visualizza semplicemente il valore di longnumber.
Quando il compilatore C alloca la memoria per le unioni, riserva sempre lo
spazio necessario per il membro piu' grande (nell'esempio sopra riportato,
sono 8 bytes per il tipo "double").
Per fare si che il programma possa tenere traccia del tipo della variabile
di unione usata in un determinato momento, e' diffusa l'abitudine di avere
una struttura (con registrate le unioni) e una variabile che indica il
tipo dell'unione.
Ad esempio:
typedef struct
{int maxpassengers;
} jet;
typedef struct
{int liftcapacity;
} helicopter;
typedef struct
{int maxpayload;
} cargoplane;
typedef struct
{jet jetu;
helicopter helicopteru;
cargoplane cargoplaneu;
} aircraft;
typedef struct
{aircrafttype kind;
int speed;
aircraft description;
} an_aircraft;
Questo esempio definisce una unione di base aircraft, che puo' essere sia
jet, helicopter o cargoplane.
Nella struttura an_aircraft c'e' un tipo di elemento che indica quale
struttura e' contenuta in quel momento.
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11.03. Type-casting
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Il C e' uno dei pochi linguaggi che permette la coercizione, e cioe'
permette di forzare una variabile di un tipo ad essere una variabile di
un'altro tipo utilizzando l'operatore "()".
Ad esempio:
int numerointero;
int numerointero2=10;
float numerofloat=6.34;
float numerofloat2;
char lettera='A';
numerointero=(int)numerofloat; /* assegna il valore 6 (parte intera) */
numerointero=(int)lettera; /* assegna il valore 65 (codice ASCII)*/
numerofloat2=(float)numerointero2 /* assegna 10.0 (valore float) */
Alcuni type-casting vengono fatti automaticamente, principalmente in
relazione alle capacita' dei numeri integer.
E' buona regola eseguire il type-casting tutte le volte che si e' in dubbio
sulla corrispondenza degli operatori nelle assegnazioni.
Altro uso che ne viene fatto e' all'interno delle divisioni, per assicurarsi
che dia il risultato voluto; se abbiamo due numeri integer come operatori e
vogliamo che il risultato sia un float, allora dovremo agire come segue:
int intnumber,anotherint;
float floatnumber;
floatnumber=(float)intnumber/(float)anotherint
Questa operazione assicura una divisione in floating-point.
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11.04. Enumerated Types
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Gli enumerated types contengono un elenco di costanti che possono essere
indirizzate con valori integer.
Per dichiarare tali tipi si utilizza "enum"; vengono dichiarati i tipi e le
variabili come nell'esempio che segue:
enum colori {rosso, giallo, verde, blu} pennarello;
enum giorni (lun,mar,mer,gio,ven,sab,dom} settimana;
enum colori pulsante, nastro;
In tale esempio viene dichiarato colori come enumerated type e la variabile
pennarello con 4 valori accettabili definiti, mentre la variabile settimana
di tipo giorni ha 7 valori accettabili definiti. Le variabili pulsante e
nastro sono di tipo colori.
Ogni item nell'elenco di valori accettabili e' detto enumeration constant.
Il C mappa ogni enumeration constant ad un'intero, per cui e' ad esempio
possible scrivere:
settimana=verde;
che come risultato fa si che settimana abbia valore 2, perche' di default a
ogni membro dell'elenco di variabili e' assegnato un valore incrementale
partendo da 0 per il primo valore (come gia' visto per gli array).
E' possibile definire valori diversi agli elementi:
enum colori {rosso=10, giallo=30, verde, blu=giallo};
Un ulteriore esempio relativo all'assegnazione di valori diversi e' il
seguente:
enum escapes {bell='\a',
backspace='\b', tab='\t',
newline='\n', vtab='\v',
return='\r'};
E' anche possibile annullare il valore iniziale 0:
enum months (jan=1,feb,mar,...dec);
dove e' implicito che febbraio=2, marzo=3 e cosi' via.
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11.05. Variabili statiche
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Una variabile statica e' locale ad una particolare funzione. E'
inizializzata una sola volta, la prima volta che tale funzione viene
chiamata e il suo valore resta inalterato quando si esce dalla funzione, per
cui quando si richiama nuovamente la funzione tale variabile ha ancora il
valore assegnatogli precedentemente.
Per definire statica una variabile e' sufficente anteporre la parola static
alla dichiarazione della variabile.
Ad esempio:
void stat(); /* prototype function */
main()
{int i;
for (i=0; i<5; ++i)
stat()
}
stat()
{int auto_var=0;
static int static_var=0;
printf("auto=%d, static=%d \n", auto_var, static_var);
++ auto_var;
++ static_var;
}
Il cui output sara':
auto_var=0, static_var=0
auto_var=0, static_var=1
auto_var=0, static_var=2
auto_var=0, static_var=3
auto_var=0, static_var=4
La variabile auto_var viene creata ogni volta, mentre la variabile
static_var e' creata una sola volta ed il suo valore memorizzato.
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12. Errori comuni in C
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Prima di procedere con l'analisi delle caratteristiche piu' avanzate del C,
e' importante analizzare le cause dei possibili errori nei programmi C.
Alcuni di questi errori vengono fatti facilmente, alcuni altri vengono fatti
nel caso in cui si conosca un linguaggio con una sintassi a volte simile al
C (come ad esempio il Pascal).
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12.01. Assegnazione (=) al posto di confronto (==)
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Il C utilizza l'assegnazione per valore, cosi':
if (a=b)
e' sintatticamente corretta.
Nota: b e' assegnato ad a,
l'espressione a=b prende il valore di b,
if (a=b) => if (b),
True se b != 0, False se b == 0.
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12.02. Passaggio dell'indirizzo di puntatori
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Vedremo meglio di cosa si tratta nel prossimo capitolo, anche se ne abbiamo
gia' accennato in relazione al scanf(). E' comunque fondamentale ricordare
di mettere la "&" nella funzione.
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12.03. Mancanza di () per una funzione
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Arrivando da precedenti esperienze con altri linguaggi, spesso ci si
dimentica di mettere () dopo una funzione; e' necessario farlo, anche se non
ci sono parametri passati alla funzione stessa.
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12.04. Indici di array
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E' importante ricordare che gli array in C sono dichiarati in maniera
diversa: gli array multidimensionali vengono dichiarati alla stessa maniera
di quelli semplici, ma con l'elenco dei valori massimi associati ad ogni
dimensione; la notazione che viene utilizzata per gli array
multidimensionali e' la seguente:
[][] ...
dove tra le [] va specificata la dimensione massima per ognuna delle
dimensioni dell'array stesso.
Un vettore di "n" elementi ha un intervallo indice che va da 0 a "n-1".
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12.05. Array di caratteri e puntatori
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Verranno trattati in maniera dettagliata nel prossimo capitolo.
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12.06. C e' case-sensitive
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Una regola fondamentale per l'utilizzo del C e' quella di ricordare che le
lettere maiuscole e quelle minuscole vengono trattate come fossero caratteri
diversi.
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12.07. ";" chiude ogni istruzione
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E' facile dimenticarsene, ma il compilatore riscontrera' questa mancanza e
la segnalera'.
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13. Puntatori
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I puntatori sono una delle piu' importanti caratteristiche del C. Se non si
e' in grado di usare i puntatori in maniera appropriata, non si riusciranno
a sfruttare completamente la potenza e la flessibilita' che il C permette;
infatti, il segreto del linguaggio C sta proprio nel modo in cui utilizza i
puntatori.
Il C usa molto i puntatori. Perche'?
- e' l'unico modo per esprimere alcune operazioni;
- produce codici sorgenti compatti ed efficienti;
- rappresenta uno strumento molto efficace.
Il C utilizza molto i puntatori in maniera esplicita con:
- vettori;
- strutture;
- funzioni.
Nota: i puntatori probabilmente sono la parte del C piu' difficile da
capire; le implementazioni in C sono leggermente diverse rispetto
agli altri linguaggi.
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13.01. Cos'e' un puntatore
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Un puntatore e' un tipo di dato, una variabile che contiene l'indirizzo
in memoria di un'altra variabile. Si possono avere puntatori a qualsiasi
tipo di variabile.
La dichiarazione di un puntatore include il tipo dell'oggetto a cui il
puntatore punta.
In C ogni variabile ha due tipi di valori: una locazione e un valore
contenuto in quella locazione.
L' operatore & (operatore unario, o monadico) fornisce l'indirizzo di una
variabile.
L' operatore * (operatore indiretto, o non referenziato) da' il contenuto
dell'oggetto a cui punta un puntatore.
Per dichiarare un puntatore ad una variabile, l'istruzione e':
int *pointer;
Nota: e' obbligatorio associare un puntatore ad un tipo particolare; per
esempio, non e' possibile assegnare l'indirizzo di uno short int ad
un long int.
Consideriamo gli effetti del seguente codice:
int *pointer; /* dichiara pointer come un puntatore a int */
int x=1,y=2;
(1) pointer= &x; /* assegna a pointer l'indirizzo di x */
(2) y=*pointer; /* assegna a y il contenuto di pointer */
(3) x=pointer /* assegna ad x l'indirizzo contenuto in pointer */
(4) *pointer=3; /* assegna al contenuto di pointer il valore 3 */
Vale la pena considerare cosa succede al "livello macchina" in memoria per
capire completamente come funzionano i puntatori.
Supponiamo che la variabile x si trovi nella locazione di memoria 100, y
nella 200 e pointer nella 1000 (ricordiamo che pointer e' una variabile a
tutti gli effetti, e cosi' il suo valore necessita di essere memorizzato da
qualche parte; e' la caratteristica del valore dei puntatori che risulta
nuova).
L'istruzione (1) fa si che pointer punti alla locazione di memoria 100
(quella di x).
La (2) fa si che y assuma valore 1 (il valore di x).
La (3) fa si che x assuma valore 100 (cioe' il valore di pointer).
La (4) fa si che il valore del contenuto di pointer sia 3 (quindi x=3).
Notate che le assegnazioni x=1 e y=2 ovviamente caricano questi valori nelle
variabili; pointer e' dichiarato come puntatore ad un intero e vi e'
assegnato l'indirizzo di x (&x), cosi' pointer verra' caricato con il valore
100.
Successivamente, y prende l'assegnazione del contenuto di pointer. In questo
esempio, pointer punta attualmente alla locazione di memoria 100 (la
locazione di x). Cosi' ad y viene assegnato il valore di x (che' e' 1).
Abbiamo gia' visto che il C non e' molto meticoloso riguardo
all'assegnazione di valori di tipo differente. Cosi' e' perfettamente legale
(sebbene non sia comune a tutti) assegnare il valore corrente di pointer ad
x; in questo momento il valore di pointer e' 100.
Alla fine possiamo assegnare un valore al contenuto di pointer (*ip).
Quindi in merito ai puntatori possiamo avre tre possibili valori:
pointer contenuto o valore della variabile pointer
(indirizzo della locazione di memoria a cui punta)
&pointer indirizzo fisico della locazione di memoria del puntatore
*pointer contenuto della locazione di memoria a cui punta
NB. Quando un puntatore viene dichiarato non punta a nulla!
Per poterlo utilizzare deve puntare a qualcosa!
E' infatti un errore comune non assegnare un indirizzo di memoria a un
puntatore prima di usarlo.
Cosi':
int *ip;
*ip=100;
generera' un errore (crash di programma).
L'utilizzo corretto e' il seguente:
int *ip;
int x;
ip=&x;
*ip=100;
Un metodo comune per ovviare al problema dell'assegnazione
dell'indirizzo e' quello di utilizzare la funzione di libreria standard
malloc(), che permette un'allocazione dinamica della memoria; e'
definita come char *malloc(int number_of_bytes).
Ad esempio:
int *p;
p = (int *) malloc(100);
oppure:
p= (int *) malloc(100*sizeof(int))
Si possono fare operazioni aritmetiche intere con i puntatori:
float *flp, *flq;
*flp=*flp+10;
++*flp;
(*flp)++;
flq=flp;
Nota: un puntatore ad una variabile di qualsiasi tipo e' un indirizzo in
memoria (il quale e' un indirizzo intero). Un puntatore per
definizione NON e' un intero.
La ragione per cui associamo un puntatore ad un tipo di dato e' quella per
cui e' possibile riconoscere quanti bytes contiene il dato. Quando si
incrementa un puntatore si cresce il puntatore di un "blocco" di
memoria.
Cosi' per un puntatore a char ++ch_ptr aggiunge 1 byte all'indirizzo,
per un intero o un float ++ip aggiunge 4 byte all'indirizzo.
Consideriamo una variabile float (fl) ed un puntatore ad un float (flp);
ricordiamo che ad un float corrispondono 4 bytes.
Assumiamo che flp punti ad fl; se poi incrementiamo il puntatore (++flp),
questo si sposta dalla posizione a cui puntava originariamente di 4 bytes in
avanti, e puntera' quindi al float successivo. D'altra parte, se aggiungiamo
2 al puntatore (flp+2), questo si sposta di due posizioni float, cioe' di 8
bytes.
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13.02. Puntatori e funzioni
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Esamineremo ora la stretta relazione tra i puntatori e le altre parti
principali del C, incominciando con le funzioni.
Il C passa argomenti alle funzioni per valore.
