21

Методические указания к лабораторной работе № 4 по курсу

ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

ГУИМЦ

"Строки и указатели в СИ"

( 6 часов)

Москва, МГТУ, СУЦ - 2014 год

_____________________________________________________________________________________________

СОДЕРЖАНИЕ

1. Цель лабораторной работы № 4 по дисциплине ОП(Основы программирования) - СУЦ 4

2. Порядок выполнения лабораторной работы 4

3. Основные понятия 4

3.1. Строки в СИ 4

3.2. Описание строк и инициализация строк 4

3.3. Основные операции со строками 5

3.4. Ввод и вывод строк 6

3.5. Манипуляция со строками и в строке 7

3.6. Преобразование к нижнему или верхнему регистру 8

3.7. Дублирование динамических строк 8

3.8. Выделение подстрок на множестве разделителей 9

3.9. Преобразование данных в строку и обратно 9

3.10. Сортировка срок 10

3.11. Динамические строки 11

3.12. Библиотеки функций и классы для строк 12

4. Примеры программы с использованием строк 12

4.1. Примеры, описанные в теоретической части ЛР 13

4.2. Пример на выделение подстроки 13

4.3. Обмен строк одинакового размера 13

4.4. Поиск символа в строке 14

4.5. Замена символов в строке 14

4.6. Поиск вхождения подстроки в строке 14

4.7. Формирование действительного числа с точкой и знаком 15

5. Контрольные задание ЛР №4. 16

5.1. Создание большой строки ФИО 16

5.2. Создание строки ФИО инициалами 16

5.3. Замена символов 16

5.4. Ввод и вывод массива 16

5.5. Изменение порядка символов в строке 16

5.6. Минимум и максимум в массиве строк 16

5.7. Динамические строки 16

6. Варианты заданий для студентов СУЦ. 16

7. Дополнительные требования для студентов СУЦ (д.т.). 17

7.1. Создание функции SubString 17

7.2. Создание функции SwapString для равных строк по длине 17

7.3. Сортировка массива строк 17

7.4. Замена подстроки в строке 18

7.5. Создание функции DSwapString для динамических строк. 18

7.6. Изучение библиотечных функций. 18

8. Демонстрация, защита ЛР и отчет по ЛР. 18

9. Контрольные вопросы по ЛР. 18

10. Литература. 19

1 Цель лабораторной работы № 4 по дисциплине ОП(Основы программирования) - СУЦ

Целью данной ЛР по дисциплине ОП является получение навыков работы с переменными типа строка на языке программирования СИ. Студенты используют консольные проекты и отлаживают программы в среде программирования MS VS 2005/2008/2010. Студенты знакомятся с основными строковыми операциями, преобразованиями строк, с библиотечными функциями для работы со строками, проверяют работу отлаженных примеров и делают контрольные задания. Они выполняют отладку программы по своему варианту и получают исполнимую программу, готовую к выполнению, оформляют отчет по ЛР и защищают его.

2 Порядок выполнения лабораторной работы

1. Познакомиться с методическими указаниями и основными понятиями данной ЛР

2. Проработать порядок выполнения работы.

3. Создать консольные проекты для проверки примеров и выполнения задания ЛР.

4. Проверить в данном проекте примеры из методических указаний, выполнив их в отладчике в пошаговом режиме.

5. Написать программу задания ЛР по варианту, выданному преподавателем и отладить ее.

6. Продемонстрировать работу программы преподавателю в режиме отладчика по шагам и изменяемыми переменными.

7. Подготовить отчет по шаблону.

8. Защитить ЛР с предоставлением отчета и ответами на контрольные вопросы.

9. Для продвинутых студентов выполнить задания для дополнительных ( необязательных) требований и также отобразить их в отчете по ЛР.

3 Основные понятия

В теоретической части описания лабораторной работы вводятся основные понятия и рассматриваются принципы для работы со строками на языке программирования СИ.

