Diferență între revizuiri ale paginii „PC Laborator 3”

De la WikiLabs
Jump to navigationJump to search
Linia 1: Linia 1:
== Obiective ==
+
= Obiective =
  
 +
În urma parcurgerii acestui laborator studentul va fi capabil:
 +
* să utilizeze stream-urile standard ale unui proces în Linux și în programe C;
 +
* să utilizeze funcționalitatea de bază a unui sistem de revision control - Git.
 +
* să înțeleagă funcționalitatea preprocesorului și să folosească directive de preprocesare;
  
Familiarizarea cu noțiunile de bază ale limbajului C: tipuri de date, operatori, dar și folosirea corectă a acestora.
+
= [https://en.wikipedia.org/wiki/Standard_streams Stream-urile standard] ale unui proces =
  
== Tipuri de date ==
+
[[Fișier:standard_streams.png]]
  
Tipurile de date fundamentale ale limbajului C sunt: caractere (char), întregi (int), numere reale
+
După cum se poate observa în schema de mai sus, un proces care rulează într-un sistem de operare dispune de trei stream-uri de intrare ieșire implicite:
reprezentate în virgulă mobilă cu simplă precizie (float), numere reale reprezentate în virgulă mobilă
+
* Stream-ul standard de intrare ('''stdin''') - este utilizat pentru a introduce date în proces și este implicit atașat tastaturii;
cu dublă precizie (double) şi fără valoare (void).
+
* Stream-ul standard de ieșire ('''stdout''') - este utilizat pentru a extrage rezultate ale execuției procesului și este implicit atașat consolei;
 +
* Stream-ul standard de eroare ('''stderr''') - este tradițional utilizat pentru a extrage informații legate de erorile apărute în execuția procesului și este implicit atașat consolei;
 +
 
 +
Se observă că ambele stream-uri de ieșire sunt implicit trimise către consolă, unde utilizatorul procesului le poate vedea. Motivul pentru care sunt două este acela că aceste stream-uri pot fi redirectate către alte procese sau către fișiere, astfel se poate face o separare simplă și rapidă a mesajelor de eroare, în scopul depanării programului.
 +
 
 +
Toate aceste stream-uri sunt formatate pe octet (byte). În cele mai multe din cazuri, acești bytes reprezintă caractere codate [https://en.wikipedia.org/wiki/ASCII ASCII].
 +
 
 +
== Scrierea pe '''stdout''' ==
 +
 
 +
Pentru a scrie pe stream-ul standard de ieșire se folosește generic funcția <code style="color: green">fprintf</code>:
 +
 
 +
Funcția <code style="color: green">fprintf</code> este definită în header-ul <code style="color: blue">stdio.h</code> (standard input/output) și este implimentată în biblioteca standard a limbajului C. Pentru scrierea pe stream-ul standard de ieșire, se folosește în felul următor:
 +
 
 +
<syntaxhighlight lang="C">
 +
fprintf(stdout, "[format]", val1, val2, ...);
 +
</syntaxhighlight>
 +
 
 +
 
 +
<div class="sfat">'''<font color="blue">Observație:</font>''' Deoarece scrierea pe stream-ul standard de ieșire este atât de utilizată, s-a creat o funcție specială pentru aceasta, numită <code style="color: green">printf</code>:
 +
<syntaxhighlight lang="C">
 +
printf("[format]", val1, val2, ...);
 +
</syntaxhighlight>
 +
</div>
 +
 
 +
Formatul reprezintă modelul de date pe care îl dorim afișat în consolă.
 +
 
 +
Specificatorul de format pentru <code style="color: green">fprintf</code>, respectiv <code style="color: green">printf</code> urmează următorul prototip:
 +
 
 +
%[flags][width][.precision][length]specifier
 +
 
 +
unde caracterul ''specifier'' de la sfârșit este componenta cea mai importantă deoarece definește ce caractere sunt extrase din stream, interpretarea lor, și tipul de date corect al argumentului corespunzător:
 +
 
 +
{| class="wikitable"
 +
! ''specifier'' !! Afișare !! Exemplu
 +
|-
 +
|i, d || întreg decimal cu semn || -694
 +
|-
 +
|u || întreg decimal fără semn || 1659
 +
|-
 +
|o || întreg în baza 8 || 254
 +
|-
 +
|x || întreg în baza 16 (litere mici) || 1af43
 +
|-
 +
|X || întreg în baza 16 (litere mari) || 1AF43
 +
|-
 +
|f || număr în virgulă mobilă || 23.65
 +
|-
 +
|e || număr în virgulă mobilă, notație științifică (mantisa - exponent), litere mici || 3.9265e+2
 +
|-
 +
|E || număr în virgulă mobilă, notație științifică (mantisa - exponent), litere mari || 3.9265E+2
 +
|-
 +
|g || număr în virgulă mobilă, cea mai scurtă reprezentare (%f sau %e) || 23.65
 +
|-
 +
|G || număr în virgulă mobilă, cea mai scurtă reprezentare (%F sau %E) || 23.65
 +
|-
 +
|a || număr în virgulă mobilă în baza 16, litere mici || -0xc.90fep-2
 +
|-
 +
|A || număr în virgulă mobilă în baza 16, litere mari || -0xc.90FEP-2
 +
|-
 +
|c || caracter || a
 +
|-
 +
|s || șir de caracere || castravete
 +
|-
 +
|p || adresă în memorie (pointer) || 00000000b8000000
 +
|-
 +
|n || nu se printează nimic || numărul de caractere citit până în momentul curent este stocat în variabila specificată
 +
|-
 +
|% || % ||Un caracter % urmat de alt caracter % afișează un singur %.
 +
|}
 +
 
 +
Specificatorul de format poate conține și sub-specificatori: ''flags'', ''width'', ''.precision'' și ''modifiers'' (în această ordine), care sunt opționale și respectă următoarele reguli:
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
! colspan="3" | Tipuri fundamentale
+
! ''flag'' !! Descriere
 +
|-
 +
| - || Aliniere la stânga cu dimensiunea dată de câmpul ''width'' (implicit aliniera este la dreapta). Vezi descrierea lui ''width''.
 +
|-
 +
| + || Forțează printarea unui semn (+ sau -), chiar și pentru valori pozitive (implicit se afișează semnul doar pentru numere negative).
 
|-
 
|-
| style="text-align: center;" |Tip
+
| (spațiu) || Dacă semnul nu se afișează, în locul lui se inserează un spațiu.
| style="text-align: center;" |Numar de biti
 
| style="text-align: center;" |Domeniu
 
 
|-
 
|-
| char
+
| # || Folosit cu o, x, sau X, printează 0, 0x sau respectiv 0X în fața valorii, pentru numere diferite de 0. Folosit cu a, A, e, E, f, g sau G, forțează printarea punctului decimal, chiar dacă după el nu mai urmează alte cifre. Implicit, dacă după punct nu mai urmează alte cifre (numărul este întreg), punctul nu se mai afișează.
| style="text-align: center;" | 8
 
| style="text-align: center;" | -127 ... 128
 
 
|-
 
|-
| int
+
| 0 || Când se specifică o dimensiune (''width''), numărul se completează la stânga cu 0 în loc de spațiu. Vezi descrierea lui ''width''.
| style="text-align: center" | 16
+
|}
| style="text-align: center;" | -32,768 ... 32,767
+
 