Ci sono molti casi in cui possiamo avere la necessita' di variare un
argomento passato in una funzione e ricevere di ritorno il nuovo valore una
volta che la funzione e' terminata. Gli altri linguaggi sono in grado di
fare questa operazione internamente (come ad esempio i parametri "var" in
PASCAL), mentre il C utilizza esplicitamente i puntatori per farlo.
Il miglior metodo per comprenderne il funzionamento e' quello di fare un
esempio in cui dobbiamo essere in grado di ricevere parametri cambiati.
Proviamo ad esempio a trovare un modo per effettuare uno scambio di
variabili (swap). La consueta chiamata di funzione:
swap(a, b)
non funziona. I puntatori forniscono quindi la possibile soluzione: passare
l'indirizzo delle variabili alla funzione ed accedere all'indirizzo della
funzione stessa. Cosi' la chiamata di funzione nel nostro programma potra'
apparire come segue:
swap(&a, &b)
Il codice sorgente della funzione swap e' abbastanza lineare:
void swap(int *px, int *py)
{
int temp;
temp=*px; /* contenuto di pointer */
*px=*py;
*py=temp;
}
main()
{
int a=10,b=20;
...
swap(&a,&b);
...
}
Possiamo ritornare un puntatore dalle funzioni. Un esempio frequente e'
quello di ritornare strutture:
typedef struct {float x,y,z;} COORD;
main()
{COORD p1, *coord_fn();/*dichiara fn come return pointer di tipo COORD*/
...
p1=*coord_fn(...); /*assegna il contenuto dell'indir. restituito*/
...
}
COORD *coord_fn(...)
{COORD p;
...
p=...; /* assegna un valore alla struttura */
return &p; /* ritorna l'indirizzo di p */
}
In questo esempio ritorniamo un puntatore il cui contenuto e' immediatamente
tradotto in una variabile. Dobbiamo pero' farlo contestualmente all'uscita
del valore dalla funzione, poiche' la variabile a cui puntiamo e' locale
alla funzione stessa che e' appena terminata. Questo significa che lo spazio
dell'indirizzo si rende subito libero e puo' essere sovrascritto.
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13.03. Puntatori e array
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Un'array di elementi puo' essere pensato come disposto in un insieme di
locazioni di memoria consecutive.
Consideriamo il seguente esempio:
int a[10],x;
int *ptr;
ptr=&a[0]; /* ptr punta all'indirizzo di a[0] */
x=*ptr; /* x = contenuto di ptr (in questo caso, a[0]) */
A questo punto potremo incrementare ptr con successive istruzioni
++ptr
ma potremo anche avere
(ptr + i)
che e' equivalente ad a[i], con i=0,1,2,3...9 .
Quindi per raggiungere un elemento qualsiasi dell'array utilizzando un
puntatore, l'istruzione puo' essere:
ptr + i = a[i]
Attenzione: non c'e alcun limite di controllo per array e pointer, cosi' e'
facilmente possibile oltrepassare la memoria prevista per un
array e sovrascrivere altre cose.
Il C comunque e' molto piu' sottile nei propri collegamenti tra vettori e
puntatori.
Ad esempio e' possibile scrivere
ptr=a;
invece di
ptr=&a[0];
ed a[i] puo' essere scritto come
*(a+i)
cioe' &a[i] = a+i.
Inoltre si possono esprimere puntatori nel seguente modo
ptr[i] = *(ptr+i)
Va comunque ricordato che puntatori e vettori sono diversi:
- un puntatore e' una variabile, per cui possiamo scrivere:
ptr=a ed ptr++
- un array non e' una variabile quindi:
a=ptr ed a++ sono istruzioni non valide
Ora siamo in grado di comprendere in che maniera gli array vengono passati
alle funzioni. Quando un array e' passato ad una funzione, quello che viene
effettivamente passato e' la locazione in memoria del suo elemento iniziale.
Cosi':
strlen(s)=strlen(&s[0])
Questo e' il motivo per cui dichiariamo la funzione:
int strlen(char s[]);
Una dichiarazione equivalente e':
int strlen(char *s);
poiche' char s[]=char *s.
strlen() e' una funzione della standard library che ritorna la lunghezza di
una stringa.
Vediamo ora come possiamo scrivere una funzione:
int strlen(char *s)
{ char *p=s;
while (*p != '\0);
p++
return p-s;
}
Ora scriviamo una funzione per copiare una stringa in un'altra stringa.
strcpy() e' una funzione della standard library che compie questa
operazione.
void strcpy(char *s, char *t)
{ while ((*s++ = *t++) != '\0);i }
In questo esempio vengono utilizzati puntatori ed assegnazioni per valore.
E' interessante notare l'utilizzo della frase "null" con while.
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13.04. Array di puntatori
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Visto che i puntatori sono variabili, si possono avere array di puntatori.
Ad esempio:
main(argc,argv)
int argc;
char *argv[];
{
}
utilizzato per passare argomenti dalla linea di comando.
Gli array di puntatori sono una rappresentazione di dati che puo' essere
convenientemente utilizzata per far fronte in maniera efficiente ai problemi
di trattamento di linee di testo con lunghezza variabile (ad esempio, nel
caso dell'ordinamento); va ricordato che un testo non puo' essere spostato o
confrontato in una singola operazione.
E' possibile risolvere questi problemi con le seguenti operazioni:
- memorizzare le linee end-to-end in un unico array char (\n va utilizzato
come separatore delle linee);
- memorizzare i puntatori in un diverso array dove ogni puntatore punta al
primo carattere di ogni linea nuova;
- confrontare due linee utilizzando la funzione strcmp() della libreria
standard;
- se due linee non sono ordinate, swappare il puntatore nell'array dei
puntatori (non in quello del testo).
Questa procedura elimina gli aspetti complicati della gestione della
memorizzazione e la dispendiosita' dell'operazione di spostamento di linee
di testo.
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13.05. Array multidimensionali e puntatori
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In C dobbiamo pensare agli array multidimensionali in un modo diverso: un
array a due dimensioni e' un array monodimensionale i cui elementi sono
a loro volta degli array.
Gli elementi degli array vengono memorizzati riga per riga.
Avevamo visto che per passare un array a una funzione si deve specificare il
numero di colonne, mentre non e' necessario specificare il numero di righe.
La ragione di questo e' dovuta ai puntatori, in quanto il C deve sapere il
numero di colonne per saltare di riga in riga in memoria.
Si consideri ad esempio di passare l'array a[5][35] ad una funzione f;
si puo' dichiarare:
f(int a[][35]){...}
oppure
f(int(*a)[35]){...}
Necessitano le parentesi per (*a) perche' il vettore abbia una precedenza
maggiore rispetto ad *.
Si noti cosi' la differenza tra:
int (*a)[35]; dichiara un puntatore ad un array di 35 int
int *a[35]; dichiara un array di 35 puntatori a int
Consideriamo ora la sottile differenza tra puntatori ed array.
Ad esempio:
char *name[10];
char Aname[10][20];
in C e' possibile dichiarare legalmente sia name[3][4] che Aname[3][4].
Comunque:
- "Aname" e' un vero array di char a due dimensioni, con 200 elementi;
- l'accesso agli elementi in memoria viene attuato tramite l'istruzione
20*riga+colonna+indirizzo_base;
- "name" ha 10 elementi pointer (quindi e' un array di puntatori).
Se ogni puntatore nel vettore "name" e' settato per puntare ad un array di
20 elementi, solo in quel caso verranno riservati 200 chars (+ 10 elementi).
Il vantaggio di una dichiarazione fatta nel secondo modo e' quello che ogni
pointer puo' puntare a vettori di lunghezza diversa.
Un tipico esempio di puntatore ad un array sono le stringhe.
Consideriamo un esempio:
#include <stdio.h>
main()
{
char *s[5];
*s="ciao";
printf("%s\n",*s);
}
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13.06. Inizializzazione statica degli array di puntatori
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L'inizializzazione degli array di puntatori e' una delle ideali applicazioni
per un array interno statico.
Esempio:
some_fn()
{static char *months = { "no month", "jan", "feb", ...};
}
Un array statico riserva un bit di memoria privato permanente.
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13.07. Puntatori e strutture
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Si tratta di strutture abbastanza lineari e facilmente definibili.
Consideriamo ad esempio:
struct COORD {float x,y,z;}pt;
struct COORD *pt_ptr;
pt_ptr=&pt; /* assegna un puntatore a pt*/
L'operatore "->" permette l'accesso a un membro della struttura puntata
dal puntatore, cioe':
pt_ptr->x=1.0;
pt_ptr->y=pt_ptr->y - 3.1;
mentre avevamo visto che l'accesso ai membri di una struttra era dato
dall'operatore "." , e cioe':
pt.x=2.73;
Un esempio puo' essere costituito dalle Linked Lists:
typedef struct { int value;
ELEMENT *next;
} ELEMENT;
ELEMENT n1, n2;
n1.next = &n2;
con cui viene rappresentato il link tra due nodi (n1 ed n2) della struttura
ELEMENT; all'interno di ogni nodo di quest'ultima, oltre al valore c'e' un
puntatore "next" che viene settato all'indirizzo del nodo successivo.
E' importante notare che possiamo dichiarare "next" solo come un puntatore
ad ELEMENT; non e' possibile avere "next" come elemento del tipo della
variabile, poiche' questo creerebbe una definizione ricorsiva che non e'
permessa.
E' invece possibile settare una referenza del pointer poiche' vengono messi
da parte 4 bytes per ogni puntatore.
Nel prossimo capitolo verra' analizzato ulteriormente questo problema.
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13.08. Le "trappole" piu' comuni dei puntatori
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Vogliamo ora puntualizzare due errori solitamente riscontrati nell'utilizzo
dei puntatori.
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13.08.01. Non assegnare un puntatore ad un indirizzo di memoria prima
di utilizzarlo
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Un esempio di questo errore:
int *x;
*x=100;
E' necessario pero' dichiarare una locazione fisica, quindi avremo:
int *x;
int y;
x=&y;
*x=100;
Puo' essere difficile individuare questo tipo di errore, poiche' nessun
compilatore lo segnala. Comunque "x" potrebbe anche avere degli indirizzi
random come inizializzazione.
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13.08.02. Assegnazione indiretta illegale
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Supponiamo di avere una funzione malloc() che prova ad allocare
dinamicamente la memoria (in fase di esecuzione) e ritorna un puntatore al
blocco di memoria richiesto nel caso in cui termini con successo, oppure un
puntatore nullo nell'altro caso.
char *malloc() - una funzione della libreria standard (che vedremo poi)
Abbiamo un puntatore: char *p;
Consideriamo:
*p = (char *) malloc(100); /* richiesta di 100 bytes di memoria */
*p = `y';
C'e' un errore in queste istruzioni. Qual'e'? Nell'istruzione
*p = (char *) malloc(100);
non va messo il carattere "*" associato al puntatore.
Questo e' dovuto al fatto che la funzione malloc ritorna un puntatore.
Inoltre, "p" non punta a nessun indirizzo.
L'istruzione corretta dovrebbe essere:
p = (char *) malloc(100);
Questa istruzione rivela un ulteriore problema nel caso in cui non ci sia
memoria disponibile e "p" sia nullo; percio' non potremo fare
l'assegnazione:
*p = `y';
Un buon programma C dovrebbe controllare questa possibilita':
p = (char *) malloc(100);
if ( p==NULL)
{ printf "Error: Out of Memory \n");
exit(1);
}
*p=`y';
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14. Allocazione dinamica della memoria
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L'allocazione dinamica e' una graziosa e singolare caratteristica del C
(rispetto agli altri linguaggi di alto livello). Permette di creare tipi di
dati e strutture di qualsiasi dimensione e lunghezza per soddisfare le
necessita' all'interno dei programmi.
Affronteremo in particolare due applicazioni tra le piu' diffuse:
- array dinamici;
- strutture dinamiche di dati, cioe' linked lists.
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14.01. Malloc
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La funzione malloc viene comunemente utilizzata soprattutto per
"conquistare" una funzione di memoria. Viene definita con l'istruzione:
char *malloc(int number_of_bytes)
Questa funzione ritorna un puntatore a carattere che corrisponde al
punto di inizio in memoria della porzione riservata di dimensione
"number_of_bytes". Se la memoria richiesta non puo' essere allocata, ritorna
un puntatore nullo.
Cosi':
char *cp;
cp = malloc(100);
tenta di riservare 100 bytes ed assegna l'indirizzo di inizio a "cp".
Se si vuole avere un puntatore ad un altro tipo di dato, si deve utilizzare
la coercizione. Inoltre solitamente viene utilizzata la funzione sizeof()
per specificare il numero di bytes:
int *ip;
ip = (int *) malloc(100*sizeof(int));
Il comando (int *) simboleggia la coercizione ad un pointer integer. La
coercizione per correggere il tipo dei puntatori e' molto importante per
garantire che i puntatori aritmetici vengano rappresentati correttamente.
E' buona norma utilizzare sizeof anche nel caso in cui si sia gia' a
conoscenza della dimensione reale necessaria; questo garantisce codici
portabili (device independent).
"sizeof" puo' essere usata per trovare la dimensione di un qualsiasi tipo
di dato, variabile o struttura; e' possibile farlo semplicemente passando
uno di questi come argomento alla funzione.
