programozás alapjai - (gkxb intm023)rs1.sze.hu/~hatwagnf/prgalap/ea01.pdfezekkel m¶veleteket...

Programozás alapjai(GKxB_INTM023)

Dr. Hatwágner F. Miklós

Széchenyi István Egyetem, Gy®r

2019. augusztus 29.

Számítógép lehet®ségei

Tisztázandó kérdések:

Mit tud a számítógép? (programnyelvek, programok, . . . )

A feladat melyik részét célszer¶ számítógéppel megoldani?

Egyedi feladat → általános megoldás

Számítógép: információfeldolgozó eszköz

Beviteli(input)egységek

Kimeneti(output)egységek

Számítógép(háttértárakkal)

Dr. Hatwágner F. Miklós 1. el®adás

A Neumanni alapelvek

Lényege:

Soros utasítás végrehajtás

Bináris (kettes) számrendszer használata

Operatív tárban találhatóak az adatok és a program is (ld.még Harvard-architektúra)

Elektronikus m¶ködés¶

Általános felhasználhatóság

Központi vezérl®egység (automatikus m¶ködés)

Részei:Központi egység (Central Processing Unit, CPU)

Aritmetikai/logikai egység (Arithmetic/Logic Unit, ALU)Vezérl® egység (Control Unit, CU)

Memória

I/O egységekLd. Neumann-elvek


http://hu.wikipedia.org/wiki/Harvard-architekt%C3%BArahttp://en.wikipedia.org/wiki/Von_Neumann_architecture

Sínrendszer¶ számítógép funkcionális modellje

Processzor

ALU

CU

Regiszter-tömb

Memória

ROM RAM

Sín- vezérlő és meghajtó

Órajel-generátor

és meghajtó

I/O

Perifériavezérlő

DMAvezérlő

Megszakításvezérlő

Prioritásvezérlő

Perifériák


Számítógép lehet®ségei

Információ:adatprogram

AdatEgy feladat adatai mindazok az információk, amelyekb®l kiindulva,ezekkel m¶veleteket végezve, átalakítva a megoldásig eljuthatunk; és adatminden olyan információ, a megoldást megadó is, amely a kiindulóadatokból a m¶veletvégzés, az átalakítás során keletkezik.

Program

Program az az információ, amely leírja a számítógépnek, hogy hogyanm¶ködjön ahhoz, hogy a kiindulási adatokból a keresett megoldásel®álljon.

A program:utasításokból (információközlés, alaptevékenységek kérése) állmeghatározza a végrehajtási sorrendet


Adatok

Adatok kezelése:

konstansként (�literálként�, a megfelel® helyre írva)

változókkal

Tárolt adat mennyisége szerint a változó:

egyszer¶ (egyszerre egy adat)

összetett (adatcsoport)


Adatok

Egyszer¶ változók tulajdonságai

név (azonosító) → felhasználható karakterek, funkció,�beszédes elnevezés�típus

hogyan tárolják a memóriában (kódolás és tárterület mérete)milyen m¶velet végezhet® veleaz adat jellege (numerikus, szöveges → adatábrázolás)

memóriaterületértéket tárolja típusnak megfelel®enlegtöbbször kezdetben de�niálatlan


Fixpontos számábrázolás

El®jel nélküli eset

201810 = 2 · 103 + 0 · 102 + 1 · 101 + 8 · 100

201810 = 0000 0111 1110 00102 =1 · 210 + 1 · 29 + 1 · 28 + 1 · 27 + 1 · 26 + 1 · 25 + 1 · 21

201810 = 37428 = 3 · 83 + 7 · 82 + 4 · 81 + 2 · 80

201810 = 7E216 = 7 · 162 + 14 · 161 + 2 · 160

Egészrész 10-zel osztás maradéka

2018 8201 120 02 20

Egészrész 16-tal osztás maradéka

2018 2126 E7 70



Jellemz® hosszok: 8, 16, 32, 64 bit (1, 2, 4, 8 bájt; jellemz®ena bájt a legkisebb címezhet® egység → pre�xumok)Vunsigned integer =