 +
{| class="wikitable"
 +
! ''width'' !! Descriere
 
|-
 
|-
| float
+
| (număr) || Numărul minim de caractere care trebuie scrise. Dacă lungimea numărului este mai mică decât această valoare, el este completat cu spații. Dacă lungimea este mai mare, numărul este afișat în întregime.
| style="text-align: center;" | 32
 
| style="text-align: center;" | Precizie 6 zecimale
 
 
|-
 
|-
| double
+
| * || Valoarea ''width'' nu este specificată în string-ul ''format'', ci într-un argument suplimentar al funcției, care precede argumentul ce trebuie formatat.
| style="text-align: center;" | 64
 
| style="text-align: center;" | Precizie 10 zecimale
 
 
|}
 
|}
  
Tipurile fundamentale pot fi precedate de diferiţi modificatori. Un '''modificator''' se utilizează pentru a adapta cât mai convenabil tipul de bază la situație.
+
{| class="wikitable"
 +
! ''.precision'' !! Descriere
 +
|-
 +
| (număr) || Pentru valori întregi (d, i, o, u, x, X), ''precision'' specifică numărul minim de cifre care trebuie afișate. Dacă numărul ce trebuie afișat este mai scurt decât această valoare, rezultatul este completat la stânga cu cifra 0. Dacă numărul este mai lung, el este afișat în întregime. O precizie 0 înseamnă că pentru valoarea 0 nu se va afișa nimic. Pentru specificatorii a, A, e, E, f și F, aceasta este numărul de cifre ce a fi afișat după punct (implicit valoarea aceasta este 6). Pentru specificatorii g și G, acesta este numărul maxim de cifre semnificative ce trebuie afișat. Pentru s, acesta este numărul maxim de caractere ce trebuie afișat. Implicit toate caracterele sunt afișate, până la întâlnirea unui terminator de string. Dacă punctul este scris fără o valoare pentru precizie, aceasta se consideră implicit 0.
 +
|-
 +
| * || Valoarea ''precision'' nu este specificată în string-ul ''format'', ci într-un argument suplimentar al funcției, care precede argumentul ce trebuie formatat.
 +
|}
 +
 
 +
Specificatorul ''length'' modifică dimensunea tipului de date. Tabelul următor arată tipurile folosite pentru a interpreta argumentele corespunzătoare, cu și fără specificatorul ''length'' (dacă un alt tip este folosit, se realizează promovarea sau conversia tipului, dacă este posibil):
 +
<table class="wikitable">
 +
<tr><th></th><th colspan="7">specifiers</th></tr>
 +
<tr><th><i>length</i></th><th><tt>d i</tt></th><th><tt>u o x X</tt></th><th><tt>f F e E g G a A</tt></th><th><tt>c</tt></th><th><tt>s</tt></th><th><tt>p</tt></th><th><tt>n</tt></th></tr>
 +
<tr><td><i>(none)</i></td><td class="yes"><tt>int</tt></td><td class="yes"><tt>unsigned int</tt></td><td class="yes"><tt>double</tt></td><td class="yes"><tt>int</tt></td><td class="yes"><tt>char*</tt></td><td class="yes"><tt>void*</tt></td><td class="yes"><tt>int*</tt></td></tr>
 +
<tr style="background-color: yellow;"><td><tt>hh</tt></td><td class="yes"><tt>signed char</tt></td><td class="yes"><tt>unsigned char</tt></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="yes"><tt>signed char*</tt></td></tr>
 +
<tr><td><tt>h</tt></td><td class="yes"><tt>short int</tt></td><td class="yes"><tt>unsigned short int</tt></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="yes"><tt>short int*</tt></td></tr>
 +
<tr><td><tt>l</tt></td><td class="yes"><tt>long int</tt></td><td class="yes"><tt>unsigned long int</tt></td><td class="no"></td><td class="yes"><tt>wint_t</tt></td><td class="yes"><tt>wchar_t*</tt></td><td class="no"></td><td class="yes"><tt>long int*</tt></td></tr>
 +
<tr style="background-color: yellow;"><td><tt>ll</tt></td><td class="yes"><tt>long long int</tt></td><td class="yes"><tt>unsigned long long int</tt></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="yes"><tt>long long int*</tt></td></tr>
 +
<tr style="background-color: yellow;"><td><tt>j</tt></td><td class="yes"><tt>intmax_t</tt></td><td class="yes"><tt>uintmax_t</tt></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="yes"><tt>intmax_t*</tt></td></tr>
 +
<tr style="background-color: yellow;"><td><tt>z</tt></td><td class="yes"><tt>size_t</tt></td><td class="yes"><tt>size_t</tt></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="yes"><tt>size_t*</tt></td></tr>
 +
<tr style="background-color: yellow;"><td><tt>t</tt></td><td class="yes"><tt>ptrdiff_t</tt></td><td class="yes"><tt>ptrdiff_t</tt></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="yes"><tt>ptrdiff_t*</tt></td></tr>
 +
<tr><td><tt>L</tt></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="yes"><tt>long double</tt></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td><td class="no"></td></tr>
 +
</table>
 +
 
 +
<div class="sfat">'''<font color="blue">Observație:</font>''' Tabelele de mai sus pot fi înțelese abia după parcurgerea cursurilor și laboratoarelor legate de tipuri și dimensiuni de date. Ele vor fi folosite pe parcursul cursului drept referință și nu trebuie memorate.</div>
 +
 
 +
<div class="sfat">'''<font color="blue">Observație:</font>''' Rândurile marcate cu galben au fost introduse în standardul C99.</div>
 +
 
 +
== Scrierea pe '''stderr''' ==
 +
 
 +
Scrierea pe stream-ul standard de eroare se face identic cu scrierea pe '''stdout''', specificând numele streamului ca prim argument al funcției <code style="color: green">fprintf</code>:
  
=== Tipuri reale(float,double) și virgulă mobilă ===
+
<syntaxhighlight lang="C">
 +
fprintf(stderr, "[format]", val1, val2, ...);
 +
</syntaxhighlight>
  
<div class="regula">'''<font color="red"> Observatie:</font>''' Principalul dezavantaj al reprezentării în virgulă fixă este faptul că, dacă un număr nu mai încape în spaţiul de biţi rezervat, se pierd cifrele cele mai semnificative.</div>
 
  
Un număr este reprezentat în virgulă mobilă printr-un cuvant de n biți conținând semn, mantisă și exponent sub următoarea formă:
+
<div class="sfat">'''<font color="blue">Observație:</font>''' Nu se poate folosi funcția <code style="color: green">printf</code> pentru scrierea pe stream-ul standard de eroare.</div>
  
[[Fișier:Mantisa.jpg]]
+
== Citirea din '''stdin''' ==
  
Unde s este bitul de semn al numarului, cu aceeași convenție ca pentru numere in virgulă fixa(s=0 numar pozitiv si s=1 numar negativ),
+
Pentru a citi de pe stream-ul standard de intrare se folosește generic funcția <code style="color: green">fscanf</code>:
m este mantisa numarului, reprezentând cifrele semnificative, iar e este exponentul (puterea la care trebuie ridicata o valoare)
 
  
Valoarea numarului real reprezentat in virgula mobila este data de expresia:
+
Funcția <code style="color: green">fscanf</code> este definită în header-ul <code style="color: blue">stdio.h</code> (standard input/output) și se folosește în felul următor:
  
<math> valoare=(-1)^s*m*(baza)^e </math>  
+
<syntaxhighlight lang="C">
 +
fscanf(stdin, "[format]", val1, val2, ...);
 +
</syntaxhighlight>
  
<div class="regula">'''<font color="red"> Observatie:</font>''' Mantisa trebuie să îndeplinească condiția: 1 > m >= 1/baza
+
 