Cosi':
int i;
struct COORD {float x,y,z};
typedef struct COORD PT;
sizeof(int), sizeof(i), sizeof(struct COORD) e sizeof(PT)
sono tutti accettabili.
Nell'esempio che segue possiamo utilizzare il collegamento tra pointer e
array per trattare la memoria riservata come un array, per poter cioe'
fare cose come:
ip[0] = 100;
oppure:
for(i=0;i<100;++i) scanf("%d",ip++);
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14.02. Linked Lists
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Riportiamo ora nuovamente un esempio di linked list:
typedef struct {int value;
ELEMENT *next;
} ELEMENT;
Possiamo ora provare a ridefinire la lista dinamicamente:
link = (ELEMENT *) malloc(sizeof(ELEMENT));
Questo allochera' memoria per un nuovo link.
Se vogliamo togliere la memoria assegnata ad un puntatore, e' necessario
utilizzare la funzione free():
free(link)
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15. Input ed output
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In questo capitolo verranno analizzate le varie strutture di input/output.
Abbiamo in precedenza accennato brevemente ad alcune di esse, ma le
analizzeremo ora piu' dettagliatamente.
I programmi C avranno la necessita' di includere il file header dello
standard I/O, cosi' l'istruzione sara':
#include <stdio.h>
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15.01. Streams
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Le streams costituiscono un mezzo efficace e flessibile per gestire l'I/O
(per lettura e scrittura di dati).
Una stream e' un file o un device fisico (es. printer o monitor) che viene
manipolato con un puntatore alla stream.
Esiste una struttura di dati interna al C, FILE, che rappresenta tutte le
stream ed e' definita nel file stdio.h. E' sufficiente fare riferimento
alla struttura FILE nei programmi C quando si realizza l'I/O utilizzando le
stream.
All'interno del programma si deve solamente dichiarare una variabile che
punti a tale tipo (non e' necessario conoscere alcuna ulteriore
specificazione relativa a questa definizione). Si deve aprire una stream
prima di eseguire l'I/O, quindi accedervi e poi richiuderla.
Le streams di I/O sono bufferizzate: questo significa che ogni volta viene
letto da un file o scritto su di esso un "pezzo" di dimensioni stabilite
attraverso alcune aree temporanee di immagazzinamento (e' importante notare
che il file puntatore punta effettivamente a questo buffer).
Questo metodo rende efficiente l'I/O, ma e' necessario fare attenzione: i
dati scritti in un buffer non compaiono nel file (o nel device) finche' il
buffer non e' riempito o scaricato ("\n" serve a questo). Qualsiasi uscita
anormale del programma puo' causare problemi.
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15.01.01. Streams predefinite
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Unix definisce 3 stream predefinite che sono (in stdio.h):
stdin, stdout, stderr.
e utilizzano tutte text come metodo di I/O.
"stdin" e "stdout" possono essere usate con files, programmi, device di I/O
(come tastiera, console, ...); "stderr" va sempre sulla console o sul video.
La console e' il default per stdout e stderr, mentre la keyboard e' il
default per lo stdin.
Le streams predefinite vengono aperte automaticamente.
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15.01.01.01. Redirezione
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Questa e' la maniera in cui e' possibile variare i default UNIX di I/O.
Non si tratta di una parte del C, ma questa operazione dipende dal sistema
operativo.
Siamo in grado di attuare la redirezione dalla linea di comando:
> - redireziona stdout (standard output) in un file.
Cosi', se abbiamo un programma (out) che normalmente visualizza
sullo schermo, con:
out > file1
l'output verra' inviato in un file (file1).
< - redireziona stdin (standard input) da un file.
Cosi', se stiamo aspettando un input da tastiera per un programma
(in), possiamo similmente leggere tale input da un file:
in < file2.
| - pipe: prende lo stdout da un programma e lo trasforma in stdin per
un altro:
prog1 | prog2.
Se, ad esempio, vogliamo inviare l'output di un programma
(solitamente sulla console) direttamente ad una stampante:
out | lpr
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15.02. Funzioni comuni di I/O
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Le piu' comuni funzioni che permettono I/O sono getchar() e putchar().
Esse sono definite ed usate nel seguente modo:
int getchar(void) - legge un char dallo stdin.
int putchar(char ch) - scrive un char sullo stdout.
Ad esempio:
int ch;
ch=getchar();
(void)putchar((char)ch);
Funzioni correlate sono:
int getc(FILE *stream), int putc(char ch,FILE *stream).
La funzione che permette l'output di un elenco di argomenti e'
int printf(char *format, arg list ...)
che stampa sullo stdout l'elenco di argomenti in accordo al formato
specificato. Ritorna il numero di caratteri stampati.
I formati possibili sono:
%c per il singolo carattere
%d per numeri decimali
%o per numeri ottali
%x per numeri esadecimali
%u per unsigned int
%f per float o double
%s per stringhe
%e per formato scientifico
Tra % e la lettera si puo' inserire un segno meno che significa
giustificazione a sinistra, un numero intero che da l'ampiezza del campo
che puo' essere seguito da un punto e da un altro intero che da il numero di
cifre decimali o il numero di caratteri per una stringa.
Ad esempio: printf("%-3.4f\n",123.987654);
da' come risultato:
123.9876
La funzione che permette l'input di un elenco di variabili e':
int scanf(char *format, args....)
che legge dallo standard input e assegna all'elenco di variabili i valori
letti. Ritorna il numero di caratteri letti.
NB. E' richiesto l'indirizzo della varibile o un puntatore.
Ad esempio: int i;
scanf("%d",&i);
oppure
char string[80];
scanf("%s",string);
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15.03. Formattazione di I/O
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Abbiamo gia' visto degli esempi di come il C utilizza l'I/O formattato.
Ora lo analizzeremo in maniera piu' dettagliata.
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15.03.01. Printf
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La funzione e' definita come segue:
int printf(char *format, arg list ...)
e stampa sullo stdout la lista di argomenti conformemente alla stringa di
formato specificata. Ritorna il numero di caratteri stampati.
La stringa di formato ha 2 tipi di oggetti:
- caratteri ordinari - questi vengono copiati in output;
- specificazioni di conversione - contraddistinte da "%" e di seguito
elencate.
La seguente tabella mostra i possibili formati dei caratteri per le
istruzioni printf/scanf:
Formato (%) Tipo Risultato
--------------------------------------------------------------------------
c char singolo carattere
i,d int numero decimale
o int numero ottale
x,X int numero esadecimale
(notazione maiuscola o minuscola)
u int intero senza segno
s char * stampa una stringa terminata con \0
f double/float formato -m.ddd...
e,E " formato scientifico
-1.23e002
g,G " "e" o "f" ma piu' compatti
% - stampa il carattere %
--------------------------------------------------------------------------
Tra il simbolo % ed il carattere di formato, e' possibile mettere:
- (segno meno) - giustificazione a sinistra;
numero intero - ampiezza del campo
m.d - m=ampiezza del campo, d=precisione del numero
di cifre dopo il punto decimale, o numero di
caratteri da una stringa
Cosi', ad esempio, potremo avere:
printf("%-2.3f\n",17.23478);
e l'output a video sara':
17.235
e:
printf("VAT=17.5%%\n");
dove l'output sara':
VAT=17.5%
------------------------------------------------------------------------------
15.04. Scanf
------------------------------------------------------------------------------
Questa funzione e' definita come segue:
int scanf(char *format, args ...)
Legge dallo stdin e mette l'input negli indirizzi delle variabili
specificate nella lista di args; ritorna il numero di caratteri letti.
La stringa di controllo del formato e' simile a quella vista per printf.
E' importante notare che la funzione scanf richiede di specificare
l'indirizzo di ogni variabile, oppure un puntatore ad essa:
scanf("%d",&i);
E' anche possibile dare solamente il nome di un array o di una stringa a
scanf, poiche' questo corrisponde all'indirizzo di partenza dell'array/
stringa:
char string[80];
scanf("%s",string);
------------------------------------------------------------------------------
15.05. Files
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I files sono l'esempio piu' comune di stream.
Per aprire un puntatore al file si utilizza la funzione fopen() definita
come:
FILE *fopen(char *name, char *mode)
Tale funzione ritorna un puntatore a FILE. La stringa "name" e' il nome del
file su disco a cui vogliamo accedere; la stringa "mode" definisce il tipo
di accesso. Se per una qualsiasi ragione il file risulta non accessibile,
viene ritornato un puntatore nullo.
Le possibili modalita' di accesso ai files sono:
- "r" (read),
- "w" (write),
- "a" (append).
Per aprire un file dobbiamo avere una stream (puntatore al file) che punta
ad una struttura FILE.
Cosi', per aprire in lettura un file chiamato myfile.dat, dovremo avere:
FILE *stream, *fopen(); /* dichiarazione di una stream e
del prototipo fopen */
stream = fopen ("myfile.dat","r");
E' buona norma controllare l'esito dell'apertura del file:
if ((stream = fopen ("myfile.dat","r"))==NULL)
{ printf("Can't open %s \n", "myfile.dat");
exit(1);
}
...
------------------------------------------------------------------------------
15.05.01. Lettura e scrittura su files
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Le funzioni fprintf ed fscanf sono comunemente utilizzate per l'accesso ai
files:
int fprintf(FILE *stream, char *format, args ...)
int fscanf(FILE *stream, char *format, args ...)
Sono simili a printf e scanf, tranne per il fatto che i dati sono letti
dalla stream, che deve essere aperta con fopen().
Ad esempio:
char *string[80]
FILE *fp;
if ((fp=fopen("file.dat","r")) != NULL)
fscanf(fp,"%s",string);
Il puntatore alla stream viene incrementato automaticamente con tutte le
funzioni di lettura/scrittura su file, quindi non e' necessario preoccuparsi
di farlo manualmente.
char *string[80]:
FILE *stream, *fopen();
if ((stream=fopen(...)) != NULL)
fscanf(stream,"%s",string);
Altre funzioni di I/O da file sono:
int getc(FILE *stream), int fgetc(FILE *stream)
int putc(char ch, FILE *s), int fputc(char ch, FILE *s)
Queste funzioni sono come getchar e putchar. "getc" e' definita come
macro di preprocessore in stdio.h, "fgetc" e' una funzione di libreria C;
con entrambe si ottiene lo stesso risultato.
Esistono poi le funzioni:
fflush(FILE *stream) - per fare la "flush" di una stream
fclose(FILE *stream) - per fare la "close" di una stream
Ad esempio:
FILE *fp;
if ( (fp=fopen("file.dat","r")) == NULL)
{
printf("Impossibile aprire file.dat\n");
exit(1);
}
...
fclose(fp);
E' possibile accedere alle streams predefinite utilizzando fprintf, etc.:
fprintf(stderr,"Cannot Compute!!n");
fscanf(stdin,"%s",string);
------------------------------------------------------------------------------
15.06. Sprintf ed Sscanf
------------------------------------------------------------------------------
Simili a fprintf() ed fscanf() sono anche le funzioni:
int sprintf(char *string, char *format, args..)
int sscanf(char *string, char *format, args..)
che scrivono/leggono su una stringa.
Alcuni esempi:
1) int x=10;
char messaggio[80];
sprintf(messaggio,"Il valore di x e' %d",x);
2) float full_tank = 47.0; /* litri */
float miles = 300;
char miles_per_litre[80];
sprintf(miles_per_litre,"Miles per litre = %2.3f", miles/full_tank);
------------------------------------------------------------------------------
15.07. Input dalla linea di comando
------------------------------------------------------------------------------
Il C permette di leggere argomenti dalla linea di comando, e questi possono
poi essere utilizzati all'interno dei programmi.
In fase di lancio del programma, possiamo scrivere gli argomenti dopo il
nome del programma da eseguire. Abbiamo visto un esempio di questa
possibilita' in relazione all'utilizzo dei compilatori:
c89 -o prog prog.c
dove "c89" e' il programma, mentre "-o prog prog.c" sono gli argomenti.
Al fine di essere in grado di utilizzare tali argomenti, e' necessario
definirli nel seguente modo:
main(int argc, char **argv)
cosi' la funzione main ha ora i propri argomenti; questi sono gli unici
argomenti main accettati.
In questa definizione:
- argc e' il numero degli argomenti digitati, incluso il nome del programma;
- argv e' un array di stringhe contenente ciascon argomento, compreso il
nome del programma come primo elemento.
Ad esempio:
#include <stdio.h>
main(int argc, char **argv)
{ /* programma per stampare gli argomenti dalla linea di comando */
int i;
printf("argc=%d\n",argc);
for(i=0;i < argc;++i)
printf("argv[%d]:=%s\n",i,argv[i]);
}
Se si e' compilato,chiamandolo args e fatto eseguire scrivendo:
args f1 "f2" f3 4 stop!
l'output sara':
argc=6
argv[0]=args
argv[1]=f1
argv[2]=f2
argv[3]=f3
argv[4]=4
argv[5]=stop!
Va notato che:
- argv[0] e' il nome del programma;
- argc totalizza anche il nome del programma;
- tra gli argomenti, i caratteri "" vengono ignorati (sono considerati
solamente delimitatori di argomenti);
- gli spazi bianchi delimitano gli argomenti;
- nel caso in cui sia necessario mantenere spazi bianchi, occorre metterli
tra "".