∑N−1i=0 bi · 2i

Intervallum: [0; 2N − 1]

Bitek száma Értékek száma8 25616 65 53632 4, 29 · 10964 1, 84 · 1019



El®jelek használataKettes komplemens ábrázolásEgyes komplemens képzés, majd +1Érték −1-szerese: kivonás 2N -b®lEl®jelbit ↔ el®jelet jelz® bitVtwo's complement = −bN−1 · 2N−1 +

∑N−2i=0 bi · 2i

Intervallum: [−2N−1; 2N−1 − 1]

1 0000 0000− 0100 1100

1011 0100

256− 76

180

Bitminta Érték0111 1111 1270111 1110 126

......

0000 0001 10000 0000 01111 1111 −11111 1110 −2

......

1000 0000 −128Dr. Hatwágner F. Miklós 1. el®adás

Lebeg®pontos számábrázolás

Racionális számok ábrázolására

számok normálalakja

m · 2k , ahol m a mantissza, k a karakterisztika1/2 ≤ m < 10, 1111110001 · 210 = 201810Minta 128 többletes karakterisztikával adott adatra:

01111110 00100000 00000000|100010102 = 201810

IEEE754


http://www.h-schmidt.net/FloatConverter/IEEE754.html

Karakterek kódolása

Karakterekbet¶k, számjegyek, írásjelek, . . .PC-világ: ASCII (American Standard Code for InformationInterchange)7 bites kód: az alsó 128 karakter mindig ua., a fels®kkódlapfügg®k (pl. 852)az els® 32 érték vezérl®jelbet¶k: ABC-sorrend, számjegyek érték szerint növekv®enúj karakterkódolási módok (ld. Unicode)

Szöveg kódolásakarakterlánc (sztring, karaktersorozat, karakterfüzér, . . . )�C� nyelv: lánczáró 0 karakter → méret: karakterek száma + 1Pascal: els® bájt a karakterlánc hossza (lánchossz limitált)

'J' 'a' 'n' 'i' '\0'74 97 110 105 0

0100 1010 0110 0001 0110 1110 0110 1001 0000 00004A 61 6E 69 00


http://en.wikipedia.org/wiki/Asciihttp://en.wikipedia.org/wiki/Unicode

Összetett változók

Adatcsoportot ír le. Típusai, pl.:

tömb

struktúra (Pascal: rekord)

Tömb 4. tulajdonsága a dimenziója, az adatok elrendezése:

egydimenziós (vektor, sor)

kétdimenziós (mátrix, táblázat)

Indexelés:

elemek megszámozása

0 ≤ x < méret, x ∈ NT[0], T[1], . . . , T[10]

T

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


Összetett változók

Tömb minden típusból képezhet®.

Tömbelem mindenhol használható, ahol egyszer¶ változó is.

A karakterlánc egydimenziós tömb.

s

0 1 2 3 4

'J' 'a' 'n' 'i' '\0'

Vegyük észre, hogy

a bet¶k száma 4,

és s[4] a lánczáró '\0'.

Jelek tekinthet®k:

karakternek

egész számértéknek


Programozási nyelvek

Gépi kód

Assembly

pelda02.asm (Forrás: Agárdi Gábor: Gyakorlati Assembly)

Pelda02 Segment ; S z e gme n s d e f i n i c i o .assume c s : Pelda02 , ds : Pe lda02 ; Cs es ds r e g i s z t e r e k b e a l l i −

; t a s a a szegmens e l e j e r e .S t a r t : mov ax , Pe lda02 ;A ds r e g i s z t e r b e a l l i t a s a .

mov ds , axmov ax , 0 b800h ;A kepernyomemor ia szegmens−mov es , ax ; c imet es r e g i s z t e r b e t o l t i .mov d i , 1146 ;A d i i n d e x r e g i s z t e r b e

; b e a l l i t j a az o f f s e t c i m e t .mov a l , " A " ; Al r e g i s z t e r b e az "A" betu