 +
<div class="sfat">'''<font color="blue">Observație:</font>''' Deoarece citirea de pe stream-ul standard este atât de utilizată, s-a creat o funcție specială pentru aceasta, numită <code style="color: green">scanf</code>:
 +
<syntaxhighlight lang="C">
 +
scanf("[format]", val1, val2, ...);
 +
</syntaxhighlight>
 
</div>
 
</div>
  
== Modificatori ==
+
Formatul reprezintă modelul de date pe care ne așteptăm să-l primim de la tastatură. Acesta este un șir de caractere unde fiecare caracter este tratat în următorul fel:
 +
* '''caracter alb''' - se va citi și ignora din stream orice caractere albe până la întâlnirea unui caracter care nu este alb (caracerele albe includ spații, linie nouă, caractere tab); un singur caracter alb în format validează oricâte caractere albe extrase din stream (inclusiv nici unul).
 +
* '''caracter care nu este alb, exceptând specificatorul de format (%)''' - orice caracter care nu este alb (spațiu, linie nouă sau tab) sau care nu face parte dintr-un specificator de format (care începe cu %) face ca următorul caracter să fie citit din stream, comparat cu acest caracter din format, iar dacă sunt identice, ele sunt ignorate și se continuă cu următorul caracter; dacă nu sunt identice, <code style="color: green">fscanf</code> se va opri cu eroare;
 +
* '''specificator de format''' - o secvență care începe cu caracterul "la sută" (%) indică un specificator de format, utilizat pentru a indica tipul și formatul unei date care trebuie citită și stocată într-una din variabilele specificate în apelul lui <code style="color: green">fscanf</code>.
  
 +
Specificatorul de format pentru <code style="color: green">fscanf</code> urmează următorul prototip:
  
* signed
+
%[*][width][length]specifier
* unsigned
+
 
* long
+
unde caracterul ''specifier'' de la sfârșit este componenta cea mai importantă deoarece definește ce caractere sunt extrase din stream, interpretarea lor, și tipul de date corect al argumentului corespunzător:
* short
 
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
! colspan="3" | Folosirea modificatorilor
+
! ''specifier'' !! Descriere !! Caractere extrase din stream
 +
|-
 +
|i, u || întreg || Orice număr de cifre, opțional precedate de un semn (+ sau -). Baza zece este considerată implicit (0-9), dar un 0 ca prefix marchează baza ca fiind opt (0-7), iar "0x" ca prefix marchează baza șaisprezece (0-f).
 +
|-
 +
|d || întreg în baza 10 || Orice număr de cifre decimale (0-9), opțional precedate de un semn (+ sau -).
 +
|-
 +
|o || întreg în baza 8 || Orice număr de cifre octale (0-7), opțional precedate de un semn (+ sau -).
 +
|-
 +
|x || întreg în baza 16 || Orice număr de cifre hexazecimale (0-7, a-f, A-F), opțional precedate de "0x" sau "0X", și totul opțional precedat de un semn (+ sau -).
 +
|-
 +
|f, e, g, a (C99) || număr în virgulă mobilă || O serie de cifre decimale, conținând opțional un punct decimal, opțional precedat de un semn (+ sau -), opțional urmat de un caracter e sau E, și un întreg în baza 10. În standardul C99 se acceptă și numere în virgulă mobilă în baza hexazecimală, precedate de 0x sau 0X.
 +
|-
 +
|c || caracter || Următorul caracter. Dacă '''width''' este specificat, se vor citi exact '''width''' caractere și vor fi stocate în locații succesive în vectorul primit ca argument. Nu este adăugat terminator de șir la final.
 +
|-
 +
|s || șir de caractere ||Orice număr de caractere care nu sunt albe, oprindu-se la primul caracter alb înlâlnit. Este automat adăugat terminator de șir la final.
 +
|-
 +
|p || adresă în memorie ||O secvență de caractere reprezentând o adresă în memorie. Formatul folosit depinde de sistem și de implementarea bibliotecii, dar este identic cu cel folosit de formatul %p în <code style="color: green">fprintf</code>.
 
|-
 
|-
| style="text-align: center;" |Tip
+
|[characters] || set de caractere || Orice număr de caractere dintre cele specificate între parantezele drepte. O liniuță (-) care nu este pe prima poziție între paranteze poate produce comportamente nedefinite în unele implementări de bibliotecă standard.
| style="text-align: center;" |Numar de biti
 
| style="text-align: center;" |Domeniu
 
 
|-
 
|-
| unsigned char
+
|[^characters] || set de caractere negat || Orice număr de caractere care nu sunt specificate între parantezele drepte.
| style="text-align: center;" | 8
 
| style="text-align: center;" | 0 ... 255
 
 
|-
 
|-
| unsigned long int
+
|n || număr caractere citite || Nu este consumat nimic din stream. Numărul de caractere citit până în momentul curent este stocat în variabila specificată.
| style="text-align: center" | 16
+
|-
| style="text-align: center;" | 0 ... 4,294,967,295
+
|% || % ||Un caracter % urmat de alt caracter % consumă un singur % din stream.
 
|}
 
|}
 +
În afară de n, cel puțin un caracter va fi consumat din stream de către oricare alt specificator. Altfel, operația eșuează și citirea se încheie în acel punct.
  
Diferenţa dintre întregii signed şi unsigned constă în interpretarea diferită a bitului semnificativ (adică cel mai din stânga).
+
Specificatorul de format poate conține de asemenea și sub-specificatori: steluță (*), '''width''' și '''length''' (în această ordine), care sunt opționale și respectă următoarele specificații:
Pentru un întreg signed, se va considera bitul semnificativ ca fiind bit de semn.
 
Dacă acest bit este 0 atunci numărul este pozitiv iar dacă este 1 atunci este negativ.
 
  
<div class="regula">'''<font color="red"> Observatie:</font>''' Bit-ul reprezintă cea mai mică unitate de informaţie dintr-un calculator. Denumirea de bit provine de la „binary digit” adică număr binar. Sistemul binar este un sistem de numeraţie unde totul se reprezintă doar cu 1 şi 0.
+
{| class="wikitable"
Simbolul pentru un bit este "b",a nu se confunda cu byte "B" care reprezintă o grupare de 8 biți.</div>
+
! sub-specifcator !! Descriere
 +
|-
 +
| * || O steluță ca sub-specifiator indică faptul că data citită nu este stocată într-o variabilă ci este ignorată.
 +
|-
 +
| ''width'' || Specifică numărul maxim de caractere ce vor fi citite din stream de operația curentă.
 +
|-
 +
| ''length'' || Unul din hh, h, l, ll, j, z, t, L. Acest caracter modifică tipul de date așteptat ca argument. Comportamentul acestora este identic cu cel definit la capitolul [[#Scrierea pe stdout]]
 +
|}
  
== Operatori ==
+
<div class="regula">'''<font color="red">Atenție:</font>''' Variabilele care nu sunt de tip vector sau pointer și sunt folosite în apelul funcției <code style="color: green">fscanf</code> pentru a stoca date din stream, trebuie obligatoriu precedate de operatorul &. Explicația pentru această regulă va fi prezentată în cursul legat de pointeri și adrese de memorie.</div>
  
'''Operatorii aritmetici''':
+
== Exemple ==
* +  adunarea
 
* -  scăderea
 
* *  înmulţirea
 
* /  împărţirea (rezultatul împărţirii pentru numere reale, câtul împărţirii pentru numere întregi)
 
* %  modulo (restul împărţirii a două numere întregi)
 
* ++ incrementarea (mărirea unei valori cu o unitate)
 
* -- decrementarea (micşorarea unei valori cu o unitate)
 
