В программах на языке Си используются два множества символов: множество символов языка Си и множество представимых символов. Множество символов языка Си содержит буквы, цифры и знаки пунктуации, которые имеют определенный смысл для компилятора языка Си. Программы на языке Си строятся путем комбинирования в осмысленные синтаксические конструкции символов из множества символов языка Си.

Множество символов языка Си является подмножеством множества представимых символов. Множество представимых символов состоит из всех букв, цифр и символов, которые могут быть представлены как отдельный символ на клавиатуре данного персонального компьютера.

Программа на языке Си может содержать только символы из множества символов языка Си, однако внутри символьных строк, символьных констант и комментариев может быть использован любой представимый символ. Компилятор языка Си выдает сообщение об ошибке при обнаружении неверно использованных символов.

В последующих разделах описываются символы из множества символов языка Си и объясняются правила их использования.

Множество символов языка Си включает прописные и строчные буквы латинского алфавита и арабские цифры:

прописные латинские буквы: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ;

строчные латинские буквы: abcdefghijkimnopqrstuvwxyz;

десятичные цифры: 0123456789.

Буквы и цифры используются при формировании констант, идентификаторов и ключевых слов (эти конструкции описаны ниже).

Компилятор языка Си рассматривает одну и ту же прописную и строчную буквы как различные символы.

Символы пробел, табуляция, перевод строки, возврат каретки, новая страница, вертикальная табуляция и новая строка называются пробельными, поскольку они имеют то же самое назначение, что и пробелы между словами и строками в тексте на естественном языке. Эти символы отделяют друг от друга лексемы, например константы и идентификаторы.

Символ CONTROL-Z (шестнадцатеричный код 1А) рассматривается как индикатор конца файла. Он автоматически вставляется текстовым редактором при создании файла в его конец. Компилятор языка Си завершает обработку файла с исходным текстом программы при обнаружении символа CONTROL-Z.

Компилятор языка Си игнорирует пробельные символы, если они используются не как компоненты символьных констант или символьных строк. Это позволяет использовать столько пробельных символов, сколько нужно для повышения наглядности программы.

Комментарии компилятор языка Си также рассматривает как пробельные символы.

Разделители из множества символов языка Си используются для различных целей, от организации текста программы до определения указаний компилятору языка Си. Разделители перечислены в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Специальные символы предназначены для представления пробельных и неграфических символов в строках и символьных константах. Обычно они используются для спецификации таких действий, как возврат каретки и табуляция для терминалов и принтеров, а также для представления символов, имеющих особый смысл (например, двойная кавычка). Специальный символ состоит из обратного слэша, за которым следует либо буква, либо знаки пунктуации, либо комбинация цифр. В таблице 1.2 приведен список специальных символов языка Си.

В СП ТС шестнадцатеричное значение байта может задаваться не только как \х, но и как \Х.

В СП ТС, помимо перечисленных специальных символов, имеется еще один: \?—знак вопроса (код Ox3F). Он введен в состав языка Си для совместимости со стандартом ANSI на язык Си. Стандарт ANSI предусматривает использование пары знаков вопроса (??) в качестве признака последовательности, представляющей какой-либо символ, который может не иметь представления на клавиатуре терминала. Если же необходимо просто записать подряд два знака вопроса (например, в символьной строке), следует записать их так: ?\?. В СП ТС, однако, не реализованы последовательности, начинающиеся знаками ??, поэтому использование специального символа \? необязательно.

Таблица 1.2.

Операции — это комбинации символов, специфицирующие действия по преобразованию значений. Компилятор языка Си интерпретирует каждую из этих комбинаций как самостоятельную лексему.

В таблице 1.3. представлен список операций. Операции должны использоваться точно так, как они представлены в таблице,' без пробельных символов между символами в тех операциях, которые представлены несколькими символами.

Операция sizeof не включена в эту таблицу, поскольку задается ключевым словом, а не символом.

Таблица 1.3.

Константа — это число, символ или строка символов. Константы используются в программе для задания постоянных величин. В языке Си различают четыре типа констант: целые, с плавающей точкой, символьные константы и символьные строки.

Целая константа — это десятичное, восьмеричное или шестнадцатеричное число, которое представляет целое значение. Десятичная константа имеет следующий формат представления:

<цифры>

<цифры> — последовательность из одной или более десятичных цифр от 0 до 9.

Восьмеричная константа имеет следующий формат представления:

0<в-цифры>

<в-цифры>—это одна или более восьмеричных цифр от 0 до 7. Запись нуля впереди обязательна.

Шестнадцатеричная константа имеет следующий формат представления:

0х<ш-цифры> или 0Х<ш-цифры>

<ш-цифры> —одна или более шестнадцатеричных цифр. Шестнадцатеричная цифра может быть цифрой от 0 до 9 или буквой (большой или малой) от А до F. Допускается "смесь" больших и малых букв. Запись нуля впереди и следующего за ним символа х или Х обязательна.

Между цифрами целой константы пробельные символы недопустимы. В таблице 1.4 приведены примеры целых констант. Константы, записанные в одной строке таблицы, используются для представления одного и того же значения.

Таблица 1.4.

Константа с плавающей точкой — это действительное десятичное положительное число. Оно включает целую часть, дробную часть и экспоненту. Константы с плавающей точкой имеют следующий формат представления:

[<цифры>][.<цифры>][<э>[-]<цифры>]

<цифры> —одна или более десятичных цифр (от 0 до 9); <э>—признак экспоненты, задаваемый символом Е или е. Либо целая, либо дробная часть константы может быть опущена, но не обе сразу. Либо десятичная точка с дробной частью, либо экспонента может быть опущена, но не обе сразу.

Экспонента состоит из символа экспоненты, за которым следует целочисленное значение экспоненты, возможно со знаком плюс или минус.

Между цифрами или символами константы пробельные символы недопустимы.

Примеры констант с плавающей точкой:

15.75

1.575Е1

1575е-2

25.

Примеры констант с плавающей точкой с опущенной целой частью:

.75

.0075е2

Константы с плавающей точкой всегда специфицируют положительные значения. Если требуются отрицательные значения, то необходимо сформировать константное выражение и? знака минус и следующей за ним константы. Знак минус рассматривается при этом как арифметическая операция.