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15.08. I/O di basso livello
------------------------------------------------------------------------------
Tale forma di I/O e' UNBUFFERED, cioe' ogni richiesta di read/write comporta
un accesso diretto al disco (o device) scrivendo o leggendo uno specificato
numero di bytes.
Non ci sono facilitazioni di formato, poiche' a questo livello si lavora
con i bytes di informazione; questo significa che ora si usano binary (e non
text) files.
Invece di un puntatore a file si usa un trattamento del file di basso
livello, detto anche "descrittore del file" che da' un unico numero intero
per identificare ciascun file.
Per aprire un file si usa:
int open(char *filename, int flag, int perms)
che ritorna un file descriptor, oppure -1 se l'operazione fallisce.
Il flag controlla l'accesso al file ed ha i seguenti predefiniti
valori definiti nel file fcntl.h:
O_APPEND, O_CREAT, O_EXCL, O_RDONLY, O_RDWR, O_WRONLY ecc.
"perms" viene settato ottimamente a 0 per la maggior parte delle
applicazioni.
Per creare un file si puo' usare la funzione:
creat(char *filename, int perms)
Per chiudere un file si usa:
int close(int handle)
Per leggere/scrivere uno specificato numero di bytes da/su un file
immagazzinati in una locazione di memoria specificata da "buffer" si
utilizzano:
int read(int handle, char *buffer, unsigned length)
int write(int handle, char *buffer, unsigned length)
Queste due funzioni ritornano il numero di byte letti/scritti o -1 se
falliscono.
Per specificare la lunghezza si utilizza, in genere, la funzione sizeof().
Ad esempio:
/* legge un elenco di float da un file binario
il primo byte del file dice quanti float ci sono
nel file. Successivamente vengono elencati i float;
il nome del file e' letto dalla linea di comandi */
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
float bigbuff[1000];
main(int argc,char **argv)
{
int fd;
int bytes_read;
int file_length;
if((fd=open(argv[1],O_RDONLY))==-1)
{ /* errore, file non aperto */
exit(1);
}
if ((bytes_read=read(fd,&file_length,sizeof(int))==-1)
{ /* errore in lettura file */
exit(1);
}
if (file_length>999)
{ /* file troppo grande */
exit(1);
}
if((bytes_read=read(fd,bigbuff,
file_length*sizeof(float)))==-1)
{ /* errore in lettura file aperto */
exit(1);
}
}
------------------------------------------------------------------------------
16. Il preprocessore C
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La chiamata al preprocessore e' il primo passo da compiere fra i passi per
la compilazione di un programma C (si tratta di una caratteristica presente
solo nei compilatori C).
Il preprocessore fornisce un proprio linguaggio, il quale puo' costituire
un potente strumento per i programmatori. Ricordiamo che tutte le istruzioni
e i comandi del preprocessore cominciano con un #.
L'utilizzo del preprocessore e' vantaggioso, poiche' rende:
- i programmi piu' facili da sviluppare,
- piu' facili da leggere,
- piu' facili da modificare,
- il codice C piu' trasportabile tra le diverse architetture macchina.
Il preprocessore permette anche di "customizzare" il linguaggio. Ad esempio,
per sostituire {...} blocchi di istruzioni delimitati con la notazione
Pascal (come begin ... end), e' sufficiente dichiarare:
#define begin {
#define end }
Durante la compilazione tutte le occorrenze di begin/end vengono sostituite
con i corrispondenti { o }; cosi' la successiva fase di compilazione C non
riconoscera' alcuna differenza di linguaggio.
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16.01. #define
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Viene utilizzato per definire costanti, oppure qualsiasi sostituzione macro.
Va utilizzata come segue:
#define <macro> <nome-sostituzione>
Ad esempio:
#define FALSE 0
#define TRUE !FALSE
E' possibile anche definire delle piccole funzioni utilizzando l'istruzione
#define. Se, ad esempio, vogliamo trovare il massimo tra due variabili:
#define max(A,B) ((A)>(B) ? (A):(B))
(ricordiamo che "?" in C corrisponde all'operatore ternario).
Questa istruzione, pero', non definisce propriamente una funzione "max";
significa invece che in qualsiasi posto noi richiamiamo max(var1,var2), il
testo viene sostituito dalla definizione appropriata (var1 e var2 non devono
necessariamente essere i nomi delle variabili).
Cosi' se nel nostro codice C scriviamo ad esempio:
x=max(q+r,s+t);
dopo la chiamata al preprocessore, se fossimo in grado di vedere il codice,
questo apparirebbe nel seguente modo:
x=( (q+r) > (r+s) ? (q+r) : (s+t) );
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16.02. #undef
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Questo comando esegue l'undefine di una macro; per poterla ridefinire ad
un differente valore, una macro deve essere undefined.
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16.03. #include
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Questo comando include un file all'interno del codice.
Ci sono due possibili forme:
#include <file>
oppure
#include "file"
<file> indica al compilatore di cercare dove sono memorizzati i files di
include di sistema; solitamente i sistemi UNIX memorizzano i files nella
directory /usr/include;
"file" cerca un file nella directory corrente (quella da cui il programma
viene eseguito).
I files inclusi di solito contengono prototipi C e dichiarazioni da file
header e non codici C algoritmici.
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16.04. #if - Inclusione condizionale
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#if valuta una costante espressione intera; e' necessario utilizzare #endif
per delimitare la fine dell'istruzione.
E' possibile anche avere else (con #else) ed else if (con #elif).
Altro uso comune che puo' essere fatto con #if e' il seguente:
#ifdef - if defined
#ifndef - if not defined
Queste istruzioni sono utili per controllare se le macro sono settate,
magari da differenti moduli di programma e da file header.
Ad esempio:
#ifdef USESTRINGDOTH
#include <string.h>
#else USESTRINGDOTH
#include <strings.h>
#endif USESTRINGDOTH
Ad esempio, per settare la dimensione degli integer per un programma C
portabile tra TurboC (su MS-DOS) e il sistema operativo Unix (o altro);
ricordiamo che TurboC usa gli interi a 16 bit mentre Unix utilizza gli
interi a 32 bit.
Presumiamo che se TurboC sta girando, una macro "TURBOC" risultera'
definita; cosi' dobbiamo solamente preoccuparci di controllare questo:
#ifdef TURBOC
#define INT_SIZE 16
#else
#define INT_SIZE 32
#endif
Come ulteriore esempio, potremmo avere la necessita' di includere il file
msdos.h in sostituzione del file default.h nel caso in cui si stia eseguendo
il programma su una macchina MS-DOS.
Una macro "SYSTEM" e' settata al tipo di sistema, cosi' e' sufficiente
controllare:
#if SYSTEM == MSDOS
#include <msdos.h>
#else
#include "default.h"
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17. Scrittura di grossi programmi
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In questo capitolo verranno trattati gli aspetti teorici e pratici che
devono essere considerati quando si scrivono grossi programmi. In questi
casi e' consigliabile suddividere i programmi in moduli, che dovrebbero
essere in file sorgenti separati. L'istruzione main() sara' in un solo
file (rappresenta main.c), mentre tutti gli altri conterranno delle
funzioni.
E' possibile creare una propria libreria di funzioni scrivendo un gruppo
di subroutine in uno o piu' moduli. Infatti i moduli possono essere
condivisi da diversi programmi semplicemente includendoli in fase di
compilazione, come vedremo.
Ci sono molti vantaggi legati a questo modo di operare:
- i moduli verranno naturalmente divisi in gruppi comuni di funzioni;
- e' possibile compilare ogni modulo separatamente e linkarlo poi nei
moduli compilati (come vedremo piu' avanti);
- le utility UNIX, come make, aiutano a mantenere grossi sistemi (anche
questo verra' analizzato all'interno di questo capitolo).
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17.01. File header
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Se adottiamo un approccio modulare, allora risultera' spontaneo mantenere
all'interno di ogni modulo la definizione delle variabili, i prototipi di
funzioni, e cosi' via. Comunque sorge un problema nel caso in cui piu'
moduli necessitino la condivisione di tali definizioni.
E' consigliabile centralizzare la definizione in un file e condividerlo poi
con gli altri moduli. I file di questo tipo sono chiamati solitamente
"header file".
Le convenzioni stabiliscono che questi file abbiano un suffisso ".h".
Abbiamo gia' incontrato in precedenza file header delle librerie standard,
come ad esempio:
#include <stdio.h>
Siamo in grado di definire dei file header propri, ed includerli poi nei
programmi con un'istruzione del tipo:
#include "my_head.h"
E' importante notare che il file header solitamente contengono solo
definizioni di tipi di dati, prototipi di funzioni e comandi per il
preprocessore C.
Se abbiamo, ad esempio, tre moduli:
main.c
WriteMyString.c
header.h
solitamente ogni singolo modulo verra' compilato separatamente.
Alcuni moduli hanno un
#include "header.h"
per accedere alle definizioni comuni.
Alcuni altri, come main.c, includono anche file header standard.
Nell'esempio accennato, "main" richiama la funzione WriteMyString.c()
che e' nel modulo WriteMyString.c.
In quest'ultima funzione potrebbe essere richiamato un prototipo di
funzione "void" che viene definito in header.h.
Notiamo che in generale e' necessario decidere tra il desiderio che ogni
modulo ".c" possa accedere alle informazioni di cui necessita unicamente
per il proprio lavoro, e la realta' pratica di mantenere molti file
header.
Per i programmi di moderate dimensioni, probabilmente e' meglio mantenere
uno o due file header che condividano le definizioni di piu' di un modulo.
Un problema finora tralasciato in merito all'approccio modulare riguarda
le variabili di sharing.
Se abbiamo delle variabili globali dichiarate ed utilizzate nel modulo
corrente, in che modo e' possibile fare riconoscere tali variabili agli
altri moduli?
Possiamo passare i valori come parametri delle funzioni, ma:
- questa tecnica puo' risultare molto laboriosa se passiamo gli stessi
parametri a molte funzioni e/o se sono coinvolti elenchi di argomenti
piuttosto lunghi;
- e' difficile memorizzare localmente vettori molto grandi oppure strutture
(ci sono problemi di memoria con le pile).
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17.02. Variabili esterne e funzioni
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L'aggettivo "interno" implica che gli argomenti e le funzioni vengano
definite all'interno delle funzioni stesse (local).
Le variabili "esterne" sono definite al di fuori della funzione; queste
sono potenzialmente disponibili per l'intero programma (global), ma non
necessariamente lo sono.
Le variabili esterne sono sempre fisse.
Sottolineiamo il fatto che in C (a differenza del Pascal) tutte le
definizioni di funzioni sono esterne.
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17.02.01. Scopo delle variabili esterne
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Una variabile esterna (o funzione) non e' sempre completamente globale.
Il C applica la seguente regola:
l'estensione di una variabile (o di una funzione) esterna comincia dal suo
punto di dichiarazione e termina alla fine del file (modulo) in cui viene
dichiarata.
Consideriamo il seguente esempio:
main()
{...}
int what_scope;
float end_of_scope[10];
void what_global()
{...}
char alone;
float fn()
{...}
main non puo' vedere what_scope o end_of_scope, mentre le funzioni
what_global ed fn possono vederle. Solo la funzione fn puo' vedere la
variabile alone.
Questa e' anche la prima delle ragioni per cui dobbiamo creare prototipi
di funzioni prima che nel codice venga dichiarato il corpo della funzione.
In questo caso main non riconoscera' le funzioni what_global ed fn; a sua
volta what_global non riconosce fn, ma fn riconosce invece what_global,
poiche' e' stata dichiarata al di sopra di essa.
Facciamo presente che l'altra ragione per cui creiamo prototipi di funzioni
e' che possono essere fatti alcuni controlli sui parametri passati alle
funzioni.
Se abbiamo bisogno di riferirci ad una variabile esterna prima della sua
dichiarazione oppure nel caso in cui sia definita in un altro modulo,
dobbiamo dichiararla come una variabile esterna, cioe':
extern int what_global;
In questo modo ritorniamo all'esempio modulare. Abbiamo una stringa global
AnotherString dichiarata in main.c e condivisa con WriteMyString.c, dove
e' dichiarata come variabile esterna.
Attenzione: il prefisso "extern" e' una dichiarazione e non una definizione,
cioe' nessun blocco di memoria viene riservato per una variabile esterna (si
tratta solamente della dichiarazione della proprieta' della variabile).
La variabile vera e propria deve essere definita una sola volta all'interno
dell'intero programma, mentre e' possibile avere tutte le dichiarazioni
esterne che sono necessarie.
Le dimensioni degli array devono ovviamente essere date con le definizioni,
ma non sono richieste con le dichiarazioni esterne.
Ad esempio:
main.c: int arr[100];
file.c: extern int arr[];
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17.03. L'utility Make
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L'utility Make e' un intelligente program manager che mantiene l'integrita'
di un gruppo di moduli di programma, una raccolta di programmi oppure un
sistema completo. Nella pratica non e' possibile avere programmi che
appartengano ad un sistema di file qualsiasi (ad esempio, i capitoli di
testo in un libro, gia' passati in composizione).
Questa utility viene principalmente utilizzata come aiuto in fase di
sviluppo di sistemi.