  
Operatorii de incrementare/decrementare sunt folosiţi pentru creșterea/micşorarea unei valori cu o unitate.
+
<ol>
a++ / ++a - incrementare
+
<li>
a-- / --a - decrementare
+
Scrieți următorul program într-un fișier numit <code style="color: blue">exemplu_stdin.c</code>
De asemenea se pot folosi instrucțiuni de pre sau post incrementare/decrementare.
+
<syntaxhighlight lang="C">
  '''POST-incrementare: x = a++;''' <syntaxhighlight lang="C">
+
#include <stdio.h>
x = a;
 
a = a + 1;
 
</syntaxhighlight>
 
  
  '''PRE-incremenatare: x = ++a;''' <syntaxhighlight lang="C">
+
int main(){
a = a + 1;
+
    int integerValue;
x = a;
+
    fprintf(stdout, "Introduceti o valoare numerica: ");
 +
    fscanf(stdin, "%d", &integerValue);
 +
    printf("Valoarea introdusa este %d\n", integerValue);
 +
    return 0;
 +
}
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
 +
</li>
 +
</ol>
  
'''Operatori relaţionali şi logici''':
+
= [https://en.wikipedia.org/wiki/C_preprocessor Preprocesorul C] =
  
* > - mai mare
+
Preprocesarea unui fișier cu cod C este prima etapă din lanțul de ''build'', și reprezintă, așa cum îi spune și numele, o etapă de dinainte de procesarea (compilarea) efectivă. Motivul pentru care se realizează această etapă inițială este faptul că prin preprocesarea codului se pot elimina secțiuni din program care ori nu sunt necesare, ori nu sunt compilabile pe un anumit procesor sau sistem de operare. Spre exemplu, pentru a folosi o interfață serială, în sistemul de operare Windows, și compilatorul Visual Studio, există un tip de date care se numește <code style="color: green">HANDLE</code>. Acest tip de date nu există în Linux, aici fiind înlocuit simplu cu <code style="color: green">int</code>. În acest caz, compilarea unui program care folosește <code style="color: green">HANDLE</code> pe Linux va eșua cu eroare. Aici intervin directivele de preprocesare, după cum vom vedea în continuare.
* >= -mai mare egal
 
* < -mai mic
 
* <= -mai mic egal
 
* =  -egal
 
* != -diferit
 
* && -si
 
* || -sau
 
* !  -negare
 
  
=== Exemplu operatori relaționari și logici===
+
În acest laborator se va discuta despre:
 +
* <code style="color: green">#include</code>
 +
* <code style="color: green">#define</code>
 +
* <code style="color: green">#undef</code>
 +
* <code style="color: green">#ifdef</code>
 +
* <code style="color: green">#ifndef</code>
 +
* <code style="color: green">#else</code>
 +
* <code style="color: green">#endif</code>
  
<syntaxhighlight lang="C">
+
== Directiva <code style="color: green">#include</code> ==
  
int a = 2, b = 6, c = 0, result;
+
Probabil <code style="color: green">#include</code> este cea mai frecvent utilizată directivă de preprocesare, dar și cea mai ușor de înțeles. Efectiv, preprocesorul caută fișierul specificat între paranteze unghiulare sau ghilimele în lista de directoare dintr-o listă cunoscută și apoi înlocuiește directiva <code style="color: green">#include</code> cu conținutul fișierului respectiv.
  
result=!(a < c) && (a < b) || (b <=c );
+
=== Exemplu ===
 
 
printf("%d\n",result);
 
  
 +
* Scrieți un fișier nou într-un editor de text care să conțină următorul cod:
 +
<syntaxhighlight lang="C">
 +
int main(){
 +
    return 0;
 +
}
 +
</syntaxhighlight>
 +
* Salvați fișierul cu numele <code style="color: blue">test_preprocessor.c</code> în directorul <code style="color: blue">~/work/''prenume_nume''</code>
 +
* Scrieți un fișier <code style="color: blue">Makefile</code> cu o singură rețetă care să producă un fișier numit <code style="color: blue">processed.c</code> din fișierul de mai sus, apelând compilatorul C (gcc) cu fanionul corespunzător pentru a face doar preprocesare (vezi [[PC Laborator 1#Generarea fișierului executabil|PC Laborator 1]]).
 +
* Ce diferențe există între fișierul original și fișierul preprocesat?
 +
* Scrieți un nou fișier numit <code style="color: blue">header_file.h</code>, care să conțină următorul text:
 +
<syntaxhighlight lang="C">
 +
// This is the start of the header file
 +
int variable;
 +
// This is the end of the header file
 +
</syntaxhighlight>
 +
* Modificați fișierul <code style="color: blue">test_preprocesor.c</code> prin înserția pe prima linie a unei directive '''include''':
 +
<syntaxhighlight lang="C">
 +
#include "header_file.h"
 +
int main(){
 +
    return 0;
 +
}
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
 +
* Rulați din nou comanda <code style="color: green">make</code>. Observați mesajul de eroare: fișierul <code style="color: blue">header_file.h</code> nu este găsit de preprocesor, cu toate că este în directorul curent.
 +
<div class="regula">'''<font color="red">Atenție:</font>''' Fișierele antet (header) sunt căutate doar în anumite căi predefinite în compilator (de exemplu <code style="color: blue">/usr/include</code>). Pentru a face preprocesorul să caute și în alte directoare, calea până la acestea trebuie specificată la compilare, folosind fanionul <code style="color: green">-I</code></div>
 +
* Adăugați comenzii de compilare din <code style="color: blue">Makefile</code> următorul fanion: <code style="color: green">-I.</code> Asta va spune compilatorului (care mai departe va spune preprocesorului) să caută fișiere antet și în directorul curent (.)
 +
* Rulați din nou comanda <code style="color: green">make</code>.
 +
* Afișați conținutul celor două fișiere C. Ce diferențe observați?
  
 +
== Directivele <code style="color: green">#define</code> și <code style="color: green">#undef</code> ==
  
'''Operatori la nivel de bit''':
+
Directiva <code style="color: green">#define</code> este utilizată pentru a defini '''macro'''-uri de preprocesor. Acestea se folosesc în trei feluri distincte:
 +
* <code style="color: green">#define ''token'' ''value''</code> - este definit '''macro'''-ul ''token'' existența acestuia putând fi testată cu directivele <code style="color: green">#ifdef</code> și <code style="color: green">#ifndef</code>; dacă ''token'' este utilizat în program, după definirea lui, el va fi înlocuit cu ''value'' (efectiv, această operație este identică cu un "Search and Replace" dintr-un editor de text, unde ''token'' este înlocuit cu ''value''. 
 +
<syntaxhighlight lang="C">
 +
#define PI 3.1415
  
Avem şase operatori la nivel de bit,aceștia se aplică tipurilor char,int,long signed/unsigned,iar rezultatul este un întreg.
+
float a = 2 * PI;
Operatorii la nivel de bit sunt următorii.
+
</syntaxhighlight>
* & - AND (şi logic)
+
* <code style="color: green">#define ''token''</code> - este definit '''macro'''-ul ''token'', existența acestuia putând fi testată cu directivele <code style="color: green">#ifdef</code> și <code style="color: green">#ifndef</code>; dacă ''token'' este utilizat în program, după definirea lui, va fi șters de peste tot unde apare (este de fapt cazul de mai sus unde ''value'' este de fapt un string de lungime zero).
* | - OR (sau logic)
+
<syntaxhighlight lang="C">
* ^ - XOR (sau exclusiv)
+
#include <stdio.h>
* << - deplasare la stânga
+
#define DEBUG
* >> - deplasare la dreapta
 
* ~ - negare la nivel de bit
 
  
==== Tabele de adevăr ====
+
int main(){
 +
#ifdef DEBUG
 +
    printf("Debug is ON!\n");
 +
#endif
 +
    return 0;
 +
}
 +
 