Примеры:

-0.0025

-2.5е-3

-.125

-.175Е-2

Все константы с плавающей точкой имеют тип double. В СП ТС можно явно присвоить константе тип float, добавив к ней суффикс f или F.

Символьная константа — это буква, цифра, знак пунктуации или специальный символ, заключенный в апострофы. Значение символьной константы равно коду представляемого ею символа. Символьная константа имеет следующую форму представления:

'<символ>'

<Символ> может быть любым символом из множества представимых символов (в том числе любым специальным символом), за исключением символов апостроф ('), обратный слэш (\) и новая строка.

Для представления символов апостроф и обратный слэш в качестве символьной константы необходимо вставить перед ними символ обратный слэш — '\'' и '\\'. Для представления символа новой строки используется запись '\n' (см. раздел 1.1.4).

Примеры символьных констант приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.7.

Символьная строка — это последовательность символов, заключенная в двойные кавычки. Символьная строка рассматривается как массив символов, каждый элемент которого представляет отдельный символ. Символьная строка имеет следующую форму представления:

"<символы>"

<символы> — это произвольное (в том числе нулевое) количество символов из множества представимых символов, за исключением символов двойная кавычка ("), обратный слэш (\) и новая строка. Чтобы использовать эти символы внутри символьной строки, нужно представить их с помощью соответствующих специальных символов, как показано на следующих примерах:

"Это символьная строка\n"

"Первый \\ Второй"

"\"Да, конечно,\"— сказала она."

"Следующая строка — пустая:"

""

Для формирования символьных строк, занимающих несколько строк текста программы, используется комбинация символов — обратный слэш и новая строка. Компилятор языка Си проигнорирует эту комбинацию символов, а символьные строки объединит и представит в памяти как одну строку. Например, символьная строка:

"Длинные строки могут быть раз\

биты на части."

идентична строке:

"Длинные строки могут быть разбиты на части."

В СП MSC версии 5.0 и в СП ТС для формирования символьных строк, занимающих несколько строк текста программы, не требуется применения комбинации символов обратный слэш и новая строка. Символьные строки, следующие друг за другом и не разделенные ничем, кроме пробельных символов, объединяются компилятором языка Си в одну строку.

Например, программа

main()

{

char *р;

p = "Данная программа — пример того, как можно"

" автоматически\nосуществлять объединение"

" строк в очень длинную строку;\n"

" такая форма записи может повысить"

" наглядность программ.\n";

printf("%s", p);

}

напечатает следующий текст:

Данная программа—пример того, как можно автоматически

осуществлять объединение строк в очень длинную строку;

такая форма записи может повысить наглядность программ.

Каждый символ символьной строки (в том числе каждый специальный символ) хранится в отдельном байте оперативной памяти. Нулевой символ ('\0') автоматически добавляется в качестве последнего байта символьной строки и служит признаком ее конца. Каждая символьная строка в программе рассматривается как отдельный объект; если в программе содержатся две идентичные символьные строки, то они будут занимать две различные области оперативной памяти.

В СП ТС реализована опция компиляции, позволяющая хранить в памяти только одну из идентичных строк.

Тип символьной строки—массив элементов типа char. Число элементов в массиве равно числу символов в символьной строке плюс один, поскольку нулевой символ (признак конца символьной строки) тоже является элементом массива.

Синтаксис описателей рекурсивными правилами:

<идентификатор>

<описатель> []

<описатель> [<константное-выражение>]

*<описатель>

<описатель>()

<описатель>(<список типов аргументов>)

(<описатель>)

Описатели в языке Си позволяют объявить следующие объекты: простые переменные, массивы, указатели и функции. В простейшем случае, если объявляется простая переменная базового типа, либо структура, либо объединение, описатель представляет собой идентификатор. При этом объекту присваивается тип, заданный спецификацией типа.

Для объявления массива значений специфицированного типа, либо функции, возвращающей значение специфицированного типа, либо указателя на значение специфицированного типа, идентификатор дополняется, соответственно, квадратными скобками (справа), круглыми скобками (справа) или звездочкой (слева). В дальнейшем будем называть квадратные скобки, круглые скобки и звездочку признаками типа массив, функция и указатель, соответственно.

Следующие примеры иллюстрируют простейшие формы описателей:

int list(20] —массив list значений целого типа;

char *ср -указатель ср на значение типа char;

double func() —функция func, возвращающая значение типа double.

Составной описатель — это идентификатор, дополненный более чем одним признаком типа массив, указатель или функция.

С одним идентификатором можно образовать множество различных комбинаций признаков типа массив, указатель или функция. Некоторые комбинации недопустимы. Например, массив не может содержать в качестве элементов функции, а функция не может возвращать массив или функцию.

При интерпретации составных описателей сначала рассматриваются квадратные скобки и круглые скобки, расположенные справа от идентификатора. Квадратные и круглые скобки имеют одинаковый приоритет. Они интерпретируются слева направо. После них справа налево рассматриваются звездочки, расположенные слева от идентификатора. Спецификация типа рассматривается на последнем шаге после того, как описатель уже полностью проинтерпретирован.

Для изменения действующего по умолчанию порядка интерпретации описателя можно использовать внутри него круглые скобки.

Правило интерпретации составных описателей может быть названо чтением "изнутри — наружу". Начать интерпретацию нужно с идентификатора и проверить, есть ли справа от нега открывающие квадратные или круглые скобки. Если они есть, то проинтерпретировать правую часть описателя. Затем следует проверить, есть ли слева от идентификатора звездочки, и, если они есть, проинтерпретировать левую часть. Если на какой-либо стадии интерпретации справа встретится закрывающая круглая скобка (которая используется для изменения порядка интерпретации описателя), то необходимо сначала полностью провести интерпретацию внутри данной пары круглых скобок, а затем продолжить интерпретацию справа от закрывающей круглой скобки.

На последнем шаге интерпретируется спецификация типа. После этого тип объявленного объекта полностью известен.

Следующий пример иллюстрирует применение правила интерпретации составных описателей. Последовательность шагов интерпретации пронумерована.

char*(*(*var)())[10].

