Лекция 2. Организация данных¶

Виртуальная машина¶

Виртуальная Машина (ВМ) представляет собой программную модель некоего идеализированного компьютера, архитектура которого адекватна соответствующему языку программирования.

Для понимания работы программы необходимо разобраться в устройстве такого идеализированного компьютера.

Необходимо разработать модель памяти ВМ.

Модель памяти¶

• память не может быть пуста;
• деление памяти на области (ячейки) условно;
• в зависимости от способа представления могут быть разные значения.

Типы распределения памяти¶

Классификация памяти¶

• Статическая (глобальные объекты, статические переменные):

  • выделяется на этапе построения (build-time);
  • размер фиксирован и ограничен;
  • размер не может быть изменен во время выполнения;
  • обнуляется.

• Динамическая (“куча”, heap):

  • выделяется во время выполнения (run-time);
  • размер может меняться.

• Стековая (локальные объекты, параметры функций, возвращаемые значения ):

  • содержит произвольные значения;
  • может быть “коррумпирована” (повреждена);
  • время жизни ограничено.

Объявление переменных¶

• sc-specifier - спецификатор класса памяти (static, extern, auto, register).
• const - фиксатор.
• type-specifier - спецификатор типа.
• declarator - имя переменной (идентификатор).
• value - начальное значение переменной (инициализация).

char ch;
int value;
unsigned long x,y,z;

Объявление переменных и их размещение¶

/* объявление файловых переменных
   размещение - в статической области */
char ch;
float fVal;

int main()
{
   /* объявление локальных (автоматических) переменных
      размещение в стеке */
   int iVal;
   double dVal;
   ...
   return 0;
}

Константы и переменные¶

• Константы заносятся в программу в build-time.
• Переменные, объявленные с инициализацией, получают значение в run-time.
• Ключевое слово const выполняет фиксацию: запрет менять значение объекта.

int   val=0;
float val1=0.23, val2=0.9;

const char a='\n';
const int b=0,c=1;
const double d=2.121;

Атрибуты переменной¶

Пусть объявлена переменная

double val=4.567;

&val

sizeof(val)

val

Объявление массивов¶

• declarator - имя массива (идентификатор).
• number - количество элементов.
• v1,v2,... - значения при инициализации.

int arr[7];

• \(A_1=A_0+1*sizeof(int)\) \(A_0=&arr[0]=arr\)
• \(A_2=A_0+2*sizeof(int)\) \(A_1=&arr[1]\)
• \(A_n=A_0+n*sizeof(int)\) \(A_n=&arr[n]\)

\[\begin{split}A_0=& arr[0]=arr\end{split}\]

\[\begin{split}A_1=& arr[1]\end{split}\]

\[\begin{split}A_n=& arr[n]\end{split}\]

\[A_1=A_0+1*sizeof(int)\]

\[A_2=A_0+2*sizeof(int)\]

\[A_n=A_0+n*sizeof(int)\]

Инициализация массивов¶

int arr[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};

int arr[10]={0,1,2};

Многомерные массивы¶

int arr[5][2]={{1,2},{3,4},{5,6},{7,8},{9,10}};

Представление текста¶

Основной способ представления текста - строка символов. Каждый символ представлен в памяти целым числом. В настоящее время широко распространен ASCII-код, в котором символ кодируется однобайтным значением.

Набирает популярность другой способ кодирования - Unicode, в котором с каждым символом ассоциируется двухбайтное значение.

По рзелульаттам илссеовадний одонго анлигйсокго унвиертисета, не иеемт занчнеия, вкокам пряокде рсапожолена бкувы в солве. Галвоне, чотбы преавя и пслоендяя бквуы блыи на мсете. Осатьлыне бкувы мгоут селдовтаь в плоонм бсепордяке, все-рвано ткест чтаитсея без побрелм. Пичрионй эгото ялвятеся то, что мы не чиатем кдаужю бкуву по отдльенотси, а все солво цликеом.