 +
</syntaxhighlight>
 +
* <code style="color: green">#define ''token(arg1,arg2,..) expression''</code> - este definit '''macro'''-ul ''token'', existența acestuia putând fi testată cu directivele <code style="color: green">#ifdef</code> și <code style="color: green">#ifndef</code>; ''token'' este utilizat în program ca o funcție, iar el va fi înlocuit de ''expression'', în care ''arg1,arg2,...'' vor fi înlocuite cu valorile din program.
 +
<syntaxhighlight lang="C">
 +
#include <stdio.h>
 +
#define MAX(a,b) (a < b ? b : a)
  
{| class="wikitable"
+
int main(){
! Operator !! Tabel de adevăr !! Operator !! Tabel de adevăr !! Operator !! Tabel de adevăr
+
    printf("Value is %d!\n", MAX(4,5)); // Replaced to: printf("Value is %d!\n", (4 < 5 ? 5 : 4));
|-
+
//  printf("Value is %d!\n", MAX(4 + 1, 5 + 1)); // Replaced to: printf("Value is %d!\n", (4 + 1 < 5 + 1 ? 5 + 1 : 4 + 1));
| '''AND'''
+
    return 0;
|
+
}
{| class="wikitable" align=right
+
</syntaxhighlight>
|- bgcolor="#ddeeff" align="center"
 
|- bgcolor="#ddeeff" align="center"
 
| A || B || A AND B
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|0 || 0 || 0
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|0 || 1 || 0
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|1 || 0 || 0
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|1 || 1 || 1
 
|}
 
| '''OR'''
 
|
 
{| class="wikitable" align=right
 
|- bgcolor="#ddeeff" align="center"
 
|- bgcolor="#ddeeff" align="center"
 
| A || B || A OR B
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|0 || 0 || 0
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|0 || 1 || 1
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|1 || 0 || 1
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|1 || 1 || 1
 
|}
 
| '''XOR'''
 
|
 
{| class="wikitable" align=right
 
|- bgcolor="#ddeeff" align="center"
 
|- bgcolor="#ddeeff" align="center"
 
| A || B || A XOR B
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|0 || 0 || 0
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|0 || 1 || 1
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|1 || 0 || 1
 
|- bgcolor="#ddffdd" align="center"
 
|1 || 1 || 0
 
|}
 
|}
 
  
=== Exemplu operator AND ===
 
Dorim să aflăm valoarea bitului de pe poziția 2 a numarului 20.Pentru a afla valorea acestui bit se poate realiza operația AND (&) între numărul dorit și un alt număr binar care are doar pe poziția dorită valoarea 1 (în cazul nostru poziția 2),astfel dacă rezultatul este diferit de 0 atunci inițial am avut bitul 1, respectiv 0 dacă bitul a fost 0.
 
  
 +
<div class="regula">'''<font color="red">Atenție:</font>''' O greșeală frecventă în definirea macrourilor este adăugarea unui caracter ; la sfârșitul liniei. Acesta se va înlocui și el în momentul în care '''macro'''-ul se expandează în text:
 
<syntaxhighlight lang="C">
 
<syntaxhighlight lang="C">
 +
#include <stdio.h>
 +
#define PI 3.1415;
  
int a=20; /*  1 0 1 0 0 */
+
int main(){
int b=4; /*   0 0 1 0 0 */
+
    float f = PI * 2; // Replaced to: float f = 3.1415; * 2;
 
+
    return 0;
if(a & b) /*  0 0 1 0 0*/
+
}
printf("bitul are valoarea 1\n");
+
</syntaxhighlight>
else
+
Se vede imediat că sintaxa este greșită și compilatorul va genera o eroare.
printf("bitul are valoarea 0\n");
+
</div>
  
 +
Pentru a anula definiția unui '''macro''', se folosește directiva <code style="color: green">#undef</code> astfel:
 +
<syntaxhighlight lang="C">
 +
#undef PI
 +
#undef DEBUG
 +
#undef MAX
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
  
=== Exemplu operator de deplasare << ===
+
=== Exemplu ===
Operatorii de deplasare (<< şi >>) realizează deplasarea biţilor din operandul stâng cu atâtea
 
poziţii câte sunt indicate de operandul drept.
 
  
 +
* Modificați fișierul <code style="color: blue">test_preprocessor.c</code> în felul următor:
 
<syntaxhighlight lang="C">
 
<syntaxhighlight lang="C">
 +
#define PI 3.1415
 +
#define INC(x) (x + 1)
 +
#define DEBUG
  
int a = 255; /* 0000 0000 1111 1111*/
+
int main(){
a=a<<3;   /* 0000 0111 1111 1000*/
+
    printf("PI is %f\n", PI);
 +
    printf("%d comes after 4\n", INC(4));
  
 +
#ifdef DEBUG
 +
    printf("This runs in debug mode\n");
 +
#else
 +
    printf("This runs in release mode\n");
 +
#endif
 +
    return 0;
 +
}
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
 +
* Rulați comanda <code style="color: green">make</code> în consolă.
 +
* Afișați cele două fișiere .c. Observați diferențele.
 +
 +
== Directivele <code style="color: green">#ifndef</code> și <code style="color: green">#define</code> pe post de gardă pentru dublă incluziune ==
  
<div class="regula">'''<font color="red"> Observatie:</font> '''Deplasarea la stânga (<<) completează la dreapta cu 0, deci biţii din stânga se vor pierde.</div>
+
Luând ca punct de plecare [[#Exemplu|primul exemplu]] de la directiva <code style="color: green">#include</code>, oare ce se întâmplă dacă header-ul <code style="color: blue">header_file.h</code> este inclus de două ori?
 +
<syntaxhighlight lang="C" line>
 +
#include "header_file.h"
 +
#include "header_file.h"
 +
int main(){
 +
    return 0;
 +
}
 +
</syntaxhighlight>
  
=== Exemplu operator de negare ~ ===
+
Răspunsul este simplu, preprocesorul va înlocui ambele linii cu conținutul fișierului, lucru care va face ca variabila '''variable''' să fie definită de două ori, lucru care sintactic greșit în C. Sigur, nimeni nu va include în mod voit un header de două ori, dar este posibil ca indirect lucrul acesta să se întâmple. Spre exemplu, dacă în fișierul <code style="color: blue">header_file.h</code> este inclus  <code style="color: blue">stdio.h</code>, iar în <code style="color: blue">test_preprocessor.c</code> sunt incluse și <code style="color: blue">header_file.h</code> și <code style="color: blue">stdio.h</code>. În această situație, <code style="color: blue">stdio.h</code> ajunge să fie inclus de două ori. Pentru a evita problemele apărute în această situație, se folosește garda de incluziune ([https://en.wikipedia.org/wiki/Include_guard include guard]). Aceasta se adaugă în fiecare fișier header:
Operatorul de negare realizează complementarea biților,biții de 0 se pun 1,iar biții de 1 se pun 0.
 