7 6 4 2 1 3 5

1. Идентификатор var объявлен как

2. Указатель на

3. Функцию, возвращающую

4. Указатель на

5. Массив из 10 элементов, которые являются

6. Указателями на

7. Значения типа char.

В приведенных ниже примерах обратите внимание на то, как применение круглых скобок может изменять смысл объявлений.

1. int *var[5]; — массив var указателей на значения типа int.

2. int (*var)[5]; — указатель var на массив значений типа int.

3. long *var(); — функция var, возвращающая указатель на значение типа long.

4. long (*var)(); — указатель var на функцию, возвращающую значение типа long.

5. struct both {

int a;

char b;

}(*var[5])(); - массив var указателей на функции, возвращающие структуры типа both.

6. double (*var())[3]; — функция var, возвращающая указатель на массив из трех значений типа double.

7. union sign {

int x;

unsigned y;

} **var[5][5]; — массив var, элементы которого являются массивами указателей на указатели на объединения типа sign.

8. union sign *(*var[5])[5]; — массив var, элементы которого являются указателями на массив указателей на объединения типа sign.

Пояснения к примерам:

В первом примере var объявляется как массив, поскольку признак типа массив имеет более высокий приоритет, чем признак типа указатель. Элементами массива являются указатели на значения типа int.

Во втором примере скобки меняют смысл объявления из первого примера. Теперь признак типа указатель применяется раньше, чем признак типа массив, и переменная var объявляется как указатель на массив из пяти значений типа int.

В третьем примере, поскольку признак типа функция имеет более высокий приоритет, чем признак типа указатель, var объявляется как функция, возвращающая указатель на значение типа long.

Четвертый пример аналогичен второму. С помощью скобок обеспечивается применение признака типа указатель прежде, чем признака типа функция, поэтому переменная var объявляется как указатель на функцию, возвращающую значение типа long.

Элементы массива не могут быть функциями. Однако в пятом примере показано, как объявить массив указателей на функции. В этом примере переменная var объявлена как массив из пяти указателей на функции, возвращающие структуры типа both. Заметьте, что круглые скобки, в которые заключено выражение var[5], обязательны. Без них объявление становится недопустимым, поскольку объявляется массив функций:

struct both *var[5] (struct both, struct both);

В шестом примере показано, как объявить функцию, возвращающую указатель на массив. Здесь объявлена функция var, возвращающая указатель на массив из трех значений типа double. Тип аргумента функции задан составным абстрактным описателем (см. раздел 3.8.3), также специфицирующим указатель на массив из трех значений типа double, В отсутствие круглых скобок, заключающих звездочку, типом аргумента был бы массив из трех указателей на значения типа double.

В седьмом примере показано, что указатель может указывать на другой указатель, а массив может содержать массивы. Здесь var является массивом из пяти элементов. Каждый элемент, в свою очередь, также является массивом из пяти элементов, каждый из которых является указателем на указатель на объединение типа sign. Массив массивов является аналогом двумерного массива в других языках программирования.

В восьмом примере показано, как круглые скобки изменили смысл объявления из седьмого примера. В этом примере var является массивом из пяти указателей на массив из пяти указателей на объединения типа sign.

В этом разделе дано последовательное описание синтаксиса и семантики объявлений переменных. Разновидности переменных перечислены в следующей таблице:

Таблица 3.4.

Синтаксис:

<спецификация типа> <идентификатор> [,<идентификатор>…];

Объявление простой переменной определяет имя переменной и ее тип. Имя переменной задается <идентификатором>. <Спецификация типа> задает тип переменной. Тип может быть базовым типом, либо типом структура, либо типом объединение. Если спецификация типа опущена, предполагается тип int.

Можно объявить несколько переменных в одном объявлении, задавая список <идентификаторов>, разделенных запятыми. Каждый <идентификатор> в списке именует отдельную переменную. Все переменные, заданные в таком объявлении, имеют одинаковый тип.

Примеры.

int х; /* пример 1 */

unsigned long reply, flag; /* пример 2 */

double order; /* пример 3 */

В первом примере объявляется простая переменная х. Эта переменная может принимать любое значение из области значений типа int.

Во втором примере объявлены две переменные: reply и flag. Обе переменные имеют тип unsigned long.

В третьем примере объявлена переменная order, которая имеет тип double. Этой переменной могут быть присвоены значения с плавающей точкой.

Синтаксис:

enum [<тег>]{<список-перечисления>} <описатель>[,<описатель>…];

enum <тег> <идентификатор> [<идентификатор>…];

Объявление переменной перечислимого типа задает имя переменной и определяет список именованных констант, называемый списком перечисления. Каждому элементу списка перечисления ставится в соответствие целое число. Переменная перечислимого типа может принимать только значения из своего списка перечисления. Элементы списка имеют тип int. Поэтому переменной перечислимого типа выделяется ячейка памяти, необходимая для размещения значения типа int. Перечислимый тип, таким образом, представляет собой подмножество целого типа. Над объектами перечислимого типа определены те же операции, что и над объектами целого типа.

<Описатель> специфицирует либо переменную перечислимого типа, либо указатель на значение перечислимого типа, либо массив элементов перечислимого типа, либо функцию, возвращающую значение перечислимого типа, либо более сложный объект, являющийся комбинацией перечисленных типов.

Объявление переменной перечислимого типа начинается с ключевого слова enum и имеет две формы представления.

В первой форме задается список перечисления, содержащий именованные константы. Необязательный <тег> — это идентификатор, который именует перечислимый тип, специфицированный данным списком перечисления, <идентификатор> — это имя переменной перечислимого типа. В одном объявлении может быть описано более одной переменной данного перечислимого типа.

Во второй форме объявления список перечисления отсутствует, однако используется <тег>, который ссылается на перечислимый тип, объявленный в другом месте программы. Если заданный тег ссылается на неизвестный перечислимый тип либо область действия определения этого перечислимого типа не распространяется на текущий блок, то компилятор языка Си сообщает об ошибке. Допускаются объявление указателя на перечислимый тип и объявление typedef для перечислимого типа, использующие тег ранее не определенного перечислимого типа. Однако этот тип должен быть определен к моменту использования этого тега или типа, объявленного посредством typedef.