Make e' stata originariamente sviluppata per UNIX, ma attualmente e'
disponibile sulla maggior parte dei sistemi.
Facciamo presente che make e' un'utility per la programmazione, e non una
parte del linguaggio C oppure un qualsiasi linguaggio per la soluzione di
un determinato problema.
Consideriamo il problema di mantenere un grosso numero di file sorgenti:
main.c f1.c ... fn.c
per cui potremmo normalmente compilare sul nostro sistema con il comando:
cc -o main main.c f1.c ... fn.c
Comunque, se siamo a conoscenza del fatto che alcuni file sono gia' stati
precedentemente compilati ed i loro sorgenti non sono variati da quando
possiamo aver provato, e vogliamo salvare la compilazione totale linkando
questi file nel codice oggetto, il comando sara' il seguente:
cc -o main main.c f1.c ... fi.o ... fj.o ... fn.c
Possiamo usare l'opzione "-c" del compilatore C per creare un file ".o"
per un modulo stabilito. Ad esempio:
cc -c main.c
creera' un file main.o. In questo caso non c'e' la necessita' di fornire
nessun link alle librerie, poiche' questo problema viene automaticamente
risolto nella fase di link della compilazione.
Comunque, esiste un problema per la compilazione dell'intero programma in
questo modo piuttosto lungo:
- e' tempo sprecato compilare un modulo .c: se il modulo e' gia' stato
compilato in precedenza e non e' stato successivamente variato, non c'e'
alcuna necessita' di ricompilarlo. E' sufficiente linkare i file oggetto.
Potrebbe comunque non essere facile ricordare quali file sono realmente
aggiornati; se li linkiamo in un vecchio file oggetto, il nostro programma
eseguibile finale potrebbe risultare errato.
- e' piuttosto laborioso (ed incline agli errori) digitare una lunga
sequenza di compilazione sulla linea di comando. Molti dei nostri file
potrebbero dover essere linkati, cosi' pure come molti file delle librerie
di sistema: puo' cosi' risultare molto difficile ricordare la corretta
sequenza delle operazioni. Anche nel caso in cui si faccia un cambiamento
minimo alla linea di comando utilizzando l'editing di sistema, si possono
facilmente fare errori.
Se usiamo l'utility make, questa provvede automaticamente a fare tutti
questi controlli. In generale, questa utility garantisce la ricompilazione
solamente dei moduli che hanno i file oggetto piu' vecchi rispetto ai file
sorgenti.
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17.04. Programmazione di Make
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La programmazione di make e' abbastanza lineare; fondamentalmente, dobbiamo
scrivere una sequenza di comandi che descrivano come il nostro programma
(o un sistema di programmi) puo' essere costruito a partire dai file
sorgenti.
La sequenza di costruzione viene descritta nel file "makefile", che contiene
regole di dipendenza e regole di interpretazione.
Una regola di dipendenza ha due parti (una parte destra ed una sinistra,
separate da ":"):
left_side : right_side
La parte sinistra e' formata dal nome di un target (nome del programma o del
file di sistema) che deve essere creato, mentre la parte destra fornisce i
nomi dei file da cui dipende il file di target (ad esempio, file sorgenti,
file header o file di dati).
Se il file target risulta non aggiornato rispetto alle parti che lo
costituiscono, e' necessario sottostare alle regole di interpretazione (o di
costruzione) che seguono le regole di dipendenza.
In questo modo, nel caso di un tipico programma C, quando di esegue il
makefile vengono seguiti questi passi:
- Viene letto il makefile: questo riporta quali oggetti e file di libreria
necessitano di essere linkati e quali file header e sorgenti devono essere
compilati per creare ogni file oggetto.
- Data e ora di ogni file oggetto vengono controllati con quelli di ogni
file sorgente e file header da cui dipende. Se un qualsiasi file sorgente
o header risulta piu' recente rispetto al file oggetto, allora i file sono
stati modificati dopo l'ultima compilazione e percio' viene ricompilato
il file oggetto.
- Una volta che tutti i file oggetto sono stati controllati, vengono
controllati data e ora di tutti i file oggetto e confrontati con quelli
del file eseguibile. Se uno qualsiasi dei file risulta piu' recente,
allora i file oggetto verranno ricompilati.
Facciamo presente che i file di make possono obbedire ad un qualsiasi
comando che venga digitato sulla linea di comando. Percio' possiamo usare
i makefile per fare molto piu' che compilare un modulo sorgente del sistema.
Per esempio, potremmo fare backup di file, eseguire programmi se i file di
dati risultano
variati, oppure ripulire directory.
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17.05. Creazione di un makefile
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Questa operazione risulta piuttosto semplice: si tratta di creare un file
di testo utilizzando un qualsiasi text editor. Il makefile contiene
solamente un elenco di file collegati ed i comandi necessari per soddisfare
tali collegamenti.
Riportiamo ora un esempio di makefile:
prog: prog.o f1.o f2.o
c89 prog.o f1.o f2.o -lm etc.
prog.o: header.h prog.c
c89 -c prog.c
f1.o: header.h f1.c
c89 -c f1.c
f2.o: ...
...
Make interpretera' il file nel seguente modo:
- prog dipende da 3 file: prog.o, f1.o ed f2.o. Se uno qualsiasi dei file
oggetto sono stati modificati dopo l'ultima compilazione, i file devono
essere linkati nuovamente.
- prog.o dipende da 2 file. Se questi risultano modificati, prog.o deve
essere ricompilato; la stessa cosa vale per f1.o ed f2.o.
Gli ultimi 3 comandi nel makefile sono chiamati "regole esplicite", poiche'
i file nei comandi vengono elencati con il proprio nome.
Possiamo anche usare "regole implicite", le quali ci permettono di
generalizzare le nostre regole e memorizzare cio' che e' stato digitato.
E' possibile prendere:
f1.o: f1.c
cc -c f1.c
f2.o: f2.c
cc -c f2.c
e generalizzarlo con il seguente comando:
.c.o: cc -c $<
Questo si legge come ".source_extension.target_extension: command".
"$<" e' l'abbreviazione per il nome file con estensione ".c".
E' possibile aggiungere commenti in un makefile utilizzando il simbolo "#";
in questo modo, tutti i caratteri che seguono # sulla linea vengono
ignorati.
Make ha molti comandi interni simili o addirittura uguali a quelli UNIX.
Alcuni esempi:
break, date, mkdir, type, chdir, mv (move o rename),
cd, rm (remove), cp (copy), path
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17.06. Macro di Make
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Utilizzando make e' possibile definire delle macro; queste vengono usate
solitamente per memorizzare i nomi dei file sorgenti, i nomi dei file
oggetto, le opzioni del compilatore ed i link alle librerie.
Le macro sono semplici da definire; ad esempio:
SOURCES = main.c f1.c f2.c
CFLAGS = -g -C
LIBS = -lm
PROGRAM = main
OBJECTS = (SOURCES: .c=.o)
dove (SOURCES: .c=.o) trasforma le estensioni ".c" dei file elencati in
SOURCES in estensioni ".o".
Per referenziare o richiamare una macro in make, e' necessario
$(macro_name); ad esempio:
$(PROGRAM) : $(OBJECTS)
$(LINK.C) -o $@ $(OBJECTS) $(LIBS)
E' importante notare:
- $(PROGRAM) : $(OBJECTS) - crea un elenco di dipendenze ed oggetti;
- l'utilizzo di una macro interna, cioe' $.
Ci sono molte macro interne; alcune delle piu' comuni sono:
- $star - parte del file name nella directory corrente (meno .suffisso)
- $@ - nome completo dell'oggetto corrente
- $< - file .c dell'oggetto
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17.07. Esecuzione di Make
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E' sufficiente digitare make dalla linea di comando.
UNIX cerca automaticamente un file di nome "Makefile" (notare l'iniziale
maiuscola, mentre tutto il resto e' minuscolo). Il Makefile presente nella
directory corrente verra' eseguito.
E' possibile annullare questa ricerca di un file semplicemente digitando
il comando "make -f make_filename". Ad esempio:
make -f my_make
Per quanto riguarda i makefile, esistono altre opzioni (-option) oltre a
quella appena vista.
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18. UNIX e il C
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C'e' un collegamento molto stretto tra il C e la maggioranza dei sistemi
operativi che eseguono i nostri programmi in C. In questo capitolo verranno
analizzate le modalita' con cui il C ed UNIX interagiscono.
Dobbiamo utilizzare UNIX per mantenere il nostro spazio per i file, per
editare, compilare ed eseguire programmi, e cosi' via. Ma UNIX porta molti
piu' vantaggi che questi.
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18.01. Vantaggi di usare UNIX con il C
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- Portabilita':
UNIX, o una delle varieta' di UNIX, e' disponibile su molte macchine.
I programmi scritti in standard UNIX e C possono essere eseguiti su
una qualsiasi macchina con minima difficolta'.
- Multiuser/Multitasking:
Molti programmi sono in grado di utilizzare le elevate capacita'
di elaborazione delle macchine.
- Trattamento dei File:
File system gerarchico, con molte routine per il trattamento dei file.
- Programmazione Shell:
UNIX fornisce un potente interprete di comandi che comprende oltre 200
comandi e puo' anche eseguire programmi sia UNIX che definiti dall'utente.
- Pipe:
L'output di un programma puo' essere utilizzato come input per un altro
programma. Questo puo' essere fatto dalla linea di comando, oppure
all'interno di un programma C.
- Utility UNIX:
Ci sono oltre 200 utility che permettono di realizzare molte routine
senza scrivere dei nuovi programmi (come, ad esempio: make, grep, diff,
awk, more, ...)
- Chiamate di sistema:
UNIX ha circa 60 chiamate di sistema residenti nel "cuore" del sistema
operativo, o kernel di UNIX. Le chiamate sono scritte in C, e sono
accessibili dai programmi C. Esempi di queste chiamate possono essere
gli I/O di base e il clock di sistema. La funzione open() e' un esempio
di una chiamata di sistema.
- Funzioni di libreria:
Aggiunte al sistema operativo.
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18.02. Utilizzo delle chiamate di sistema UNIX e delle funzioni di libreria
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Per utilizzare le chiamate di sistema e le funzioni di libreria in un
programma C e' sufficiente richiamare la funzione C appropriata.
Abbiamo gia' visto alcune chiamate di sistema trattando l'I/O di basso
livello (open(), creat(), read(), write() e close() sono esempi).
Abbiamo invece incontrato esempi di funzioni delle librerie standard nella
parte dedicata alle funzioni di I/O di alto livello (fopen(), fprintf(),
sprintf(), malloc(), ...).
Tutte le funzioni matematiche (come sin(), cos(), sqrt()) ed i generatori
di numeri random (random(), seed(), lrand48(), drand48(), ...) sono
funzioni della libreria standard math.
E' da notare il fatto che la maggior parte delle funzioni delle librerie
standard utilizzeranno delle chiamate di sistema all'interno di esse.
Per molte chiamate di sistema e funzioni di libreria, e' necessario
includere un file header appropriato, come ad esempio stdio.h o math.h.
Informazioni su quasi tutte le chiamate di sistema e le funzioni di
libreria sono disponibili sulle pagine del manuale. Queste sono disponibili
on-line; e' sufficiente digitare il nome della funzione "man".
Ad esempio:
man drand48
dara' informazioni in merito a questo generatore di numeri random.
Tutte le chiamate di sistema e le funzioni di libreria verranno elencate
in seguito. Abbiamo gia' visto esempi di funzioni di libreria per il
trattamento delle stringhe; piu' avanti vedremo l'applicazione di alcune
altre funzioni di libreria e di sistema.
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18.03. Trattamento di file e directory
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Ci sono molte utility UNIX che permettono la gestione di directory e file.
cd, ls, rm, cp, mkdir, etc. sono esempi solitamente molto noti.
Vedremo ora come sia possibile raggiungere un simile scopo dall'interno di
un programma C.
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18.03.01. Funzioni di trattamento delle directory
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Queste operazioni coinvolgono fondamentalmente chiamate ad appropriate
funzioni.
Ad esempio:
int chdir(char *path) - cambia la directory a quella specificata nella
stringa "path"
Esempio: emulazione C del comando UNIX "cd"
#include <stdio.h>
main(int argc, char **argv)
{
if (argc < 2)
{printf("Usage: %s <pathname> \n", argv[0]);
exit(1);
}
if (chdir(argv[1]) != 0)
{printf("Error in chdir\n");
exit(1);
}
}
char *getwd(char *path)
Restituisce il pathname completo della directory di lavoro corrente.
"path" e' un puntatore ad una stringa in cui viene ritornato il
pathname. "getwd" ritorna un puntatore alla stringa, oppure NULL nel
caso si verifichi un errore.
scandir(char *dirname, struct direct **namelist, int (*select)(),
int (*compar)())
Legge il dirname della directory e crea un array di puntatori ad ogni
voce contenuta della directory, oppure "-1" per un errore. "namelist"
e' un puntatore ad un array di puntatori alla struttura.
(*select)() e' un puntatore ad una funzione che viene richiamata con
un puntatore ad ogni voce della directory (definita in <sys/types>) e
potrebbe ritornare un valore diverso da 0 se la voce della directory
e' inclusa nell'array. Se il puntatore e' nullo, allora verranno
incluse tutte le voci della directory.