  
<syntaxhighlight lang="C">
+
<syntaxhighlight lang="C" line>
 +
#ifndef _HEADER_FILE_H_
 +
#define _HEADER_FILE_H_
  
int a= 2200; /* 1000 1001 1000*/
+
// This is the start of the header file
a=~a;       /* 0110 0110 0111*/  
+
int variable;
 +
// This is the end of the header file
  
 +
#endif
 
</syntaxhighlight>
 
</syntaxhighlight>
  
== Exerciții ==
+
Includerea acestui fișier de către preprocesor se realizează acum în următoarea secvență:
 +
# Prima directivă include din fișerul sursă C va copia conținutul fișierului de mai sus în locul unde este inclus (test_preprocesor.c, linia 1).
 +
# Directiva ifndef verifică dacă '''macro'''-ul _HEADER_FILE_H_ ''nu'' este definit (header_file.h, linia 1).
 +
# Deoarece nu este definit, tot textul dintre ifndef și endif se păstrează (header_file.h, liniile 2-7).
 +
# Prima linie din text-ul păstrat este o directivă define care definește  '''macro'''-ul_HEADER_FILE_H (header_file.h, linia 2).
 +
# A doua directivă include din fișerul sursă C va copia conținutul fișierului de mai sus în locul unde este inclus (test_preprocesor.c, linia 2).
 +
# Directiva ifndef verifică dacă '''macro'''-ul _HEADER_FILE_H_ ''nu'' este definit (header_file.h, linia 1).
 +
# Deoarece el acum ESTE definit în cadrul include-ului anterior, tot textul dintre ifndef și endif se elimină (header_file.h, liniile 2-7).
 +
 
 +
=== Exemplu ===
  
# Scrieți un program care să citească un număr în virgulă mobilă de la tastatură și să se afișeze, pe linii diferite, în hexazecimal, semnul, mantisa și exponentul.
+
* Modificați fișierul <code style="color: blue">test_preprocessor.c</code> pentru a include header-ul <code style="color: blue">header_file.h</code> de două ori, conform exemplului de mai sus.
# Scrieți un program care să citească de la tastatură un număr întreg și să-l afișeze pe ecran în baza doi, folosind operatori de shiftare și mascare.
+
* Rulați comanda <code style="color: green">make</code> și confirmați dubla declarare a variabilei '''variable'''.
 +
* Adăugați gardă de incluziune fișierului header, conform exemplului de mai sus.
 +
* Rulați comanda <code style="color: green">make</code> și confirmați că variabile '''variable''' este declarată o singură dată.

Versiunea de la data 27 septembrie 2015 11:15

Obiective

În urma parcurgerii acestui laborator studentul va fi capabil:

  • să utilizeze stream-urile standard ale unui proces în Linux și în programe C;
  • să utilizeze funcționalitatea de bază a unui sistem de revision control - Git.
  • să înțeleagă funcționalitatea preprocesorului și să folosească directive de preprocesare;

Stream-urile standard ale unui proces

Standard streams.png

După cum se poate observa în schema de mai sus, un proces care rulează într-un sistem de operare dispune de trei stream-uri de intrare ieșire implicite:

  • Stream-ul standard de intrare (stdin) - este utilizat pentru a introduce date în proces și este implicit atașat tastaturii;
  • Stream-ul standard de ieșire (stdout) - este utilizat pentru a extrage rezultate ale execuției procesului și este implicit atașat consolei;
  • Stream-ul standard de eroare (stderr) - este tradițional utilizat pentru a extrage informații legate de erorile apărute în execuția procesului și este implicit atașat consolei;

Se observă că ambele stream-uri de ieșire sunt implicit trimise către consolă, unde utilizatorul procesului le poate vedea. Motivul pentru care sunt două este acela că aceste stream-uri pot fi redirectate către alte procese sau către fișiere, astfel se poate face o separare simplă și rapidă a mesajelor de eroare, în scopul depanării programului.

Toate aceste stream-uri sunt formatate pe octet (byte). În cele mai multe din cazuri, acești bytes reprezintă caractere codate ASCII.

Scrierea pe stdout

Pentru a scrie pe stream-ul standard de ieșire se folosește generic funcția fprintf:

Funcția fprintf este definită în header-ul stdio.h (standard input/output) și este implimentată în biblioteca standard a limbajului C. Pentru scrierea pe stream-ul standard de ieșire, se folosește în felul următor:

fprintf(stdout, "[format]", val1, val2, ...);


Observație: Deoarece scrierea pe stream-ul standard de ieșire este atât de utilizată, s-a creat o funcție specială pentru aceasta, numită printf:
printf("[format]", val1, val2, ...);

Formatul reprezintă modelul de date pe care îl dorim afișat în consolă.

Specificatorul de format pentru fprintf, respectiv printf urmează următorul prototip:

%[flags][width][.precision][length]specifier 

unde caracterul specifier de la sfârșit este componenta cea mai importantă deoarece definește ce caractere sunt extrase din stream, interpretarea lor, și tipul de date corect al argumentului corespunzător:

specifier Afișare Exemplu
i, d întreg decimal cu semn -694
u întreg decimal fără semn 1659
o întreg în baza 8 254
x întreg în baza 16 (litere mici) 1af43
X întreg în baza 16 (litere mari) 1AF43
f număr în virgulă mobilă 23.65
e număr în virgulă mobilă, notație științifică (mantisa - exponent), litere mici 3.9265e+2
E număr în virgulă mobilă, notație științifică (mantisa - exponent), litere mari 3.9265E+2
g număr în virgulă mobilă, cea mai scurtă reprezentare (%f sau %e) 23.65
G număr în virgulă mobilă, cea mai scurtă reprezentare (%F sau %E) 23.65
a număr în virgulă mobilă în baza 16, litere mici -0xc.90fep-2
A număr în virgulă mobilă în baza 16, litere mari -0xc.90FEP-2
c caracter a
s șir de caracere castravete
p adresă în memorie (pointer) 00000000b8000000
n nu se printează nimic numărul de caractere citit până în momentul curent este stocat în variabila specificată
% % Un caracter % urmat de alt caracter % afișează un singur %.

Specificatorul de format poate conține și sub-specificatori: flags, width, .precision și modifiers (în această ordine), care sunt opționale și respectă următoarele reguli:

flag Descriere
- Aliniere la stânga cu dimensiunea dată de câmpul width (implicit aliniera este la dreapta). Vezi descrierea lui width.
+ Forțează printarea unui semn (+ sau -), chiar și pentru valori pozitive (implicit se afișează semnul doar pentru numere negative).
(spațiu) Dacă semnul nu se afișează, în locul lui se inserează un spațiu.
# Folosit cu o, x, sau X, printează 0, 0x sau respectiv 0X în fața valorii, pentru numere diferite de 0. Folosit cu a, A, e, E, f, g sau G, forțează printarea punctului decimal, chiar dacă după el nu mai urmează alte cifre. Implicit, dacă după punct nu mai urmează alte cifre (numărul este întreg), punctul nu se mai afișează.
0 Când se specifică o dimensiune (width), numărul se completează la stânga cu 0 în loc de spațiu. Vezi descrierea lui width.
width Descriere
(număr) Numărul minim de caractere care trebuie scrise. Dacă lungimea numărului este mai mică decât această valoare, el este completat cu spații. Dacă lungimea este mai mare, numărul este afișat în întregime.
* Valoarea width nu este specificată în string-ul format, ci într-un argument suplimentar al funcției, care precede argumentul ce trebuie formatat.
.precision Descriere
(număr) Pentru valori întregi (d, i, o, u, x, X), precision specifică numărul minim de cifre care trebuie afișate. Dacă numărul ce trebuie afișat este mai scurt decât această valoare, rezultatul este completat la stânga cu cifra 0. Dacă numărul este mai lung, el este afișat în întregime. O precizie 0 înseamnă că pentru valoarea 0 nu se va afișa nimic. Pentru specificatorii a, A, e, E, f și F, aceasta este numărul de cifre ce a fi afișat după punct (implicit valoarea aceasta este 6). Pentru specificatorii g și G, acesta este numărul maxim de cifre semnificative ce trebuie afișat. Pentru s, acesta este numărul maxim de caractere ce trebuie afișat. Implicit toate caracterele sunt afișate, până la întâlnirea unui terminator de string. Dacă punctul este scris fără o valoare pentru precizie, aceasta se consideră implicit 0.
* Valoarea precision nu este specificată în string-ul format, ci într-un argument suplimentar al funcției, care precede argumentul ce trebuie formatat.