<Список-перечисления> содержит одну или более конструкций вида:

<идентификатор> [=<константное-выражение>]

Конструкции в списке разделяются запятыми. Каждый <идентификатор> именует элемент списка перечисления. По умолчанию, если не задано <константное-выражение>, первому элементу присваивается значение 0, следующему элементу—значение 1 и т. д. Элемент списка перечисления является константой.

Запись =<константное-выражение> изменяет умалчиваемую последовательность значений. Элемент, идентификатор которого предшествует записи =<константное-выражение>, принимает значение, задаваемое этим константным выражением. Константное выражение должно иметь тип int и может быть как положительным, так и отрицательным. Следующий элемент списка получает значение, равное <константное-выражение>+1, если только его значение не задается явно другим константным выражением.

В списке перечисления могут содержаться элементы, которым сопоставлены одинаковые значения, однако каждый идентификатор в списке должен быть уникальным. Например, двум различным идентификаторам null и zero может быть задано значение 0 в одном и том же списке перечисления. Кроме того, идентификатор элемента списка перечисления должен быть отличным от идентификаторов элементов всех остальных списков перечислений с той же областью действия, а также от других идентификаторов с той же областью действия (см. раздел 2.5). Тег перечислимого типа должен быть отличным от тегов других перечислимых типов, структур и объединений с той же самой областью действия.

Примеры.

/* пример 1 */

enum day {

SATURDAY,

SUNDAY = 0,

MONDAY,

TUESDAY,

WEDNESDAY,

THURSDAY,

FRIDAY

} workday;

Структура позволяет объединить в одном объекте совокупность значений, которые могут иметь различные типы. Однако в языке Си реализован очень ограниченный набор операций над структурами как единым целым: передача функции в качестве аргумента, возврат в качестве значения функции, получение адреса. Можно присваивать одну структуру другой, если они имеют одинаковый тег.

Синтаксис:

struct [<тег>] {<список-объявлений-элементов>} <описатель> [,<описатель>…];

struct <тег> <описатель> [,<описатель>…];

Объявление структуры может задавать имя структурного типа и/или последовательность объявлений переменных, называемых элементами структуры. Эти элементы могут иметь различные типы.

Объявление структуры начинается с ключевого слова struct и имеет две формы записи, как показано выше. В первой форме типы и имена элементов структуры специфицируются в списке объявлений элементов. Необязательный в данном случае <тег> — это идентификатор, который именует структурный тип, определенный данным списком объявлений элементов.

<Описатель> специфицирует либо переменную структурного типа, либо указатель на структуру данного типа, либо массив структур данного типа, либо функцию, возвращающую структуру данного типа, либо более сложный объект, являющийся комбинацией перечисленных типов.

Вторая синтаксическая форма объявления использует тег структуры для ссылки на структурный тип, определенный где-то в другом месте программы. В этой форме объявления список объявлений элементов отсутствует. Объявление должно находиться в области действия данного тега, т. е. определение структурного типа, именованного тегом, должно предшествовать объявлению, использующему этот тег, за исключением двух случаев: когда тег используется для объявления либо указателя на структуру, либо структурного типа в typedef. Однако при этом определение структурного типа должно предшествовать использованию данного указателя либо типа, объявленного посредством typedef.

Список объявлений элементов представляет собой последовательность из одного или более объявлений переменных или битовых полей (см. ниже). Каждая переменная, объявленная в этом списке, называется элементом структуры. Особенность синтаксиса объявлений переменных в списке состоит в том, что они не могут содержать спецификаций класса памяти и инициализаторов. Элементы структуры могут иметь базовый тип, либо быть массивом, указателем, объединением или, в свою очередь, структурой.

Элемент структуры не может быть структурой того же типа, в которой он содержится. Однако он может быть объявлен как указатель на тип структуры, в которую он входит. Это позволяет создавать связанные списки структур.

Идентификаторы элементов структуры должны различаться между собой. Идентификаторы элементов разных структур могут совпадать. В пределах одной области действия тег структурного типа должен отличаться от тегов других структурных типов, тегов объединений и перечислимых типов.

Элементы структуры запоминаются в памяти последовательно в том порядке, в котором они объявляются: первому элементу соответствует меньший адрес памяти, а последнему — больший. Однако в СП ТС, если в одном объявлении содержатся описатели нескольких элементов, порядок их размещения в памяти будет обратным. Каждый элемент в памяти выровнен на границу, соответствующую его типу. Для микропроцессора Intel 8086/8088 это означает, что любой элемент, отличный от типа char или unsigned char, выравнивается на четную границу. Поэтому внутри структур могут появляться неименованные, пустые участки памяти между соседними элементами.

В версии 4.0 СП MSC элемент структуры, представляющий собой структуру нечетной длины, дополняется лишним байтом в конце, чтобы его длина стала четной. В версии 5.0 СП MSC это дополнение лишним байтом производится только в том случае, когда тип следующего элемента структуры требует его размещения с четного адреса.

В СП ТС по умолчанию выравнивания в структурах не производится, однако существует опция компиляции, специфицирующая выравнивание. При этом обеспечивается следующее:

—структура будет начинаться на границе машинного слова (иметь четный адрес);

—любой элемент, имеющий тип, отличный от char или unsigned char, будет иметь четное смещение от начала структуры;

—чтобы структура содержала четное число байтов, в конец структуры будет при необходимости добавлен лишний байт.

Битовые поля структур используются преимущественно в двух целях: для экономии памяти, поскольку позволяют плотно упаковать значения, и для организации удобного доступа к регистрам внешних устройств, в которых различные биты могут иметь самостоятельное функциональное назначение.

Объявление битового поля имеет следующий синтаксис:

<спецификация типа> [<идентификатор>]:<константное выражение>;

Битовое поле состоит из некоторого числа разрядов машинного слова. Число разрядов, т.е. размер битового поля, задается <константным виражением>. Константное выражение должно иметь неотрицательное целое значение. Это значение не может превышать числа разрядов, требуемого для представления значения специфицированного типа. Для битового поля в версия 4.0 СП MSC спецификация типа должна задавать беззнаковый целый тип (unsigned int). Для версии 5.0 СП MSC спецификация типа может задавать как знаковый, так и беззнаковый целый тип, причем любого размера — char, int, long. Однако знаковый целый тип для битовых полей реализован лишь синтаксически, а в выражениях битовые поля участвуют как беззнаковые значения. Недопустимы массивы битовых полей, указатели на битовые поля и функции, возвращающие битовые поля. Нельзя применять к битовым полям операцию адресации (&).