ASCII¶

Символьный тип¶

Тип char используется для хранения кода символа в диапазоне от 0 до 255

Существует два способа задать символ:

1. числовой константой char ch=33;
2. символьной константой char ch=’!’;

Оба способа РАВНОЗНАЧНЫ, но второй более НАГЛЯДЕН!

Специальные символы¶

Строки¶

Строка - это массив символов, завершающийся \(\0\) (код - 0)

char greet[6]={'H','E','L','L','O','\0'};
char greet[6]="HELLO";
char greet[9]="HELLO";

Устройства ввода/вывода¶

1. В языке С нет встроенных средств ввода/ вывода.
2. Ввод/вывод осуществляется через функции стандартных библиотек.
3. Стандартное устройство вывода - терминал.
4. Стандартное устройство ввода - клавиатура.

Терминал¶

Потоки ввода/вывода¶

В языке Си с каждым устройством ассоциируется поток ввода/вывода:

• stdin - стандартный поток ввода (клавиатура)
• stdout - стандартный поток вывода (терминал)
• stdprn - стандартный поток печати (принтер)
• stderr - стандартный поток ошибок (терминал)

Доступ к потокам унифицирован.

Функции потокового ввода/вывода¶

Функции вывода

• fprintf(поток,шаблон,данные) - форматированный вывод
• fputs(строка,поток) - строковый вывод
• fputс(символ,поток) - символьный вывод

Функции ввода

• fscanf(поток,шаблон,адреса) - форматированный ввод
• fgets(адрес,размер,поток) - строковый ввод
• fgetс(поток) - символьный ввод

Функции стандартного ввода/вывода¶

Функции вывода

• printf(шаблон,данные) - форматированный вывод
• puts(строка) - строковый вывод
• putсhar(символ) - символьный вывод

Функции ввода

• scanf(шаблон,адреса) - форматированный ввод
• gets(адрес) - строковый ввод
• getсhar() - символьный ввод

Степени двойки¶

Быстрая оценка больших чисел¶

\(2^{24} = 2^{10} \times 2^{10} \times 2^4 \approx 1000 \times 1000 \times 16 = 16\) млн.

(ошибка 4.6%)

\(2^{32} = 2^{10} \times 2^{10} \times 2^{10} \times 2^2 \approx 1000 \times 1000 \times 1000 \times 4 = 4\) млрд.

(ошибка 6.9%)

Перевод из двоичной в десятичную¶

Имеем двоичное число

\(n_{2}=00101001\) .

\(o=2, m=8\)

Ему соответствует десятичное

\(n_{10}=0*(2)^7+0*(2)^6+1*(2)^5+0*(2)^4+1*(2)^3+0*(2)^2+0*(2)^1+1*(2)^0=32+8+1=41\)

Перевод из десятичной в двоичную¶

Пусть дано

\(n_{10}=57\)

1. Разделить 57 на 2: 28 - 1 (с остатком)
2. Разделить 28 на 2: 14 - 0 (без остатка)
3. Разделить 14 на 2: 7 - 0 (без остатка)
4. Разделить 7 на 2: 3 - 1 (с остатком)
5. Разделить 3 на 2: 1 - 1 (с остатком)
6. Разделить 1 на 2: 0 - 1 (с остатком)

Пишем значения разрядов в обратном порядке.

В результате получаем

\(n_2=111001\) .

Оболочка времени выполнения¶

• После запуска на выполнение программа обладает оболочкой, которая обеспечивает ее run-time ресурсами.
• Run-time ресурсы времени выполнения программы: процессорное время, память, дескрипторы файлов и системных устройств.
• Во время выполнения программа использует как build-time ресурсы, так и run-time ресурсы.

Инициализация массивов (С99)¶

Стандарт C99 предоставляет возможность использовать обозначенные инициализаторы.

int arr[6]={[5]=333}; // остальные равны 0