Волжский университет имени В.Н.Татищева

Факультет “Информатика и телекоммуникации”

Кафедра “Информатика и системы управления”

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: “Системное программное обеспечение”

Тема:

«Стандартные библиотечные функции С++»

Содержание

Введение

1. Стандартные библиотеки языка Си

1.1 Файлы заголовков

1.2 О стандартных библиотеках

1.3 Стандарт ANSI C

2. Стандартные функции библиотеки math.h

3. Математические ошибки

4. Программная часть

4.1 Постановка задачи

4.2 Описание разработанной программы

5. Заключение

6. Список используемой литературы

Приложение 1

Приложение 2

Введение

C++ является языком "общения" человека с компьютером. Основным "читателем" текстов на языке C++ является транслятор, в обязанности которого входит проверка правильности текста программы и его последующий перевод на язык процессора.

Язык программирования позволяет описывать алгоритмы и данные. Однако его выразительные возможности не исчерпываются множеством содержательных алгоритмов и связанных с ними структур данных. Даже самые абсурдные с точки зрения программиста, реализующего сколько-нибудь значимый алгоритм, предложения языка остаются абсолютно правильными и корректными для транслятора. Примеры, основанные на содержательных алгоритмах, неизбежно оставляют за рамками изложения множества предложений, на которых, порой, и выявляются характерные черты языка.

C++ - это сложный, логически стройный и красивый язык. Его хорошее знание приводит к мастерскому владению этим языком. И здесь уже будет по силам решение любой задачи.

Программа - это последовательность инструкций, предназначенных для выполнения компьютером. В настоящее время программы оформляются в виде текста, который записывается в файлы. Этот текст является результатом деятельности программиста и, несмотря на специфику формального языка, остаётся программой для программиста.

Процесс создания программы предполагает несколько этапов. За этапом разработки проекта программы следует этап программирования. На этом этапе пишется программа. Программистами этот текст воспринимается легче двоичного кода, поскольку различные мнемонические сокращения и имена заключают дополнительную информацию.

Файл с исходным текстом программы обрабатывается транслятором, который осуществляет перевод программы с языка программирования в понятную машине последовательность кодов. Процесс трансляции разделяется на несколько этапов.

На первом этапе исходный текст подвергается лексической обработке. Программа разделяется на предложения, предложение делится на элементарные составляющие (лексемы). Каждая лексема распознаётся и преобразуется в соответствующее двоичное представление. Этот этап работы транслятора называют лексическим анализом.

Затем наступает этап синтаксического анализа. На этом этапе из лексем собираются выражения, а из выражений - операторы. В ходе трансляции последовательности терминальных символов преобразуются в нетерминалы. Невозможность достижения очередного нетерминала является признаком синтаксической ошибки в тексте исходной программы.

После синтаксического анализа наступает этап поэтапной генерации кода. На этом этапе происходит замена операторов языка высокого уровня инструкциями ассемблера, а затем последовательностями машинных команд.

Системы программирования, реализующие язык программирования C++, предусматривают стандартные приёмы и средства, которые делают процесс программирования более технологичным, а саму программу более лёгкой для восприятия.

Языки программирования предназначены для написания программ. Однако было бы странно писать всякий раз одни и те же программы или даже одни и те же подпрограммы (например, подпрограмму вывода информации на дисплей или на принтер - эта подпрограмма требуется практически в каждой программе).

К счастью, проблема многократного использования программного кода уже очень давно и успешно решена.

Практически каждая система, реализующая тот или иной язык программирования (транслятор, компоновщик и прочее программное окружение) имеет набор готовых к использованию фрагментов программного кода. Этот код может находиться в разной степени готовности. Это могут быть фрагменты текстов программ, но, как правило, это объектный код, располагаемый в особых файлах. Такие файлы называются библиотечными файлами.