<Идентификатор> именует битовое поле. Его наличие, однако, необязательно. Неименованное битовое поле означает пропуск соответствующего числа битов перед размещением следующего элемента структуры. Неименованное битовое поле, для которого указан нулевой размер, имеет специальное назначение: оно гарантирует, что память для следующей переменной в этой структуре (в том числе и для следующего битового поля) будет начинаться на границе машинного слова (int). В версии 5.0 СП MSC выравнивание будет производиться на границу того типа, который задан для неименованного битового поля (char, int или long).

Битовое поле не может выходить за границу ячейки объявленного для него типа. Например, битовое поле, объявленное с типом unsigned int, упаковывается либо в пространство, оставшееся в текущей ячейке unsigned int от размещения предыдущего битового поля, либо, если предыдущий элемент структуры не был битовым полем или памяти в текущей ячейке недостаточно, в новую ячейку unsigned int.

В СП ТС битовое поле может иметь либо тип unsigned int, либо тип signed int. Поля целого типа хранятся в дополнительном коде; крайний левый бит — знаковый. Например, битовое поле типа signed int размером 1 бит может только хранить значение ‑1 и 0, т.к. любое ненулевое значение будет интерпретироваться как -1.

Примеры:

/* пример 1 */

struct {

float х, у;

} complex;

Объединение позволяет в разные моменты времени хранить в одном объекте значения различного типа. В процессе объявления объединения с ним ассоциируется набор типов значений, которые могут храниться в данном объединении. В каждый момент времени объединение может хранить значение только одного типа из набора. Контроль над тем, какого типа значение хранится в данный момент в объединении, возлагается на программиста. Синтаксис:

union [<тег>] {<список-объявлений-элементов>} <описатель> [,<описатель>…];

union <тег> <описатель> [,<описатель>…];

Объявление объединения специфицирует его имя и совокупность объявлений переменных, называемых элементами объединения, которые могут иметь различные типы.

Объявление объединения имеет тот же синтаксис, что и объявление структуры, за исключением того, что оно начинается с ключевого слова union, а не с ключевого слова struct. Кроме того, СП MSC (в отличие от СП ТС) не допускает в объединении битовые поля.

Память, которая выделяется переменной типа объединение, определяется размером наиболее длинного из элементов объединения. Все элементы объединения размещаются в одной и той же области памяти с одного и того же адреса. Значение текущего элемента объединения теряется, когда другому элементу объединения присваивается значение.

Примеры:

/* пример 1 */

union sign {

int svar;

unsigned uvar;

} number;

Синтаксис:

[<спецификация типа]> <описатель> [<константное выражение>];

[<спецификация типа]> <описатель> [];

Квадратные скобки, следующие за описателем, являются элементом языка Си, а не признаком необязательности синтаксической конструкции.

Массив позволяет хранить как единое целое последовательность переменных одинакового типа. Объявление массива определяет тип элементов массива и его имя. Оно может определять также число элементов в массиве. Переменная типа массив участвует в выражениях как константа - указатель на значение заданного спецификацией типа. Если спецификация типа опущена, предполагается тип int.

Объявление массива может иметь одну из двух синтаксических форм, указанных выше. Квадратные скобки, следующие за <описателем>, являются признаком типа массив. Если <описатель> представляет собой идентификатор (имя массива), то объявляется массив элементов специфицированного типа. Если же <описатель> представляет собой более сложную конструкцию (см. раздел 3.3.1), то каждый элемент массива имеет тип, заданный совокупностью <спецификации типа> и оставшейся части описателя. Это может быть любой тип, кроме типов void и функция. Таким образом, элементы массива могут иметь базовый, перечислимый, структурный тип, быть объединением, указателем или, в свою очередь, массивом.

Константное выражение, заключенное в квадратные скобки, определяет число элементов в массиве. Индексация элементов массива начинается с нуля. Таким образом, последний элемент массива имеет индекс на единицу меньше, чем число элементов в массиве.

Во второй синтаксической форме константное выражение в квадратных скобках опущено. Эта форма может быть использована, если в объявлении массива присутствует инициализатор, либо массив объявляется как формальный параметр функции, либо данное объявление является ссылкой на объявление массива где-то в другом месте программы. Однако для многомерного массива может быть опущена только первая размерность.

Многомерный массив, или массив массивов, объявляется путем задания последовательности константных выражений в квадратных скобках, следующей за описателем:

<спецификация типа> <описатель> [<константное выражение>] {<константное выражение>]…;

Каждое константное выражение в квадратных скобках определяет число элементов в данном измерении массива, поэтому объявление двумерного массива содержит два константных выражения, трехмерного — три и т. д.

Массиву выделяется память, которая требуется для размещения всех его элементов. Элементы массива с первого до последнего размещаются в последовательных ячейках памяти, по возрастанию адресов. Между элементами массива в памяти разрывы отсутствуют. Элементы многомерного массива запоминаются построчно. Например, массив, представляющий собой матрицу размером две строки на три столбца

char а[2][3]

будет храниться следующим образом: сначала в памяти запоминаются три элемента первой строки, затем три элемента второй строки. При таком методе хранения последний индекс массива меняется быстрее предпоследнего. Для доступа к отдельному элементу массива используется индексное выражение, которое описано в разделе 4.2.5 "Индексные выражения".

Примеры.

/* пример 1 */

int scores[10], game:

/* пример 2 */

float matrix[10][15];

/* пример 3 */

struct {

float х, у;

} complex[100];

/* пример 4 */

char *name[20];

В первом примере объявляется переменная типа массив с именем scores из 10 элементов типа int. Переменная с именем game объявлена как простая переменная целого типа.