4 Строки в СИ

Тип данных строка является одним из самых важных в информационных технологиях. В переменных и массивах данного типа запоминаются данные, характерные для использования в базах данных (названия, фамилии, имена, даты и т.д.). В принципе, любые данные могут храниться в символьном формате, а затем перед использованием преобразовываться в нужный формат с помощью специальных функций языка. К сожалению, этот тип отсутствует в списке стандартных типов языка СИ. В развитии СИ++ такой тип реализован на основе классов и библиотек. Несмотря на это в базовом языке СИ предусмотрены многочисленные возможности, библиотеки и средства для работы со строками. Строка в языке СИ представляется символьным массивом (char).Предусмотрены возможности: копирования и слияния строк, их ввода и вывода, выделение части строки, поиск в строке и многие другие возможности. Рассмотрим их.

5 Описание строк и инициализация строк

Описание строки совпадает с описанием символьного массива. При этом допустимы все изученные вами ранее возможности использования и инициализации массивов. Например:

char Str1[10]; // Описана строка максимальной длинны 9 символов

Последним содержательным символом строки должен быть нулевой символ (отмечу не цифра ‘0’, а символ '\0'), поэтому максимальная длинна строки, которую можно разместить в данном массиве равна 9-ти. Одно место теряется. Строка с такими свойствами называется “нультерминайтед” (Null Terminated – завершенная нулем). Такое соглашение о конце строки позволяет работать со строками, не указывая явно ее длину. Во многих программах, системах для работы с данными (Базах Данных - БД) используются нультерминайтед строки. Поэтому используются и такие соглашения в СИ. Для заполнения массива символов (строки) можно использовать обычные операторы присваивания. Размер массивов в СИ фиксирован, поэтому максимальный размер должен быть определен заранее. Каждый элемент массива заполняется отдельно:

char Str1[20]; // Описана строка максимальной длинны 19 символов

Str1 [0] = 'П';

Str1 [1] = 'р';

Str1 [2] = 'и';

Str1 [3] = 'м';

Str1 [4] = 'е';

Str1 [5] = 'р';

Str1 [6] = '\0'; // Нулевой символ заносится в этом случае самостоятельно

Однако можно использовать конструкцию инициализации строки, использованную ниже. Отметим, что нулевой символ при такой инициализации заносится автоматически, нужно следить затем, чтобы длинна строки инициализации не превышала размер символьного массива:

char Str2[20] = "Пример строки RTL!!";

Когда исходный размер массива не так существенен, то можно не указывать первоначальный максимальный размер в квадратных скобках. В этом случае размер массива будет вычислен автоматически с учетом нулевого символа. В этом случае можно записать так:

char Str3[] = "Пример строки с размером в длинну строки инициализации!";//Подсчитайте сами (56)

Для заполнения строки можно использовать библиотечную функцию strcpy, которая входит в состав библиотеки RTL. Для этого нужно подключить заголовочный файл этой библиотеки:

#include <string.h>

…

char Str4[30];

strcpy(Str4, "Строка заносимая в программе!");

В данном случае нулевой символ в конце текста строки также будет занесен автоматически. Суммарная длинна строки, вместе с нулевым символом, не должна превышать размер символьного массива. Для надежного копирования в библиотеки есть и другие функции: strcpy_s и strncpy.

6 Основные операции со строками

В принципе со строками можно работать как с массивом символов. Однако в этом случае программирование будет очень трудоемким (Например, копирование можно сделать в цикде!). Функции копирования мы уже рассмотрели (strcpy, strcpy_s и strncpy), однако в библиотеке строк (string.h), поддерживается много других возможностей. Очень важен контроль размерности строки при различных операциях со строками, так как, традиционно, эти ошибки приводят к затираниям в оперативной памяти программы, а, следовательно, к непредсказуемым результатам и новым ошибкам. Найти такие ошибки чрезвычайно трудно. Библиотечные функции включают контроль и позволяют избежать ошибок затирания. Например, функция копирования строк может быть выполнена так:

#include <string.h>

…

char Str5[30];

strncpy(Str5, Str4 , 29); // Копироваться более 29 символов не будет!