L'ultimo argomento e' un puntatore ad una routine che viene passato a
qsort (vedere "man qsort") - una funzione interna che sorta l'array
completo. Se il puntatore e' NULL, l'array non viene sortato.
alphasort(struct direct **d1, **d2)
"alphasort()" e' una routine interna che sorta alfabeticamente un
array.
Esempio: una semplice versione dell'utility UNIX "ls"
#include <sys/types.h>
#include <sys/dir.h>
#include <sys/param.h>
#include <stdio.h>
#define FALSE 0
#define TRUE!FALSE
extern int alphasort();
char PATHNAME[MAXPATHLEN];
main() {int count,i;
struct direct **files;
int file_select();
if(getwd(pathname) == NULL)
{printf("Error getting path\n");
exit(0);
}
printf("Current Working Directory=%s\n",pathname);
count=scandir(pathname,&files,file_select,alphasort);
/* if no files found, make a non-selectable menu item */
if (count <= 0)
{printf("No files in this directory\n");
exit(0);
}
printf("Number of files=%d\n",count);
for (i=1;i<count+1;++i)
printf("%s",files[i-1]->d_name);
printf("\n"); /* flush buffer */
}
int file_select(struct direct *entry)
{if ((strcmp(entry->d_name,".") == 0) ---
(strcmp(entry->d_name,"..") == 0))
return (FALSE);
else
return (TRUE);
}
"scandir" ritorna la directory corrente (.) e la directory di livello
superiore (..), come pure tutti i files contenuti; cosi' e' necessario
controllare l'output, e ritornare FALSE in modo che le due directory
non vengano incluse nella lista di file.
Facciamo presente che "scandir" e "alphasort" hanno le definizioni nei files
sys/types.h e sys/dir.h. MAXPATHLEN e "getwd" sono definite in sys/param.h.
Possiamo avanzare ulteriormente e cercare files specifici. Modificheremo
ora file_select() in modo che scandisca solamente i file con suffisso .c,
.o o .h:
int file_select(struct direct *entry)
{char *ptr;
char *rindex(char *s, char c);
if ((strcmp(entry->d_name, ".") == 0) ---
(strcmp(entry->d_name, "..") == 0))
return(FALSE);
/* Check for filename extensions */
ptr=rindex(entry->d_name,'.')
if ((ptr != NULL) &&
((strcmp(ptr,".c") == 0)
|| (strcmp(ptr,".h") == 0)
|| (strcmp(ptr,".o") == 0) ))
return(TRUE);
else
return(FALSE);
}
Facciamo notare che rindex() e' una funzione di trattamento delle stringhe,
che ritorna un puntatore all'ultima occorrenza del carattere "c" nella
stringa "s", oppure un puntatore NULL se "c" non e' presente nella stringa
(index() e' una funzione simile, ma assegna ad un puntatore la prima
occorrenza).
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18.03.02. Routine di trattamento dei file
------------------------------------------------------------------------------
Esiste un modo per determinare le possibilita' di accesso ai file:
int access(char *path, int mode)
"path" punta ad un path-name che individua il file, "access()" controlla
il file nominato per verificarne l'accessibilita' conformemente a "mode",
definito in "#include <unistd.h>":
R_OK - test per il permesso di lettura;
W_OK - test per il permesso di scrittura;
X_OK - test per il permesso di esecuzione o ricerca;
F_OK - test sia per verificare che le directory di livello
superiore al file abbiano il permesso di ricerca, e
che il file esista.
"access()" ritorna: 0 in caso di successo, -1 in caso di insuccesso e
setta "errno" per indicare l'errore. Per l'elenco degli errori, vedere
le pagine di "man".
------------------------------------------------------------------------------
18.03.03. errno
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Si tratta di una speciale variabile di sistema che viene settata nel caso in
cui una chiamata di sistema non possa eseguire l'insieme dei propri compiti.
Per utilizzare "errno" in un programma C, deve essere dichiarato con
l'istruzione:
extern int errno;
Puo' essere manualmente azzerato all'interno di un programma C, altrimenti
questo ritorna semplicemente il proprio ultimo valore.
int chmod(char *path, int mode)
cambia il modo di accesso di un file, specificato da "path", al "mode"
stabilito.
chmod() ritorna 0 in caso di successo, -1 nel caso contrario e setta "errno"
ad indicare l'errore riscontrato. Gli errori sono definiti in
"#include <sys/stat.h>".
Il modo di accesso di un file puo' essere settato utilizzando macro
predefinite in sys/stat.h (vedere le pagine "man"), oppure settando la
modalita' in un numero ottale di 3 cifre.
La cifra piu' a sinistra specifica i privilegi del proprietario, quella
centrale i privilegi del gruppo e quella piu' a destra i privilegi degli
altri utenti.
Per ogni cifra ottale intendiamo un numero binario di 3 bit. Il bit piu' a
sinistra corrisponde all'accesso per la lettura (on/off), quello centrale
alla scrittura, quello a destra all'esecuzione.
Cosi':
4 (ottale 100) = sola lettura
2 (010) = scrittura
6 (110) = lettura e scrittura
1 (001) = esecuzione
Con modalita' di accesso 600 daremo i permessi di lettura e scrittura al
proprietario, mentre gli altri non avranno nessun permesso. 666 da' a
tutti l'accesso in lettura/scrittura.
Ricordiamo che esiste anche un comando UNIX "chmod".
int stat(char *path, struct stat *buf),
int fstat(int fd, struct stat *buf)
Con "stat()" si ottengono informazioni in merito al file nominato con
"path". Il permesso di lettura, scrittura o esecuzione del file specificato
non e' richiesto, ma tutte le directories elencate nel path-name per
arrivare al file devono avere il permesso di ricerca.
Con "fstat()" si ottengono le stesse informazioni riguardo ad un file aperto
indicato con la descrizione dell'argomento della funzione, allo stesso modo
di come potrebbero essere ottenute con una chiamata "open" (I/O di basso
livello).
"buf" e' un puntatore ad una struttura "stat" in cui vengono memorizzate le
informazioni relative al file. Una struttura stat e' definita in
"#include <sys/types.h>" (vedere le pagine "man" per ulteriori
informazioni).
"stat()" e "fstat()" ritornano 0 in caso di successo, -1 in caso di
insuccesso e settano "errno" per indicare l'errore verificatosi. Anche gli
errori sono definiti in "#include <sys/stat.h>".
int unlink(char *path)
elimina il link esistente relativo alla directory indicata con "path".
"unlink()" ritorna 0 in caso di successo, -1 in caso di insuccesso e setta
"errno" per indicare l'errore. Gli errori sono elencati in
"#include <sys/stat.h>".
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18.04. Controllo e gestione dei processi
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Un processo puo' essere definito fondamentalmente come "ogni singolo
programma in esecuzione". Puo' essere un programma di sistema (come login,
update e csh), oppure programmi lanciati dall'utente (textedit, dbxtool o
un programma scritto dall'utente stesso).
Quando UNIX esegue un processo, assegna ad ognuno un numero unico ed
univoco, cioe' un "process ID" o "pid".
Il comando UNIX "ps" elenca tutti i processi in esecuzione in quel momento
sulla propria macchina, elencandone anche i pid.
La funzione C
int getpid()
restituira' il pid del processo che richiama questa funzione.
Solitamente un programma esegue un singolo processo; comunque piu' avanti
verra' analizzata la maniera di eseguire programmi come parecchi processi
separati e comunicanti.
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18.04.01. Esecuzione di comandi UNIX da C
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E' possibile eseguire comandi da un programma C semplicemente come fossero
digitati dalla linea di comando UNIX, grazie all'utilizzo della funzione
system(). Questo puo' farci risparmiare molto tempo e molti problemi;
infatti in questo modo e' possibile eseguire altri programmi di prova,
script, e cosi' via, qualora i compiti attualmente svolti ne comportino
il lancio.
int system(char *string)
in cui "string" puo' essere il nome di una utility unix, uno script shell
eseguibile oppure un programma dell'utente. System ritorna lo stato di
uscita della shell.
Esempio: chiamata di "ls" da un programma
main()
{printf("Files in Directory are: \n");
system("ls -l");
}
"system" e' una chiamata composta da 3 altri comandi:
execl(), wait() e fork()
------------------------------------------------------------------------------
18.04.01.01. execl()
------------------------------------------------------------------------------
"execl" ha altre 5 funzioni correlate (vedere le pagine "man").
"execl" sta' per "execute and leave", che significa che un processo sara'
eseguito e poi terminato dalla stessa execl.
Viene definita con:
execl(char *path, char *arg0, ..., char *argn, 0);
L'ultimo parametro deve sempre essere 0. E' un termine NULL. Poiche' la
lista degli argomenti e' variabile, e' necessario avere un modo per dire
al C dove termina; il termine nullo serve a questo.
"path" punta al nome di un file contenente un comando che deve essere
eseguito, "argo" punta ad una stringa che e' la stessa di "path" (o
almeno il suo ultimo componente).
"arg1, ..., argn" sono puntatori agli argomenti per il comando, e 0 segna
semplicemente la fine dell'elenco (di lunghezza variabile) degli argomenti.
Cosi' l'esempio in precedenza riportato risultera' ora:
main()
{printf("Files in Directory are: \n");
execl("/bin/ls","ls","-l",0);
}
------------------------------------------------------------------------------
18.04.01.02. fork()
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"int fork()" trasforma un singolo processo in due processi identici,
riconoscibili come processo padre e processo figlio.
In caso di successo, fork() ritorna 0 al processo figlio ed il process ID
del processo figlio al processo padre; in caso di esito negativo, fork()
ritorna -1 al processo padre, settando errno per indicare l'errore
verificatosi, e non viene creato nessun processo figlio.
NOTA: il processo figlio avra' un suo proprio ed unico PID.
Il seguente programma illustra un utilizzo semplice di fork(), dove vengono
create due copie del processo ed eseguite assieme (multitasking):
main()
{ int return_value;
printf("Forking process\n");
fork();
printf("The process id is %d and return value is %d \n",
getpid(), return_value);
execl("/bin/ls/","ls","-l",0);
printf("This line is not printed\n");
}
L'output risultante sara':
Forking process
The process id is 6753 and return value is 0
The process id is 6754 and return value is 0
"two lists of files in current directory"
NOTA: i processi hanno ID unici, che risulteranno diversi ad ogni
esecuzione.
E' anche impossibile stabilire in anticipo quale processo utilizzera' il
tempo di CPU (cosi', ogni esecuzione puo' essere diversa dalla successiva).
Quando vengono generati due processi, possiamo facilmente scoprire (in ogni
processo) quale sia il figlio e quale il padre, poiche' fork ritorna 0 al
figlio. Possiamo catturare qualsiasi errore se fork ritorna un -1, cioe':
int pid; /* process identifier */
pid=fork();
if (pid < 0)
{printf("Cannot fork!!\n");
exit(1);
}
if (pid == 0)
{/* child process */ ...}
else
{/* parent process pid is child's pid */ ...}
------------------------------------------------------------------------------
18.04.01.03. wait()
------------------------------------------------------------------------------
int wait (int *status_location) - forza un processo padre ad aspettare che
un processo figlio si fermi oppure termini.
wait() ritorna il pid del figlio, oppure -1 in caso di errore. Lo stato di
uscita del figlio viene ritornato come "status_location".
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18.04.01.04. exit()
------------------------------------------------------------------------------
int exit (int status) - termina il processo che richiama questa funzione e
ritorna il valore di uscita "status". Sia i programmi UNIX che quelli C
(forked) sono in grado di leggere il valore dello stato.
Per convenzione, uno stato uguale a 0 significa "fine normale", mentre
qualsiasi altro valore indica un errore o un evento insolito. Molte
chiamate alle librerie standard hanno la definizione degli errori nel
file header sys/stat.h. Possiamo quindi facilmente derivare le nostre
proprie convenzioni.
------------------------------------------------------------------------------
18.04.02. Utilizzo di pipe in un programma C
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Il "piping" e' un processo dove l'output di un processo viene trasformato
nell'input di un altro. Abbiamo gia' visto in precedenza esempi di questo
dalla linea di comando UNIX, con l'utilizzo di "|".
Vedremo ora come e' possibile farlo all'interno del programmi C.
Avremo due o piu' processi "forked" che cominicheranno fra di loro.
Per prima cosa, e' necessario aprire una pipe. UNIX permette di aprire una
pipe in due maniere.
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18.04.02.01. popen() - Piping formattato
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FILE *popen(char *command, char *type) - apre una pipe per I/O dove
"command" e' il processo che deve essere connesso al processo chiamante,
creando cosi' la pipe. Il "type" puo' essere sia "r" per reading (lettura)
che "w" per writing (scrittura).
Il return di popen() e' un puntatore ad una stream oppure NULL per un
qualsiasi errore.
Una pipe aperta con popen() deve sempre essere chiusa con
pclose(FILE *stream)
E' possibile comunicare con la "stream" della pipe tramite fprintf() ed
fscanf().
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18.04.02.02. pipe() - Piping di basso livello
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int pipe(int fd[2]) - crea una pipe e ritorna due file descrittori, fd[0]
e fd[1]. fd[0] e' aperto per la lettura, fd[1] per la scrittura.
pipe() ritorna 0 in caso di successo, -1 in caso di fallimento e di
conseguenza setta errno.