Specificatorul length modifică dimensunea tipului de date. Tabelul următor arată tipurile folosite pentru a interpreta argumentele corespunzătoare, cu și fără specificatorul length (dacă un alt tip este folosit, se realizează promovarea sau conversia tipului, dacă este posibil):

specifiers
lengthd iu o x Xf F e E g G a Acspn
(none)intunsigned intdoubleintchar*void*int*
hhsigned charunsigned charsigned char*
hshort intunsigned short intshort int*
llong intunsigned long intwint_twchar_t*long int*
lllong long intunsigned long long intlong long int*
jintmax_tuintmax_tintmax_t*
zsize_tsize_tsize_t*
tptrdiff_tptrdiff_tptrdiff_t*
Llong double
Observație: Tabelele de mai sus pot fi înțelese abia după parcurgerea cursurilor și laboratoarelor legate de tipuri și dimensiuni de date. Ele vor fi folosite pe parcursul cursului drept referință și nu trebuie memorate.
Observație: Rândurile marcate cu galben au fost introduse în standardul C99.

Scrierea pe stderr

Scrierea pe stream-ul standard de eroare se face identic cu scrierea pe stdout, specificând numele streamului ca prim argument al funcției fprintf:

fprintf(stderr, "[format]", val1, val2, ...);


Observație: Nu se poate folosi funcția printf pentru scrierea pe stream-ul standard de eroare.

Citirea din stdin

Pentru a citi de pe stream-ul standard de intrare se folosește generic funcția fscanf:

Funcția fscanf este definită în header-ul stdio.h (standard input/output) și se folosește în felul următor:

fscanf(stdin, "[format]", val1, val2, ...);


Observație: Deoarece citirea de pe stream-ul standard este atât de utilizată, s-a creat o funcție specială pentru aceasta, numită scanf:
scanf("[format]", val1, val2, ...);

Formatul reprezintă modelul de date pe care ne așteptăm să-l primim de la tastatură. Acesta este un șir de caractere unde fiecare caracter este tratat în următorul fel:

  • caracter alb - se va citi și ignora din stream orice caractere albe până la întâlnirea unui caracter care nu este alb (caracerele albe includ spații, linie nouă, caractere tab); un singur caracter alb în format validează oricâte caractere albe extrase din stream (inclusiv nici unul).
  • caracter care nu este alb, exceptând specificatorul de format (%) - orice caracter care nu este alb (spațiu, linie nouă sau tab) sau care nu face parte dintr-un specificator de format (care începe cu %) face ca următorul caracter să fie citit din stream, comparat cu acest caracter din format, iar dacă sunt identice, ele sunt ignorate și se continuă cu următorul caracter; dacă nu sunt identice, fscanf se va opri cu eroare;
  • specificator de format - o secvență care începe cu caracterul "la sută" (%) indică un specificator de format, utilizat pentru a indica tipul și formatul unei date care trebuie citită și stocată într-una din variabilele specificate în apelul lui fscanf.

Specificatorul de format pentru fscanf urmează următorul prototip:

%[*][width][length]specifier 

unde caracterul specifier de la sfârșit este componenta cea mai importantă deoarece definește ce caractere sunt extrase din stream, interpretarea lor, și tipul de date corect al argumentului corespunzător:

specifier Descriere Caractere extrase din stream
i, u întreg Orice număr de cifre, opțional precedate de un semn (+ sau -). Baza zece este considerată implicit (0-9), dar un 0 ca prefix marchează baza ca fiind opt (0-7), iar "0x" ca prefix marchează baza șaisprezece (0-f).
d întreg în baza 10 Orice număr de cifre decimale (0-9), opțional precedate de un semn (+ sau -).
o întreg în baza 8 Orice număr de cifre octale (0-7), opțional precedate de un semn (+ sau -).
x întreg în baza 16 Orice număr de cifre hexazecimale (0-7, a-f, A-F), opțional precedate de "0x" sau "0X", și totul opțional precedat de un semn (+ sau -).
f, e, g, a (C99) număr în virgulă mobilă O serie de cifre decimale, conținând opțional un punct decimal, opțional precedat de un semn (+ sau -), opțional urmat de un caracter e sau E, și un întreg în baza 10. În standardul C99 se acceptă și numere în virgulă mobilă în baza hexazecimală, precedate de 0x sau 0X.
c caracter Următorul caracter. Dacă width este specificat, se vor citi exact width caractere și vor fi stocate în locații succesive în vectorul primit ca argument. Nu este adăugat terminator de șir la final.
s șir de caractere Orice număr de caractere care nu sunt albe, oprindu-se la primul caracter alb înlâlnit. Este automat adăugat terminator de șir la final.
p adresă în memorie O secvență de caractere reprezentând o adresă în memorie. Formatul folosit depinde de sistem și de implementarea bibliotecii, dar este identic cu cel folosit de formatul %p în fprintf.
[characters] set de caractere Orice număr de caractere dintre cele specificate între parantezele drepte. O liniuță (-) care nu este pe prima poziție între paranteze poate produce comportamente nedefinite în unele implementări de bibliotecă standard.
[^characters] set de caractere negat Orice număr de caractere care nu sunt specificate între parantezele drepte.
n număr caractere citite Nu este consumat nimic din stream. Numărul de caractere citit până în momentul curent este stocat în variabila specificată.
% % Un caracter % urmat de alt caracter % consumă un singur % din stream.

În afară de n, cel puțin un caracter va fi consumat din stream de către oricare alt specificator. Altfel, operația eșuează și citirea se încheie în acel punct.

Specificatorul de format poate conține de asemenea și sub-specificatori: steluță (*), width și length (în această ordine), care sunt opționale și respectă următoarele specificații:

sub-specifcator Descriere
* O steluță ca sub-specifiator indică faptul că data citită nu este stocată într-o variabilă ci este ignorată.
width Specifică numărul maxim de caractere ce vor fi citite din stream de operația curentă.
length Unul din hh, h, l, ll, j, z, t, L. Acest caracter modifică tipul de date așteptat ca argument. Comportamentul acestora este identic cu cel definit la capitolul #Scrierea pe stdout
Atenție: Variabilele care nu sunt de tip vector sau pointer și sunt folosite în apelul funcției fscanf pentru a stoca date din stream, trebuie obligatoriu precedate de operatorul &. Explicația pentru această regulă va fi prezentată în cursul legat de pointeri și adrese de memorie.

Exemple

  1. Scrieți următorul program într-un fișier numit exemplu_stdin.c
    #include <stdio.h>
    
    int main(){
        int integerValue;
        fprintf(stdout, "Introduceti o valoare numerica: ");
        fscanf(stdin, "%d", &integerValue);
        printf("Valoarea introdusa este %d\n", integerValue);
        return 0;
    }
    

Preprocesorul C

Preprocesarea unui fișier cu cod C este prima etapă din lanțul de build, și reprezintă, așa cum îi spune și numele, o etapă de dinainte de procesarea (compilarea) efectivă. Motivul pentru care se realizează această etapă inițială este faptul că prin preprocesarea codului se pot elimina secțiuni din program care ori nu sunt necesare, ori nu sunt compilabile pe un anumit procesor sau sistem de operare. Spre exemplu, pentru a folosi o interfață serială, în sistemul de operare Windows, și compilatorul Visual Studio, există un tip de date care se numește HANDLE. Acest tip de date nu există în Linux, aici fiind înlocuit simplu cu int. În acest caz, compilarea unui program care folosește HANDLE pe Linux va eșua cu eroare. Aici intervin directivele de preprocesare, după cum vom vedea în continuare.