Во втором примере объявляется двумерный массив с именем matrix. Строго говоря, matrix представляет собой массив, состоящий из 10 элементов, каждый из которых является массивом из 15 элементов типа float.

В третьем примере объявляется массив структур типа complex. Он состоит из 100 элементов. Каждый элемент массива представляет собой структуру, содержащую два элемента типа float.

В четвергом примере объявлен массив указателей. Массив содержит 20 элементов, каждый из которых является указателем на значение типа char.

Указатель — это переменная, предназначенная для хранения адреса объекта некоторого типа. Указатель на функцию содержит адрес точки входа в функцию.

Синтаксис:

[<спецификация типа]> *<описатель>;

Объявление указателя специфицирует имя переменной-указателя и тип объекта, на который может указывать эта переменная. Спецификация типа может задавать базовый, перечислимый, пустой, структурный тип или тип объединение. Если спецификация типа опущена, предполагается тип int.

Если <описатель> представляет собой идентификатор (имя указателя), то объявляется указатель на значение специфицированного типа. Если же <описатель> представляет собой более сложную конструкцию (см. раздел 3.3.1), то тип объекта, на который указывает указатель, определяется совокупностью оставшейся части описателя и спецификации типа. Указатель может указывать на значения базового, перечислимого типа, структуры, объединения, массивы, функции, указатели.

Специальное применение имеют указатели на тип void. Указатель на void может указывать на значения любого типа. Однако для выполнения операций над указателем на void либо над указуемым объектом, необходимо явно привести тип указателя к типу, отличному от void. Например, если объявлена переменная i типа int и указатель р на тип void

int i;

void *p;

то можно присвоить указателю р адрес переменной i

p = &i;

но изменить значение указателя нельзя. В СП ТС нельзя также получить значение указуемого объекта по операции косвенной адресации (в СП MSC в этом случае выдается предупреждающее сообщение).

р++; /* недопустимо */

(int *)р++; /* допустимо */

j = *p; /* недопустимо в СП ТС */

Можно объявить функцию с типом возвращаемого значения указатель на void. Ее значение может быть присвоено указателю на тот тип, который требуется.

Переменная, объявленная как указатель, хранит адрес памяти. Размер памяти, требуемый для адреса, и формат этого адреса зависит от компьютера и реализации компилятора языка Си. Указатели на один и тот же тип данных не обязательно имеют одинаковый размер и формат, поскольку эти параметры зависят от выбранной модели памяти. Кроме того, существуют модификаторы near, far, huge, специфицирующие формат указателя. Объявления, использующие эти модификаторы, рассмотрены в разделе 3.3.3.4.

Указатель на структуру, объединение или перечислимый тип может быть объявлен до того, как этот тип определен, однако указатель не должен использоваться до определения этого типа. Указатель при этом объявляется посредством использования тега структуры, объединения или перечислимого типа (см. ниже пример 4). Такие объявления допускаются, поскольку компилятору языка Си не требуется знать размер структуры или объединения, чтобы распределить память под указатель.

В стандартном включаемом файле stdio.h определена константа с именем NULL. Она предназначена для инициализации указателей. Гарантируется, что никакой программный объект никогда не будет иметь адрес NULL.

Примеры.

char *message;/* пример 1 */

im *аrrау1 [10]; /* пример 2 */

int (*pointer1)[10];/* пример 3 */

struct list *next, *previous; /* пример 4 */

struct list {/* пример 5 */

char *token;

int *count;

struct list *next;

} line;

struct id {/* пример 6 */

unsigned int id_no;

struct name *pname;

} record;

В первом примере объявляется указатель с именем message. Он указывает на значения типа char.

Во втором примере объявлен массив указателей с именем array1. Массив состоит из 10 элементов. Каждый элемент представляет собой указатель на значения типа int.

В третьем примере объявлен указатель с именем pointer1. Он указывает на массив из 10 элементов. Каждый элемент этого массива имеет тип int.

В четвертом примере объявлены два указателя, которые указывают на объекты структурного типа, именованного тегом list (см. следующий пример). Определение типа list должно либо предшествовать данному объявлению, либо находиться в пределах области действия данного объявления.

В пятом примере объявляется структура с именем line, тип которой поименован тегом list. Структурный тип list содержит три элемента. Первый элемент — указатель на значение типа char, второй — указатель на значение типа int, третий — указатель на структуру типа list.

В шестом примере объявляется структура с именем record, тип которой поименован тегом id. Обратите внимание на то, что элемент с именем pname объявлен как указатель на другой структурный тип с тегом name. Не считается ошибкой появление этого объявления в программе раньше, чем будет объявлен тег name (но тип name должен быть объявлен до первого использования указателя pname в выражении).

Спецификация класса памяти переменной определяет, какое время жизни она имеет (глобальное или локальное), и влияет на область действия переменной. Объект с глобальным временем жизни существует и имеет значение на протяжении всего времени выполнения программы. Все функции имеют глобальное время жизни.

Переменной с локальным временем жизни выделяется новая ячейка памяти каждый раз, когда управление передается блоку, в котором она определена. Когда управление возвращается из блока, переменная теряет свое значение.

В языке Си имеется четыре спецификации класса памяти:

auto

register

static

extern

Область действия функций, объявленных со спецификацией класса памяти extern, распространяется на все исходные файлы, которые составляют программу; следовательно, такие функции могут быть вызваны из любой функции в любом исходном файле программы.

Переменные классов памяти auto и register имеют локальное время жизни. Спецификации static и extern определяют объекты с глобальным временем жизни.

В совокупности с местоположением объявления объекта спецификация класса памяти определяет область действия переменной или функции. Термин "область действия" определяет часть программы, в которой к функции или переменной возможен доступ. Например, переменная с глобальным временем жизни существует в течение всего времени выполнения исходной программы, но она может быть доступна не во всех частях программы. Область действия и связанное с ней понятие времени жизни рассмотрены в разделе 2.4.

Объявления, расположенные вне тел всех функций, относятся к внешнему уровню, а объявления внутри тел функций относятся к внутреннему уровню. Особый случай представляют объявления формальных параметров функции. В последующих разделах описывается смысл спецификаций класса памяти для каждого варианта объявления, а также поясняются правила умолчания в случае отсутствия в объявлении спецификации класса памяти.