; a s c i i k od j a t t o l t i .mov ah , 7 ;A betu s z i n e t f e k e t e a l apon

; f e h e r s z i n u r e a l l i t j a .mov es : [ d i ] , ax ; Az es : d i a l t a l mutatot t

; c imre i r j a ax t a r t a lma t azaz; a f e k e t e a l apon f e h e r "A"; b e t u t .

mov ax , 4 c00h ; K i l e p e s a DOS−ba .i n t 21h

Pelda02 Ends ;A szegmens v e g e .End S t a r t ;A program vege



CDennis Ritchie, Bell Laboratories (1969-1973): C programnyelv→ UNIX operációs rendszer�Szabványok�: K&R (1978), ANSI (vagy C89, 1989), C99, C11.Tulajdonságok: általános célú, imperatív (parancsoló, aprogramnak hogyan kell m¶ködnie a megfelel®állapotváltozások eléréséhez), strukturált (forrásfájlok,blokkok, ciklusok, stb. → áttekinthet®ség)

C++Bjarne Stroustroup (1979): �C with Classes��Szabványok�: C++ (1983), �The C++ ProgrammingLanguage� (1985), . . . , ISO/IEC 14882:2017Tulajdonságok, általános célú, procedurális, funkcionális,objektum-orientált, nagyrészt C kompatibilis



IrodalomBrian W. Kernighan, Dennis M. Rithcie: A C programozásinyelv - Az ANSI szerint szabványosított változatBenk® László, Benk® Tiborné, Tóth Bertalan: ProgramozzunkC nyelven! - Kezd®knek - középhaladóknakBauer Péter: C programozásBauer Péter, Hatwágner F. Miklós: Programozás I-IIBjarne Stroustrup: A C++ programozási nyelv I-II. kötet

SzoftverekMicrosoft Visual StudioQT Creator IDEGNU Compiler CollectionCode::BlocksGeany


https://bookline.hu/product/home.action?_v=_&id=2371&type=22https://bookline.hu/product/home.action?_v=_&id=2371&type=22https://www.libri.hu/konyv/benko_laszlo.programozzunk-c-nyelven-1.htmlhttps://www.libri.hu/konyv/benko_laszlo.programozzunk-c-nyelven-1.htmlhttp://jegyzet.sze.hu/https://www.libri.hu/konyv/bjarne_stroustrup.a-c-programozasi-nyelv-i-ii-kotet.htmlhttp://it.sze.hu/hirek2/imaginehttps://www.qt.io/qt-features-libraries-apis-tools-and-ide/#idehttps://gcc.gnu.org/http://www.codeblocks.org/https://www.geany.org/


Tiobe programozási nyelv népszer¶ségi index, 2018. szeptember


https://www.tiobe.com/tiobe-index/


#i n c l u d e

i n t main ( v o i d ) {i n t i ;f o r ( i =1; i

v a r uzene t = "" ;f o r ( v a r i =1; i

Forrásfájltól a futtatásig

1 Forrásszöveg megszerkesztése (többnyire .c kiterjesztés, ASCIIszövegfájl)

/∗ Ez a s o r egy meg jegyzes ∗/#in c l u d e

i n t main ( vo id ) {p r i n t f ( "Ez az e l s o C programunk !\ n" ) ;r e t u r n 0 ;

}


/* Ez a sor egy megjegyzes */#include

int main(void) { printf("Ez az elso C programunk!\n"); return 0;}

HFMKattintson duplán a minta megtekintéséhez!