Для использования библиотечного кода программисту бывает достаточно указать в программе требуемый файл и обеспечить вызов соответствующих функций. Для использования библиотечного кода бывает достаточно стандартного набора языковых средств. Решение всех остальных проблем транслятор и компоновщик берут на себя. Разумеется, программисту должно быть известно о существовании подобных библиотек и о содержании библиотечных файлов.

1. Стандартные библиотеки языка Си

1.1 Файлы заголовков

Использование текстовых файлов заголовков (header-файлов), которые вставляются в текст программы на языке Си с помощью директивы include препроцессора Си, является традиционной техникой программирования на языке Си, обеспечивающей синтаксическую правильность использования библиотечных функций (в том числе и системных вызовов) в прикладной программе. Ранее файлы заголовков, главным образом, содержали определения типов и символических констант (констант, которым сопоставлены имена посредством директивы define препроцессора Си), используемых в интерфейсах соответствующих библиотечных функций. Корректное применение файлов заголовков позволяло программистам не заботиться о правильности типов данных, используемых при обращении к библиотечным функциям и обработке их результатов.

Однако, традиционные файлы заголовков не гарантировали того, что набор параметров вызываемой библиотечной функции соответствовал ее интерфейсу, поскольку объявление функции, содержащее ее интерфейс, в файле компиляции отсутствовало. В лучшем случае ошибки такого рода устойчиво проявлялись во время выполнения программы, хотя далеко не всегда было просто понять их природу. В худшем случае ошибка возникала при переносе программы, поскольку одноименные библиотечные функции действительно обладали разными интерфейсами в разных средах, и в исходной операционной среде ошибки в параметрах не было.

Эту проблему удалось решить (хотя и не абсолютно) за счет введения в язык Си понятия прототипа функции. Грубо говоря, прототип функции – это часть ее объявления, содержащая только интерфейс (без тела функции). Наличие прототипа любой функции допускается в любом файле компиляции, даже не обязательно содержащем вызов этой функции. Однако, если вызов функции содержится в файле компиляции, то набор параметров вызова должен точно соответствовать интерфейсу вызываемой функции, определенному в ее прототипе.

Дальнейший ход рассуждений очевиден. Для группы родственных библиотечных функций делается общий файл заголовков, содержащий необходимые определения типов данных и символических констант, а также набор прототипов этих библиотечных функций. После включения в файл компиляции такого файла заголовков на стадии компиляции будут обнаружены все синтаксические ошибки обращения к библиотечным функциям. Однако это решение не абсолютно. Это действительно так, поскольку в принципе никто не может заставить программиста на языке Си включать в текст программы все требуемые файлы заголовков. Пусть этот вопрос решает каждый программист в отдельности.

Последнее замечание относительно файлов заголовков. В последнее время они содержат большое количество операторов условной компиляции, относящихся большей частью к определению символических констант. Дело в том, что в зависимости от версии операционной системы значения констант, используемых с одним и тем же смыслом, часто меняются. Конечно, прикладная программа не должна зависеть от таких изменений. Наличие операторов условной компиляции внутри файла заголовков разрешает эту проблему.

1.2 О стандартных библиотеках

С++ и его стандартные библиотеки спроектированы так, чтобы обеспечивать переносимость. Имеющаяся на текущий момент реализация языка будет идти в большинстве систем, поддерживающих C. Из С++ программ можно использовать C библиотеки, и с С++ можно использовать большую часть инструментальных средств, поддерживающих программирование на C.

В языке Си стандартная библиотека более сильно интегрирована с языком по сравнению с другими языками программирования высокого уровня. Без использования функций стандартной библиотеки не может быть написана ни одна серьезная программа на языке Си, в частности потому, что в самом языке нет никаких средств ввода/вывода информации.

Стандартную библиотеку функций языка Си можно разделить на две категории: функции, которые имеются в библиотеке любой системы программирования языка Си для различных операционных систем и различных архитектур компьютеров, и функции, которые являются уникальными в рамках какой-либо системы программирования или обеспечивают доступ к специфическим возможностям конкретной операционной системы, или связаны с конкретной архитектурой компьютера.