Функции могут быть объявлены со спецификацией класса памяти static или extern либо вообще без спецификации класса памяти. Функции всегда имеют глобальное время жизни.

Объявления функций, в которых опущена спецификация класса памяти, аналогичны объявлениям со спецификацией класса памяти extern.

Если в объявлении функции специфицирован класс памяти static, то и в ее определении должен быть также указан класс памяти static (это требование не является обязательным для СП ТС).

Объявление функции на внутреннем уровне по смыслу эквивалентно объявлению внешнего уровня, т. е. область действия функции распространяется не до конца блока, а до конца файла.

Область действия функций для различных спецификаций класса памяти рассмотрена подробно в разделе 2.4 "Время жизни и область действия".

Объявления переменной на внешнем уровне используют спецификации класса памяти static и extern или вообще опускают их. Спецификации класса памяти auto и register не допускаются на внешнем уровне.

Объявления переменных на внешнем уровне—это либо определения переменных, либо объявления, т.е. ссылки на определения, сделанные в другом месте.

Определение внешней переменной—это объявление, которое вызывает выделение памяти для этой переменной и инициализирует ее (явно или неявно). Определение на внешнем уровне может задаваться в следующих различных формах:

1) Переменная может быть определена путем ее объявления со спецификацией класса памяти static. Такая переменная может быть явно инициализирована константным выражением. Если инициализатор отсутствует, то переменная автоматически инициализируется нулевым значением во время компиляции. Таким образом, каждое из объявлений:

static int k = 16;

и

static int k;

рассматривается как определение.

2) Переменная может быть определена, если спецификация класса памяти в ее объявлении опущена, и переменная явно инициализируется, например,

int j = 3;

Область действия переменной, определенной на внешнем уровне, распространяется от точки, где она определена, до конца исходного файла. Переменная недоступна выше своего определения в том же самом исходном файле. На другие исходные файлы программы область действия переменной распространяется лишь в том случае, если ее определение не содержит спецификации класса памяти static и если в других исходных файлах имеется ее объявление.

Если в объявлении переменной задана спецификация класса памяти static, то в других исходных файлах могут быть определены другие переменные с тем же именем и любым классом памяти. Эти переменные никак не будут связаны между собой, поскольку каждое определение static доступно только в пределах своего исходного файла.

Спецификация класса памяти extern используется для объявления переменной, определенной где-то в другом месте программы. Такие объявления используются в случае, когда нужно распространить на данный исходный файл область действия переменной, определенной в другом исходном файле, либо сделать переменную доступной в том же исходном файле выше ее определения. Область действия переменной распространяется от места объявления до конца исходного файла.

В объявлениях, которые используют спецификацию класса памяти extern, инициализация не допускается, так как они ссылаются на переменные, значения которых определены в другом месте.

Каждая переменная внешнего уровня обязательно должна быть определена один и только один раз в каком-либо из исходных файлов, составляющих программу.

Существует одно исключение из правил, описанных выше. Можно опустить в объявлении переменной на внешнем уровне и спецификацию класса памяти, и инициализатор. Например, объявление int n; будет вполне корректным внешним объявлением. Это объявление имеет различный смысл в зависимости от контекста:

1) Если в каком-то другом исходном файле программы (возможно, в другом исходном файле) есть определение на внешнем уровне переменной с таким же именем, то данное объявление является ссылкой на это определение. В этом случае объявление аналогично объявлению со спецификацией класса памяти extern.

2) Если же такого определения переменной в программе нет, то данное объявление само считается определением переменной. На этапе компоновки программы переменной выделяется память, которая инициализируется нулевым значением. Если в программе имеется более одного объявления переменной с одним и тем же именем, то размер выделяемой памяти будет равен размеру наиболее длинного типа среди всех объявлений этой переменной. Например, если программа содержит два неинициализированных объявления переменной i на внешнем уровне int i; и char i;, то память будет выделена под переменную i типа int.

Примечание. В описании языка Си, данном его разработчиками в [1], отсутствовала ясная трактовка понятий объявления и определения глобальной переменной. Это привело к тому, что различные компиляторы языка Си используют различные схемы разбора подобных ситуаций. Схема разбора, описанная в данном разделе, рассматривает глобальную переменную как общий блок, разделяемый несколькими исходными файлами. Глобальная переменная фактически представляет собой единую область памяти, которая разделяется несколькими исходными файлами, причем в каждом из них переменная может иметь различный тип.

Рекомендуется всегда инициализировать объявления переменных на внешнем уровне в файлах, которые предназначены для помещения в библиотеку. Это повышают вероятность выявления случаев нежелательного совпадения имен внешних переменных в библиотечном файле и пользовательской программе. Если переменная в программе пользователя также инициализирована, то компоновщик обнаружит два инициализированных объявления одной и той же глобальной переменной и сообщит об ошибке.

Возможно наличие в одном исходном файле на внешнем уровне нескольких объявлений переменной с одним и тем же именем. Следующая таблица позволяет определить реакцию компилятора языка Си в различных ситуациях изменения спецификации класса памяти в объявлении. Слово "пусто" в таблице означает ситуацию отсутствия спецификации класса памяти. Очевидно, что компилятор СП MSC строже ограничивает возможность переопределения класса памяти переменной.

Любая из четырех спецификаций класса памяти может быть использована для объявления переменной на внутреннем уровне. Если спецификация класса памяти опущена в объявлении переменной на внутреннем уровне, то подразумевается класс памяти auto. Как правило, ключевое слово auto опускается. Понятия объявления и определения для переменных внутреннего уровня совпадают, если только в объявлении не задана спецификация класса памяти extern.

Спецификация класса памяти auto объявляет переменную с локальным временем жизни. Область действия переменной распространяется на блок, в котором она объявлена, (и на все вложенные в него блоки). Переменные класса памяти auto автоматически не инициализируются, поэтому в случае отсутствия инициализации в объявлении значение переменной класса памяти auto считается неопределенным. Память под переменные класса памяти auto отводится в стеке.