În acest laborator se va discuta despre:

  • #include
  • #define
  • #undef
  • #ifdef
  • #ifndef
  • #else
  • #endif

Directiva #include

Probabil #include este cea mai frecvent utilizată directivă de preprocesare, dar și cea mai ușor de înțeles. Efectiv, preprocesorul caută fișierul specificat între paranteze unghiulare sau ghilimele în lista de directoare dintr-o listă cunoscută și apoi înlocuiește directiva #include cu conținutul fișierului respectiv.

Exemplu

  • Scrieți un fișier nou într-un editor de text care să conțină următorul cod:
int main(){
    return 0;
}
  • Salvați fișierul cu numele test_preprocessor.c în directorul ~/work/prenume_nume
  • Scrieți un fișier Makefile cu o singură rețetă care să producă un fișier numit processed.c din fișierul de mai sus, apelând compilatorul C (gcc) cu fanionul corespunzător pentru a face doar preprocesare (vezi PC Laborator 1).
  • Ce diferențe există între fișierul original și fișierul preprocesat?
  • Scrieți un nou fișier numit header_file.h, care să conțină următorul text:
// This is the start of the header file
int variable;
// This is the end of the header file
  • Modificați fișierul test_preprocesor.c prin înserția pe prima linie a unei directive include:
#include "header_file.h"
int main(){
    return 0;
}
  • Rulați din nou comanda make. Observați mesajul de eroare: fișierul header_file.h nu este găsit de preprocesor, cu toate că este în directorul curent.
Atenție: Fișierele antet (header) sunt căutate doar în anumite căi predefinite în compilator (de exemplu /usr/include). Pentru a face preprocesorul să caute și în alte directoare, calea până la acestea trebuie specificată la compilare, folosind fanionul -I
  • Adăugați comenzii de compilare din Makefile următorul fanion: -I. Asta va spune compilatorului (care mai departe va spune preprocesorului) să caută fișiere antet și în directorul curent (.)
  • Rulați din nou comanda make.
  • Afișați conținutul celor două fișiere C. Ce diferențe observați?

Directivele #define și #undef

Directiva #define este utilizată pentru a defini macro-uri de preprocesor. Acestea se folosesc în trei feluri distincte:

  • #define token value - este definit macro-ul token existența acestuia putând fi testată cu directivele #ifdef și #ifndef; dacă token este utilizat în program, după definirea lui, el va fi înlocuit cu value (efectiv, această operație este identică cu un "Search and Replace" dintr-un editor de text, unde token este înlocuit cu value.
#define PI 3.1415

float a = 2 * PI;
  • #define token - este definit macro-ul token, existența acestuia putând fi testată cu directivele #ifdef și #ifndef; dacă token este utilizat în program, după definirea lui, va fi șters de peste tot unde apare (este de fapt cazul de mai sus unde value este de fapt un string de lungime zero).
#include <stdio.h>
#define DEBUG

int main(){
#ifdef DEBUG
    printf("Debug is ON!\n");
#endif
    return 0;
}
  • #define token(arg1,arg2,..) expression - este definit macro-ul token, existența acestuia putând fi testată cu directivele #ifdef și #ifndef; token este utilizat în program ca o funcție, iar el va fi înlocuit de expression, în care arg1,arg2,... vor fi înlocuite cu valorile din program.
#include <stdio.h>
#define MAX(a,b) (a < b ? b : a)

int main(){
    printf("Value is %d!\n", MAX(4,5)); // Replaced to: printf("Value is %d!\n", (4 < 5 ? 5 : 4));
//  printf("Value is %d!\n", MAX(4 + 1, 5 + 1)); // Replaced to: printf("Value is %d!\n", (4 + 1 < 5 + 1 ? 5 + 1 : 4 + 1));
    return 0;
}


Atenție: O greșeală frecventă în definirea macrourilor este adăugarea unui caracter ; la sfârșitul liniei. Acesta se va înlocui și el în momentul în care macro-ul se expandează în text:
#include <stdio.h>
#define PI 3.1415;

int main(){
    float f = PI * 2; // Replaced to: float f = 3.1415; * 2; 
    return 0;
}

Se vede imediat că sintaxa este greșită și compilatorul va genera o eroare.

Pentru a anula definiția unui macro, se folosește directiva #undef astfel:

#undef PI
#undef DEBUG
#undef MAX

Exemplu

  • Modificați fișierul test_preprocessor.c în felul următor:
#define PI 3.1415
#define INC(x) (x + 1)
#define DEBUG

int main(){
    printf("PI is %f\n", PI);
    printf("%d comes after 4\n", INC(4));

#ifdef DEBUG
    printf("This runs in debug mode\n");
#else
    printf("This runs in release mode\n");
#endif
    return 0;
}
  • Rulați comanda make în consolă.
  • Afișați cele două fișiere .c. Observați diferențele.

Directivele #ifndef și #define pe post de gardă pentru dublă incluziune

Luând ca punct de plecare primul exemplu de la directiva #include, oare ce se întâmplă dacă header-ul header_file.h este inclus de două ori?

1#include "header_file.h"
2#include "header_file.h"
3int main(){
4    return 0;
5}

Răspunsul este simplu, preprocesorul va înlocui ambele linii cu conținutul fișierului, lucru care va face ca variabila variable să fie definită de două ori, lucru care sintactic greșit în C. Sigur, nimeni nu va include în mod voit un header de două ori, dar este posibil ca indirect lucrul acesta să se întâmple. Spre exemplu, dacă în fișierul header_file.h este inclus stdio.h, iar în test_preprocessor.c sunt incluse și header_file.h și stdio.h. În această situație, stdio.h ajunge să fie inclus de două ori. Pentru a evita problemele apărute în această situație, se folosește garda de incluziune (include guard). Aceasta se adaugă în fiecare fișier header:

1#ifndef _HEADER_FILE_H_
2#define _HEADER_FILE_H_
3
4// This is the start of the header file
5int variable;
6// This is the end of the header file
7
8#endif

Includerea acestui fișier de către preprocesor se realizează acum în următoarea secvență:

  1. Prima directivă include din fișerul sursă C va copia conținutul fișierului de mai sus în locul unde este inclus (test_preprocesor.c, linia 1).
  2. Directiva ifndef verifică dacă macro-ul _HEADER_FILE_H_ nu este definit (header_file.h, linia 1).
  3. Deoarece nu este definit, tot textul dintre ifndef și endif se păstrează (header_file.h, liniile 2-7).
  4. Prima linie din text-ul păstrat este o directivă define care definește macro-ul_HEADER_FILE_H (header_file.h, linia 2).
  5. A doua directivă include din fișerul sursă C va copia conținutul fișierului de mai sus în locul unde este inclus (test_preprocesor.c, linia 2).
  6. Directiva ifndef verifică dacă macro-ul _HEADER_FILE_H_ nu este definit (header_file.h, linia 1).
  7. Deoarece el acum ESTE definit în cadrul include-ului anterior, tot textul dintre ifndef și endif se elimină (header_file.h, liniile 2-7).

Exemplu

  • Modificați fișierul test_preprocessor.c pentru a include header-ul header_file.h de două ori, conform exemplului de mai sus.
  • Rulați comanda make și confirmați dubla declarare a variabilei variable.
  • Adăugați gardă de incluziune fișierului header, conform exemplului de mai sus.
  • Rulați comanda make și confirmați că variabile variable este declarată o singură dată.