Предусмотрена возможность динамического определения фактической длинны строки. Это распространенная функция strlen. Для определения размера массива используется другая возможность (sizeof), но число элементов в этом случае определяется с учетом типа массива. Примеры:

char Fam[14] ;

strcpy_s(Fam , "Петров");

printf ( "Строка Fam = %s имеет длину - %d \n", Fam , strlen (Fam));

strcpy_s(Fam , "Спиридонов");

printf ( "Строка Fam = %s имеет длину - %d \n", Fam , strlen (Fam));

printf ( "Максимальный размер Fam = %s равен - %d \n", Fam , sizeof (Fam)/sizeof (char) );

Результат выполнения данного фрагмента программы следующий:

Строка Fam = Петров имеет длину - 6

Строка Fam = Спиридонов имеет длину - 10

Максимальный размер Fam = Спиридонов равен - 14

Последний оператор печати вычисляет максимальный размер конкретного символьного массива (Fam) с учетом нулевого символа ( максимально возможная длинна строки равна 13). Данные функции strlen и макросы (!) sizeof (char) можно использовать и в функциях копирования строк (см. выше) и в функциях слияния строк (strcat и strncat). Функция strcat выполняет слияние двух строк. Рассмотрим пример.

char Person[30];

char Name1[20] = "Сергей";

char Fam1[20] = "Большаков";

// Копирование и слияние без контроля

strcpy(Person,Fam1);

strcat(Person, " "); // Нужно для пробела между фамилией и именем

strcat(Person, Name1);

printf ("Фамилия и имя = %s !\n", Person);

Результат получим такой:

Большаков Сергей !

Если предусмотреть контроль копирования и слияния строк, то программа будет выглядеть так (используем функцию strlen и макрос sizeof (char)):

strncpy(Person,Fam1, sizeof (Person)/sizeof (char) - 1);

// Следующее нужно для пробела между фамилией и именем

strncat(Person, " ", sizeof (Person)/sizeof (char) - strlen (Person) - 1);

// Допустимо только - sizeof (Person)/sizeof (char) - strlen (Person) - 1

strncat(Person, Name1 , sizeof (Person)/sizeof (char) - strlen (Person) - 1);

printf ("Фамилия и имя = %s !\n", Person);

Результат будет аналогичным, но в данном тексте исключается затирание оперативной памяти в программе, а, следовательно, и ошибки с ним связанные.

7 Ввод и вывод строк

Для ввода вывода в языке СИ используются специальные библиотеки. Особенностям ввода вывода будет посвящена отдельная лабораторная работа. Ввод данных в стандартном СИ предполагается с клавиатуры, а вывод на экран дисплея (консольный ввод/вывод). Возможен ввод/вывод с файловой системой, но мы будем этими технологиями заниматься в отдельной работе. Здесь же мы отметим, что предусмотрено три возможности выполнять ввод/вывод:

• Ввод/вывод верхнего уровня (Потоки, форматирование и буферизация);

• Ввод/вывод среднего уровня (Буферизация, минимальное форматирование);

• Ввод/вывод нижнего уровня (Буферизация и работа с байтами).

К функциям верхнего уровня относятся известные вам функции printf и scanf, которые для операций ввода вывода используют параметр форматирования “%s”. Кроме этого, для форматирования может указываться максимальная длинна ввода вывода “%.10s” (10 символов), минимальная длинна ввода вывода “%5s” (5 символов), совместное ограничение “%5.10s” и выравнивание влево “%-5.10s”. Примеры:

char Str10[ 20 ] = {"Пример"}; // строки!

printf("Строка -> '%s' \n", Str10);

printf("Строка -> '%10s' \n", Str10);

printf("Строка -> '%-10s' \n", Str10);

printf("Строка -> '%3.20s' \n", Str10);

printf("Строка -> '%-3.4s' \n", Str10);

Результат работы операторов вывода на экран будет следующий:

Строка -> 'Пример'

Строка -> ' Пример'

Строка -> 'Пример '

Строка -> 'Пример'

Строка -> 'Прим'

Для функции scanf также указывается формат вида - “%s” (без ограничения длинны вводимой строки ) и с ограничением в заданное число символов - “%5s”.

scanf ("%s" , Str10);

printf("Строка (scanf) -> '%s' \n", Str10);

scanf ("%5s" , Str10);

printf("Строка (scanf) -> '%s' \n", Str10);

Получим результат:

1234567890

Строка (scanf) -> '1234567890'

1234567890