Il modello standard di programmazione prevede che, dopo la creazione della
pipe, due o piu' processi che cooperano verranno creati da una fork ed i
dati verranno passati mediante l'utilizzo di read() e write().
Le pipe aperte con pipe() dovranno essere chiuse con "close (int fd)".
Esempio: il processo padre invia delle write al processo figlio
int pdes[2];
pipe(pdes);
if (fork == 0)
{ /* processo figlio */
close(pdes[1]); /* non richiesto */
read(pdes[0]); /* legge dal processo padre */
...
}
else
{ close(pdes[0]); /* non richiesto */
write(pdes[1]); /* scrive al processo figlio */
...
}
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18.04.03. Interruzioni e segnali
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In questa sezione verranno affrontati i modi in cui due processi possono
comunicare fra di loro. Quando un processo termina in modo anormale,
solitamente prova ad inviare un segnale che indichi cosa e' andato a
monte. I programmi C (e UNIX) sono in grado di catturare questi segnali
ed utilizzarli come diagnostica. Anche le comunicazioni specificate
dall'utente possono aver luogo in questo modo.
I processi utilizzano dei segnali, che possono essere numerati da 0 a 31.
Le macro sono definite nel file header signal.h per quanto riguarda i
segnali piu' comuni.
Queste includono:
SIGHUP 1 /* hangup */
SIGINT 2 /* interrupt */
SIGQUIT 3 /* quit */
SIGILL 4 /* illegal instruction */
SIGABRT 6 /* used by abort */
SIGKILL 9 /* hard kill */
SIGALRM 14 /* alarm clock */
SIGCONT 19 /* continue a stopped process */
SIGCHLD 20 /* to parent on child stop or exit */
------------------------------------------------------------------------------
18.04.03.01. Invio di segnali - kill()
------------------------------------------------------------------------------
int kill(int pid, int signal) - manda un "signal" ad un processo "pid". Se
pid e' maggiore di 0 il segnale viene inviato al processo il cui process
ID corrisponde a pid; se pid e' 0, il segnale e' mandato a tutti i
processi, eccetto i processi di sistema.
kill() ritorna 0 per le chiamate che hanno successo, -1 negli altri casi
settando conseguentemente "errno".
Esiste anche un comando UNIX chiamato kill (vedere le pagine "man").
NOTA: a meno che non si blocchi o venga ignorato, il segnale kill termina
il processo. Percio' le protezioni sono incorporate all'interno del
sistema.
E' possibile eliminare solamente i processi con determinati privilegi di
accesso.
Una regola di base e' quella per cui solamente i processi che appartengono
allo stesso utente possono inviare/ricevere messaggi.
Il segnale SIGKILL non puo' bloccarsi o essere ignorato, e terminera'
sempre il processo.
Per esempio:
kill(getpid(),SIGINT);
inviera' un segnale di interrupt all'ID del processo chiamante.
Questo avrebbe un effetto simile al comando exit(). Anche CTRL-C, digitato
dalla linea di comando, invia un SIGINT al processo correntemente in
essere.
unsigned int alarm(unsigned int seconds) - dopo "seconds" secondi, invia il
segnale SIGALRM al processo che ha effettuato la chiamata.
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18.04.03.02. Ricezione di segnali - signal()
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int (*signal(int sig, void (*func)()))() - questo sta' ad indicare che la
funzione signal() richiamera' la funzione func se il processo ricevera' un
segnale sig. Signal ritorna un puntatore alla funzione func in caso di
successo, oppure ritorna un errore ad errno, e -1 negli altri casi.
func() puo' avere tre valori:
SIG_DFL - un puntatore alla funzione di default del
sistema SID_DFL(), la quale terminera' il
processo al ricevimento di "sig".
SIG_IGN - un puntatore alla funzione di sistema
ignore SIG_IGN(), che ignorera' l'azione
"sig" (a meno che non sia SIGKILL)
Un indirizzo di funzione - una funzione specificata dall'utente
SIG_DFL e SIG_IGN sono definiti nel file header signal.h (libreria
standard).
Cosi' per ignorare un comando CTRL-C dalla linea di comando, dovremo fare:
signal(SIGINT, SIG_IGN);
Per resettare un sistema, cosicche' SIGINT comporti l'uscita da qualsiasi
posizione del nostro programma, dovremo fare:
signal(SIGINT, SIG_DFL);
Vediamo ora un programma per catturare un CTRL-C, ma non uscire con questo
segnale. Abbiamo una funzione "sigproc()" che viene eseguita quando
catturiamo in CTRL-C. Possiamo anche settare un'altra funzione per
abbandonare il programma se riceve il segnale SIGQUIT, cosi' possiamo
terminare il nostro programma:
#include <stdio.h>
void sigproc(void);
void quitproc(void);
main()
{signal(SIGINT, sigproc);
signal(SIGQUIT, quitproc);
printf("CTRL-C disabled use ctrl-\\ to quit \n");
for(;;) /* loop infinito */ }
void sigproc()
{signal (SIGINT, sigproc); /* */
/* NOTA: alcune versioni di UNIX resetteranno "signal" al valore
di default dopo ogni chiamata. Scosi', per rispettare la
portabilita', facciamo un reset di "signal" ogni volta */
printf("You have pressed CTRL-C \n");
}
void quitproc()
{printf("ctrl-\\ pressed to quit \n");
exit(0); /* normale status di uscita */
}
------------------------------------------------------------------------------
18.05. Times Up!!
------------------------------------------------------------------------------
L'ultimo argomento che verra' affrontato in questo corso e' quello degli
accessi al time del clock con le chiamate di sistema UNIX.
L'utilizzo delle funzioni di time include:
- dire l'ora;
- fornire il tempo a programmi e funzioni;
- settaggio di numeri casuali.
time_ttime(time_t*tloc) - ritorna il tempo, misurato in secondi, a partire
da 00:00:00 GMT, Jan. 1, 1970.
Se "tloc" non e' nullo, il valore di ritorno viene anche memorizzato nella
locazione a cui punta tloc.
time() ritorna il valore del tempo, in caso di successo.
In caso di insuccesso, ritorna (time_t) -1. "time_t" risulta definito come
tipo long(int) nei file header <sys/types.h> e <sys/time.h>.
int ftime(struct timeb *tp) - riempie una struttura puntata da tp, come
definito in <sys/timeb.h>:
struct timeb
{time_t time;
unsigned short millitm;
short timezone;
short dstflag;
};
La struttura contiene il tempo espresso in secondi a partire dall'epoca,
con l'intervallo di massima precisione che arriva fino a 1000 millisecondi,
il fuso orario locale (misurata in minuti in direzione ovest a partire da
Greenwich) ed un flag che, se non e' uguale a 0, indica l'ora legale
applicata localmente negli appropriati periodi dell'anno.
In caso di successo, ftime() non ritorna alcun valore utile, mentre ritorna
-1 in caso di errore.
Altre due funzioni definite in "#include <time.h>" sono:
char *ctime(time_t*clock)
char *asctime(struct tm *tm)
ctime() converte un long integer (puntato da clock) ad una stringa di 26
caratteri nella forma:
Sun Sep 16 01:03:52 1973
asctime() ritorna un puntatore alla stringa.
Esempio 1: Tempo (in secondi) per eseguire alcune operazioni:
/* timer.c */
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
main()
{int i;
time_t t1,t2;
(void) time(&t1);
for (i=1;i<=300;++i)
printf("%d %d %d \N",1,i*i,i*i*i);
(void) time(&t2);
printf("\n Time to do 300 squares and cubes = %d seconds \n",
(int)t2-t1);
}
Esempio 2: Settaggio di un gruppo di numeri casuali:
/* random.c */
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
main()
{int i;
time_t t1;
(void) time(&t1);
srand48((long)t1);
/* use time in seconds to set seed */
printf("5 random numbers
(Seed = %d):\n",(int)t1);
for (i=0;i<5;++i)
printf("%d", lrand48());
printf("\n\n"); /* flush print buffer */
}
lrand48() ritorna dei log integers non negativi uniformemente distribuiti
nell'intervallo (0, 2**31).
Una funzione simile drand48() ritorna numeri a doppia precisione compresi
nel range [0.0, 1.0].
srand48() setta l'origine per questi generatori di numeri random. E'
importante avere gamme diverse quando si richiamano le funzioni, altrimenti
verra' generato lo stesso set di numeri pseudo-random.
time() fornisce sempre un'unica gamma d'origine.
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19. Opzioni comuni del compilatore C
------------------------------------------------------------------------------
Qui verranno elencate le opzioni del compilatore C piu' comuni. Queste
possono essere aggiunte alle direttive per il compilatore. Alcune
richiedono un argomento addizionale.
Ad esempio:
c89 -c -o prog prog.c
L'opzione -o richiede un argomento, -c invece no.
------------------------------------------------------------------------------
19.01. Opzioni di compilazione
------------------------------------------------------------------------------
-c Sopprime i link con ld(1) e produce un file .o per ogni file
sorgente. Ogni singolo file oggetto puo' essere nominato
esplicitamente utilizzando l'opzione -o.
-C Evita che il preprocessore C rimuova i commenti.
-E Esegue il file sorgente solamente attraverso il preprocessore
C. Invia l'output allo standard output, oppure ad un file a
cui viene dato un nome con l'opzione -o. Include le
informazioni di cpp sulla numerazione delle linee (vedere
anche l'opzione -P).
-g Produce una tavola informativa dei simboli supplementari per
dbx(1) e dbxtool(1). Quando viene data questa opzione, le
opzioni -O e -R sono soppresse.
-help Visualizza informazioni di aiuto relative al compilatore.
-Ipathname Aggiunge "pathname" alla lista di directory in cui cercare
i file #include con il relativo filename (che non inizi con
slash "/"). Il preprocessore cerca i file #include
principalmente nella directory contenente il file sorgente,
poi nelle directory specificate con l'opzione -I (se ce ne
sono) e, alla fine, in /usr/include.
-llibrary Linka con la libreria oggetto "library" (for ld(1)). Questa
opzione deve seguire l'argomento del nome del file sorgente.
-Ldirectory Aggiunge "directory" alla lista di directory che contengono
routine di librerie oggetto (per il link usando ld(1)).
-M Esegue solamente il preprocessore delle macro sui programmi
C elencati, richiedendo che questo generi le dipendenze con
il makefile ed invii il risultato sullo standard output
(vedere make(1) per dettagli su makefile e sulle regole di
dipendenza.
-o outputfile Viene nominato l'output come "outputfile"; quest'ultimo
deve avere l'appropriato suffisso per il tipo di file che
viene prodotto dalla compilazione (vedere FILES, piu'
avanti). "outputfile" non puo' essere lo stesso del file
sorgente (il compilatore non sovrascrivera' il file
sorgente).
-O[level] Ottimizza il codice oggetto. Viene ignorato nel caso in
cui siano usate le opzioni -g o -a. "-O" omettendo il
livello, e' equivalente a "-O2". "level" puo' assumere
uno dei seguenti valori:
1 Esegue solamente un'ottimizzazione sul punto
critico del livello assembly.
2 Esegue un'ottimizzazione globale prioritaria sulla
generazione del codice, che include l'ottimizzazione
dei loop, l'eliminazione delle sottoespressioni
comuni, la propagazione delle copie, e l'allocazione
automatica nei registri. "-O2" non ottimizza i
riferimenti o le definizioni delle variabili
esterne o indirette.
Se l'ottimizzatore in fase di esecuzione va in "out of
memory", questo tenta di eseguire un ripristino riportando
la procedura corrente ad un livello piu' basso di
ottimizzazione e riprendendo le procedure successive al
livello originale.
-P Esegue il file sorgente solo attraverso il preprocessore C.
Mette l'output in un file con un suffisso ".i". Non include
nell'output le informazioni cpp-type sulla numerazione delle
linee.
------------------------------------------------------------------------------
20. Funzioni della libreria standard C
------------------------------------------------------------------------------
Di seguito troverete elencate quasi tutte le funzioni della libreria
standard dell'ANSI C.
Nel caso di definizioni relazionate alle funzioni, verra' riportato anche il
file header. Questi possono pero' variare su alcuni sistemi, per cui si
consiglia di controllare i manuali di riferimento locali.
Viene inclusa una breve descrizione con tutti i tipi dei parametri. Maggiori
informazioni possono essere ottenute dalle chiamate online di man o dai
manuali di consultazione.
------------------------------------------------------------------------------
20.01. Manipolazione dei buffer
------------------------------------------------------------------------------
#include <memory.h>
void *memchr (void *s, int c, size_t n) - Cerca un carattere in un buffer.
int memcmp (void *s1, void *s2, size_t n) - Paragona due buffers.
void *memcpy (void *dest, void *src, size_t n) - Copia un buffer in un
altro.
void *memmove (void *dest, void *src, size_t n) - Sposta un determinato
numero di bytes da un buffer ad un altro.
void *memset (void *s, int c, size_t n) - Setta tutti i bytes di un buffer
ad un dato carattere.