Функции первой категории образуют переносимое ядро библиотеки; программы, в которых используются только такие библиотечные функции, могут быть перенесены в другую систему программирования, другую операционную систему или на другой тип архитектуры компьютера с наименьшими затратами. Плата за универсальность — невозможность воспользоваться специфическими средствами, предоставляемыми конкретной вычислительной средой.

Функции второй категории предоставляют возможность получить доступ к функциям ядра данной операционной системы к внутренним структурам данной операционной системы, к регистрам используемых аппаратных устройств. Кроме того, ко второй категории относятся функции, которые добавлены в библиотеку, исходя из личных предпочтений разработчиков конкретной системы программирования — как им видится удобный набор средств для разработки различных алгоритмов — сравните, например, функции memset и setmem.

Со времени принятия стандарта языка Си, что окончательно произошло в 1989 году, в системах программирования Си такие необоснованные расширения библиотек практически исчезли, но в ранних версиях языка подобный разнобой был очень велик. К сожалению, наборы функций второй категории не согласованы даже для различных систем программирования в рамках одной операционной системы на одном типе архитектур компьютеров. Это четко прослеживается на примере систем программирования Turbo C от Borland и Microsoft C: библиотечные функции, обеспечивающие интерфейс для вызова одной и той же функции операционной системы, могут иметь не только разные параметры, но и разные названия.

Эти несогласованности объяснялись, с одной стороны, коммерческими соображениями стремлением удержать под контролем рынок программного обеспечения, чтобы пользователи, начавшие программировать с использованием одной системы программирования, покупали затем более новые программные продукты той же фирмы, а с другой стороны, поздним появлением стандарта на язык и на его библиотеки и независимые эволюции от версии к версии каждой системы программирования [3]. (Напомним, что стандарт языка был принят примерно через пятнадцать лет после его появления и через десять лет после того, как его уже начали активно использовать) При этом, надо отметить, происходило постепенное сближение различных систем программирования по мере того, как каждая из них заимствовала наиболее ценные идеи у конкурентов. Так, различия между библиотеками последних систем программирования Turbo C и Microsoft C практически отсутствуют.

1.3 Стандарт ANSI C

Здесь содержатся нестрогие выдержки из стандарта ISO/IEC 9899:1993 — Programming language C, касающиеся некоторых соглашений о стандартных библиотеках.

1. Каждая функция описывается в библиотеке, где содержатся прототипы (описания) нескольких схожих функций (например, функции ввода/вывода) и, при необходимости, требуемые структуры данных и макроопределения. Библиотека подключается путем указания директивы препроцессора #include за которым следует заголовок библиотеки;

2. Стандартными заголовками являются: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ;

3. Все стандартные баблиотеки могут включаться в программу в любом месте, предусмотренном синтаксисом языка, кроме библиотеки (результат зависит от значения переменной NDEBUG). Это не оказывает никакого влияния на эффективность программы. Однако корректное выполнение любой функции, может быть произведено, только если библиотека, ее описывающая, будет включена в программу раньше вызова этой функции;

4. Программа не может содержать переменных, имена которых лексически полностью совпадают с макроопределениями в какой - либо подключенной библиотеки. В противном случае, препроцессор в программе заменит имена макросов на вновь определенные, а не на библиотечные выражения;

5. Библиотеки не должны включать определения локальных переменных без указания external (external linkage).

2. Стандартные функции библиотеки math.h

Имя функции: ACOS

#include

double acos(x);

double x;

Описание: Функция acos возврaщaет арккосинус x в интервале от 0 до n. Значение x должно быть между -1 и 1.

Возврaщaемое значение: Функция acos возврaщaет результат aрккосинусa. Если x меньше -1 или больше 1, acos устaнaвливaет errno в EDOM, печaтaет сообщение об ошибке DOMAIN в stderr и возврaщaет 0.