2 Összeállítás (build)

gcc -Wall -o elso elso.c

Parancssori kapcsolók jelentése

-WallKönnyen elkerülhet®, sokak által megkérd®jelezhet®nek tartottmegoldásokra (potenciális hibákra) �gyelmeztet

-oA futtatható fájl nevét lehet utána megadni (ami itt elso)

3 Futtatás

Linux terminál

wajzy@wajzy-notebook:~/Dokumentumok/gklb_intm023/ea01$ ./elso

Ez az elso C programunk!

wajzy@wajzy-notebook:~/Dokumentumok/gklb_intm023/ea01$



Az összeállítási folyamat résztevékenységei1 Fordítás (compiler)

elso.c fordító elso.o

Fordítás (compile) GCC-vel

gcc -Wall -c elso.c

Parancssori kapcsolók jelentése-c

Csak fordítást eredményez, végrehajtható fájl nem jön létre

Üzenetek típusai:hibaüzenetek (error) → szintaktikai hiba, nem jön létretárgymodul�gyelmeztet® üzenetek (warning) → �gyelmeztetés gyanúsmegoldásra, javaslattétel, létrejön a tárgymodul (object �le)



Az összeállítási folyamat résztevékenységei2 Kapcsoló-szerkesztés (link)

fv.-ek tárgykódja: statikus könyvtárakban (.lib, run-time libraryvagy standard library)

gcc -o elso elso.o

elso.oindító program (.o)

könyvtárak (.lib)elsokapcsoló-szerkesztő

A kapcsoló-szerkeszt® hibaüzenetei



elso.c

elso.o}

}Fordításgcc -Wall -c elso.c

Kapcsoló-szerkesztésgcc -o elso elso.oelso

{

Öss

zeál

lítás

gcc

-Wal

l -o

elso

els

o.c

indítóprogram könyvtárak



/∗ Ez a s o r egy meg jegyzes ∗/#in c l u d e

i n t main ( vo id ) {p r i n t f ( "Ez az e l s o C programunk !\ n" ) ;r e t u r n 0 ;

}


/* Ez a sor egy megjegyzes */#include

int main(void) { printf("Ez az elso C programunk!\n"); return 0;}

HFMKattintson duplán a minta megtekintéséhez!


Megjegyzések:

// után a sor végéig (csak C99 vagy újabb fordítókkal)

/* és */ között akár több soron át

Az el®feldolgozó törli ®ket

Direktívák:

# kezdet¶ sorok

#include beszerkeszti a fejfájl (header) tartalmát → pl.konstansok, könyvtári függvények használatához (pl./usr/include/stdio.h)

Direktíva, megjegyzés: el®feldolgozó (preprocessor) dolgozza fel

elso.cfordító

elso.oelőfeldolgozó



A main függvény

Függvény: adatok és végrehajtható utasítások csoportja.M¶ködésük paraméterekkel hangolható, értéket adhatnakvissza.

Függvény de�níció: teljes információt szolgáltat a függvényr®l

típus függvénynév(formális-paraméterlista) { függvény-test }

A main speciális: a program belépési pontja (entry point)

Állapotkódot ad vissza az OS-nek (0: minden OK)

Visszatérési érték: return után

; utasítás (statement) végének jelzése



Szabványos folyamok

Kimenet (stdout, ≈ képerny®), használata pl. printf-felBemenet (stdin, ≈ billenty¶zet), használata pl. scanf-felHiba (stderr, ≈ képerny®), használata pl. fprintf-fel (nempu�erelt)

A printf függvény hívása

Célja: üzenetek megjelenítése

Az idéz®jelek közötti karakterláncot nyomtatja a szabványkimenetre

A \n ún. escape-szekvencia, nem nyomtatható karakterekmegadására


Forrásfájltól a programfuttatásig

Esc. szekv. Jelentés\a �gyelmeztet® jelzés (bell, cseng®)\b visszalépés (backspace)\f lapdobás (form feed)\n új sor (new line)\r kocsi vissza (carriage return)\t vízszintes tabulátor (horizontal tab, HTAB)\v függ®leges tabulátor (vertical tab, VTAB)\\ fordított törtvonal (backslash)\? kérd®jel\' aposztróf\" idéz®jel\ooo oktális szám\xhh hexadecimális szám\0 zérus ASCII kódú karakter


programozás alapjai - (gkxb intm023)rs1.sze.hu/~hatwagnf/prgalap/ea01.pdfezekkel m¶veleteket...

Documents