------------------------------------------------------------------------------
20.02. Classificazione dei caratteri e conversione
------------------------------------------------------------------------------
#include <ctype.h>
int isalnum(int c) - Vero se "c" e' alfanumerico.
int isalpha(int c) - Vero se "c" e' una lettera dell'alfabeto.
int isascii(int c) - Vero se "c" e' ASCII .
int iscntrl(int c) - Vero se "c" e' un carattere di controllo.
int isdigit(int c) - Vero se "c" e' un numero decimale.
int isgraph(int c) - Vero se "c" e' un carattere grafico.
int islower(int c) - Vero se "c" e' una lettera minuscola.
int isprint(int c) - Vero se "c" e' un carattere stampabile.
int ispunct (int c) - Vero se "c" e' un carattere di punteggiatura.
int isspace(int c) - Vero se "c" e' un carattere spazio.
int isupper(int c) - Vero se "c" e' una lettera maiuscola.
int isxdigit(int c) - Vero se "c" e' un numero esadecimale.
int toascii(int c) - Converte "c" in ASCII.
tolower(int c) - Converte "c" in minuscolo.
int toupper(int c) - Converte "c" in maiuscolo.
------------------------------------------------------------------------------
20.03. Conversione dei dati
------------------------------------------------------------------------------
#include <stdlib.h>
double atof(char *string) - Converte una stringa in un valore in floating
point.
int atoi(char *string) - Converte una stringa in un valore integer.
int atol(char *string) - Converte una stringa in un valore long integer.
char *itoa(int value, char *string, int radix) - Converte un valore integer
in una stringa utilizzando il "radix" dato.
char *ltoa(long value, char *string, int radix) - Converte un valore long
integer in una stringa in un dato "radix".
double strtod(char *string, char *endptr) - Converte una stringa in un
valore in floating point.
long strtol(char *string, char *endptr, int radix) - Converte una stringa
in un valore long integer utilizzando un dato "radix".
unsigned long strtoul(char *string, char *endptr, int radix) - Converte
una stringa in un valore long senza segno.
------------------------------------------------------------------------------
20.04. Manipolazione delle directory
------------------------------------------------------------------------------
#include <dir.h>
int chdir(char *path) - Cambia la directory corrente a quella contenuta nel
"path" dato.
char *getcwd(char *path, int numchars) - Ritorna il nome della directory di
lavoro corrente.
int mkdir(char *path) - Crea una directory utilizzando il nome "path"
specificato.
int rmdir(char *path) - Rimuove la directory specificata.
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20.05. Manipolazione dei file
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#include <sys/stat.h> e #include <sys/types.h>
int chmod(char *path, int pmode) - Cambia il settaggio dei permessi di un
file.
int fstat(int handle, struct stat *buffer) - Ottiene informazioni sul file
status.
int remove(char *path) - Cancella il file indicato.
int rename(char *oldname, char *newname) - Rinomina un file.
int stat(char *path, struct stat *buffer) - Ottiene informazioni sul file
status del file indicato.
unsigned umask(unsigned pmode) - Setta il mask dei permessi di un file.
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20.06. Input e Output
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20.06.01. Stream I/O
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#include <stdio.h>
void clearerr(FILE *file_pointer) - Cancella l'indicatore di errore della
stream.
int fclose(FILE *file_pointer) - Chiude un file.
int feof(FILE *file_pointer) - Controlla se e' stato incontrato un
end-of-file in una stream.
int ferror(FILE *file_pointer) - Controlla se e' stato riscontrato un
qualsiasi errore durante il file di I/O.
int fflush(FILE *file_pointer) - Scarica (flush) il buffer in un file.
int fgetc(FILE *file_pointer) - Prende un carattere da una stream.
int fgetpos(FILE *file_pointer, fpos_t current_pos) - Ottiene la posizione
corrente all'interno di una stream.
char *fgets(char *string, int maxchar, FILE *file_pointer) - Legge una
stringa da un file.
FILE *fopen(char *filename, char *access_mode) - Apre un file per l'I/O
bufferizzato.
int fprintf(FILE *file_pointer, char *format_string, args) - Scrive output
formattato in un file.
int fputc(int c, FILE *file_pointer) - Scrive un carattere in una stream.
int fputchar(int c) - Scrive un carattere sullo "stdout".
int fputs(char *string, FILE *file_pointer) - Scrive una stringa in una
stream.
size_t fread(char *buffer, size_t size size_t count, FILE *file_pointer) -
Legge dati non formattati da una stream in un buffer.
FILE *freopen(char *filename, char *access mode, FILE *file_pointer) -
Riassegna un file puntatore ad un file diverso.
int fscanf(FILE *file_pointer, char *format string, args) - Legge input
formattato da una "stream".
int fseek(FILE *file_pointer, long offset, int origin) - Setta la
posizione corrente nel file ad una nuova locazione.
int fsetpos(FILE *file pointer, fpos_t *current pos) - Setta la posizione
corrente nel file ad una nuova locazione.
long ftell(FILE *file_pointer) - Ottiene la locazione corrente nel file.
size_t fwrite(char *buffer, size_t size, size_t count FILE *file_pointer) -
Scrive dati non formattati da un buffer ad una stream.
int getc(FILE *file_pointer) - Legge un carattere da una "stream".
int getchar(void) - Legge un carattere da "stdin".
char *gets(char *buffer) - Legge una linea da "stdin" in un buffer.
int printf(char *format _string, args) - Scrive output formattato su
"stdout".
int putc(int c, FILE *file_pointer) - Scrive un carattere in una "stream".
int putchar(int c) - Scrive un carattere su "stdout".
int puts(char *string) - Scrive una stringa su "stdout".
void rewind(FILE *file_pointer) - Esegue il rewind di un file.
int scanf(char *format_string, args) - Legge input formattato da "stdin".
void setbuf(FILE *file_pointer, char *buffer) - Costruisce un nuovo buffer
per la stream.
int setvbuf(FILE *file_pointer, char *buffer, int buf_type, size_t buf size)
- Costruisce un nuovo buffer e controlla il livello di bufferizzazione
in una stream.
int sprintf(char *string, char *format_string, args) - Scrive output
formattato su una "string".
int sscanf(char *buffer, char *format_string, args) - Legge input formattato
da una "string".
FILE *tmpfile(void) - Apre un file temporaneo.
char *tmpnam(char *file_name) - Ottiene un file name temporaneo.
int ungetc(int c, FILE *file_pointer) - Respinge un carattere nel buffer
della "stream".
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20.06.02. I/O di basso livello
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#include <stdio.h> e possono essere necessari anche alcuni dei seguenti:
#include <stdarg.h>, #include <sys/types.h>,
#include <sys/stat.h>, #include <fcntl.h>.
int close (int handle) - Chiude un file aperto per I/O non bufferizzato.
int creat(char *filename, int pmode ) - Crea un nuovo file con il settaggio
dei permessi come specificato.
int eof (int handle) - Controlla l'end-of-file.
long lseek(int handle, long offset, int origin) - Va ad una specifica
posizione in un file.
int open(char *filename, int oflag, unsigned pmode) - Apre un file per I/O
di basso livello.
int read(int handle, char *buffer, unsigned length) - Legge dati binari da
un file ad un buffer.
int Write(int handle, char *buffer, unsigned count ) - Scrive dati binari da
un buffer ad un file.
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20.07. Matematica
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#include <math.h>
int abs (int n) - Get absolute value of an integer.
double acos(double x) - Compute arc cosine of x.
double asin(double x) - Compute arc sine of x.
double atan(double x) - Compute arc tangent of x.
double atan2(double y, double x) - Compute arc tangent of y/x.
double ceil(double x) - Get smallest integral value that exceeds x.
double cos(double x) - Compute cosine of angle in radians.
double cosh(double x) - Compute the hyperbolic cosine of x.
div_t div(int number, int denom) - Divide one integer by another.
double exp(double x - Compute exponential of x.
double fabs (double x ) - Compute absolute value of x.
double floor(double x) - Get largest integral value less than x.
double fmod(double x, double y) - Divide x by y with integral quotient
and return remainder.
double frexp(double x, int *expptr) - Breaks down x into mantissa and
exponent of no.
labs(long n) - Find absolute value of long integer n.
double ldexp(double x, int exp) - Reconstructs x out of mantissa and
exponent of two.
ldiv_t ldiv(long number, long denom) - Divide one long integer by another.
double log(double x) - Compute log(x).
double log10 (double x ) - Compute log to the base 10 of x.
double modf(double x, double *intptr) - Breaks x into fractional and integer
parts.
double pow (double x, double y) - Compute x raised to the power y.
int rand (void) - Get a random integer between 0 and 32.
int random(int max_num) - Get a random integer between 0 and max_num.
void randomize(void) - Set a random seed for the random number generator.
double sin(double x) - Compute sine of angle in radians.
double sinh(double x) - Compute the hyperbolic sine of x.
double sqrt(double x) - Compute the square root of x.
void srand(unsigned seed) - Set a new seed for the random number generator
(rand).
double tan(double x) - Compute tangent of angle in radians.
double tanh(double x) - Compute the hyperbolic tangent of x.
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20.08. Allocazione di memoria
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#include <malloc.h>
void *calloc(size_t num elems, size_t elem_size) - Alloca un vettore ed
inizializza tutti gli elementi a zero.
void free(void *mem address) - Libera un blocco di memoria.
void *malloc(size_t num bytes) - Alloca un blocco di memoria.
void *realloc(void *mem address, size_t new size) - Alloca nuovamente
(aggiustando la dimensione) un blocco di memoria.
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20.09. Controllo dei processi
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#include <stdlib.h>
void abort(void) - Interrompe l'esecuzione di un processo.
int execl(char *path, char *argO, char *arg1,..., NULL) - Lancia un processo
figlio (passaggio della linea di comando).
int execlp(char *path, char *argO, char *arg1,..., NULL) - Lancia un
processo figlio (utilizzando PATH, passaggio della linea di comando).
int execv(char *path, char *argv[]) - Lancio di un processo figlio
(passaggio del vettore argument).
int execvp(char *path, char *argv[]) - Lancio di un processo figlio
(utilizzando PATH, passaggio del vettore argument).
void exit(int status) - Termina un processo dopo aver svuotato tutti i
buffers.
char *getenv(char *varname) - Ottiene la definizione di una variabile di
environment.
void perror(char *string) - Stampa il messaggio di errore corrispondente
all'ultimo errore di sistema.
int putenv(char *envstring) - Inserisce una nuova definizione nella
environment table.
int raise(int signum) - Genera un segnale C (exception).
void (*signat(int signum, void(*func)(int signum [, int subcode])))
(int signum) - Stabilisce un signal handler per il numero signal
"signum".
int system(char *string) - Esegue un comando UNIX (o comunque del sistema
operativo residente).
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20.10. Ricerca e ordinamento
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#include <stdlib.h>
void *bsearch(void *key, void *base, size_t num, size_t width,
int (*compare)(void *elem1, void *elem2)) - Esegue una ricerca binaria.
void qsort(void *base, size_t num, size_t width, int (*compare)
(void *elem1, void *elem2)) - Utilizza l'algoritmo di ordinamento
veloce per ordinare un vettore.
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20.11. Manipolazione di stringhe
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#include <string.h>
char *stpcpy (char *dest, char *src) - Copia una stringa in un'altra.
int strcmp(char *string1, char *string2) - Confronta string1 e string2 per
determinare l'ordine alfabetico.
char *strcpy(char *string1, char *string2) - Copia string2 in stringl.
char *strerror(int errnum) - Ottiene il messaggio di errore corrispondente
al numero di errore specificato.
int strlen(char *string) - Determina la lunghezza di una stringa.
char *strncat(char *string1, char *string2, size_t n) - Aggiunge "n"
caratteri di string2 in string1.
int strncmp(char *string1, char *string2, size_t n) - Confronta i primi "n"
caratteri di due stringhe.
char *strncpy(char *string1, char *string2, size_t n) - Copia i primi "n"
caratteri di string2 in string1.
char *strnset(char *string, int c, size_t n) - Setta i primi "n" caratteri
di string a "c".
char *strrchr(char *string, int c) - Cerca l'ultima occorrenza del carattere
"c" in string.
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20.12. Time
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#include <time.h>
char *asctime (struct tm *time) - Converte time da "struct tm" a stringa.
clock_t clock(void) - Ottiene l'elapsed processor time in clock ticks.
char *ctime(time_t *time) - Converte il binary time in una stringa.
double difftime(time_t time2, time_t time1) - Calcola la differenza in
secondi tra due orari.
struct_tm *gmtime (time_t *time) - Ottiene il Greenwich Mean Time (GMT) in
una "tm structure".
struct tm *localtime(time_t *time) - Ottiene l'orario locale in una
"tm structure".
time_t time(time_t *timeptr) - Ottiene l'orario corrente come secondi
trascorsi dall'ora 0 GMT 1/1/70.
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by Fiorella Sartori
CISCA - Presidio Informatico Telematico Multimediale
della Facolta' di Scienze MM.FF.NN.
Universita' degli Studi di Trento
Indirizzare eventuali consigli o suggerimenti all'indirizzo e-mail
fiorella@science.unitn.it
La versione ipertestuale di questo documento e' presente all'indirizzo
http://alpha.science.unitn.it/~fiorella/guidac/indexc.html
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Ultimo aggiornamento: 17.11.97
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