Спецификация класса памяти register требует, чтобы компилятор языка Си выделил переменной память в регистре микропроцессора, если это возможно. Использование регистровой памяти обычно ускоряет доступ к переменной и уменьшает размер выполняемого кода программы. Переменные, объявленные с классом памяти register, имеют ту же самую область действия, что и переменные auto.

Число регистров, которое может быть использовано для хранения переменных, зависит от компьютера и от реализации компилятора языка Си. Если компилятор языка Си обнаруживает спецификацию класса памяти register в объявлении переменной, а свободного регистра не имеется, или переменная данного типа не может быть размещена в регистре, то переменной выделяется память класса auto. В СП MSC регистровая память всегда выделяется переменным в том порядке, в котором они объявляются в исходном файле. В СП TC, при наличии нескольких переменных класса памяти register в одном объявлении, регистровая память будет выделяться переменным в обратном порядке. Так, по объявлению register i, j; первой получит регистровую память переменная j.

В регистровой памяти может быть размещен объект размером не больше, чем тип int. К переменной, размещенной в регистре, нельзя применять операцию адресации. При вызове функций из блока, в котором определены регистровые переменные, содержимое регистров будет сохранено в памяти, а по возвращении в блок восстановлено.

Для каждого рекурсивного входа в блок порождается новый набор переменных класса памяти auto и register. При этом каждый раз производится инициализация переменных, в объявлении которых заданы инициализаторы.

Переменная, объявленная на внутреннем уровне со спецификацией класса памяти static, имеет глобальное время жизни, но ее область действия распространяется только на блок, в котором она объявлена (и на все вложенные блоки). В отличие от переменных класса памяти auto, переменные, объявленные со спецификацией класса памяти static, сохраняют свое значение при выходе из блока. Переменные класса памяти static могут быть инициализированы константным выражением. Если явной инициализации нет, то переменная класса памяти static автоматически инициализируется нулевым значением. Инициализация выполняется один раз во время компиляции и не повторяется при каждом входе в блок. Все рекурсивные вызовы данного блока будут разделять единственный экземпляр переменной класса памяти static.

Переменная, объявленная со спецификацией класса памяти extern, является ссылкой на переменную с тем же самым именем, определенную на внешнем уровне в любом исходном файле программы. Цель внутреннего объявления extern состоит в том, чтобы сделать определение переменной внешнего уровня (как правило, данное в другом исходном файле) доступным именно внутри данного блока. Внутреннее объявление extern не влияет на область действия объявляемой глобальной переменной в любой другой части программы.

Пример:

inl i = 1; /* определение i */

main()

{

/* объявление i, ссылающееся на данное выше определение */

extern int i;

/* начальное значение а равно нулю; область действия а — функция main */

static int a;

/* b будет (по возможности) помещено в регистр */

register int b = 0;

/* по умолчанию с будет иметь класс памяти auto */

int с = 0;

/* печатаются значения 1, 0, 0, 0*/

printf("%d,%d,%d,%d\n", i, a, b, c);

}

other()

/* локальное переопределение переменной i */

int i = 16;

/* область действия переменной а — функция other */

static int a = 2;

a += 2;

/* печатаются значения 16, 4 */

printf("%d,%d\n", i, a);

}

Переменная i определяется на внешнем уровне с начальным значением 1; В функции main объявление i является ссылкой на определение переменной i внешнего уровня. Эта ссылка необязательна, поскольку и без нее внешняя переменная i доступна во всех функциях данного исходного файла. Переменная а класса памяти static автоматически инициализируется нулевым значением, так как явная инициализация опущена. Определяется переменная b регистрового класса памяти и переменная с класса памяти auto. Вызывается стандартная функция printf, которая печатает значения 1, 0, 0, 0.

В функции other переменная i переопределяется как локальная переменная с начальным значением 16. Это не влияет на значение внешней переменной i, поскольку эти переменные никак не связаны между собой. Переменная а объявляется со спецификацией класса памяти static и начальным значением 2. Она никак не связана с переменной а, объявленной в функции main, так как область действия переменных класса памяти static на внутреннем уровне ограничена блоком, в котором они объявлены. Значение переменной а увеличивается на 2 и становится равным 4. Если бы функция other была вызвана еще раз в той же функции main, то значение а при входе было бы равно 4, а при выходе—6. Внутренние переменные класса памяти static сохраняют свои значения при входе в блок и выходе из блока, в котором они объявлены. Значение переменной а в функции main при этом не изменилось бы.

Переменной в объявлении может быть присвоено начальное значение посредством инициализатора. Записи инициализатора в объявлении предшествует знак равенства

=<инициализатор>

Можно инициализировать переменные любого типа. Функции не инициализируются. Объявления, которые используют спецификацию класса памяти extern, не могут содержать инициализатор.

Переменная, объявленная на внешнем уровне без спецификации класса памяти, может быть инициализирована не более одного раза в каком-либо из исходных файлов, составляющих программу. Если же она явно не инициализирована ни в одном из исходных файлов, то компоновщик инициализирует ее нулевым значением.

Переменная класса памяти static, объявленная как на внешнем, так и на внутреннем уровне, может быть инициализирована константным выражением не более одного раза в исходном файле. Если ее явная инициализация отсутствует, то компилятор языка Си инициализирует ее нулевым значением.

Инициализация переменных класса памяти auto и register выполняется каждый раз при входе в блок (за исключением входа в блок по оператору goto), в котором они объявлены. Если инициализатор опущен в объявлении переменной класса памяти auto или register, то ее начальное значение не определено. Инициализация переменных составных типов (массив, структура, объединение), имеющих класс памяти auto, запрещена в СП MSC, но допускается в СП ТС даже для переменных, объявленных с модификатором const. Переменные составного типа, имеющие класс памяти static, могут быть инициализированы на внутреннем уровне.

Инициализирующими значениями для переменных внешнего уровня, а также переменных класса памяти static внутреннего уровня должно быть константное выражение (см. раздел 4.2.9). Переменные классов памяти auto и register могут быть инициализированы не только константными выражениями, но и выражениями, содержащими переменные и вызовы функций.

Синтаксис:

=<выражение>

Значение выражения присваивается переменной. При необходимости выполняются правила преобразования типов.

Примеры:

int х = 10, у = 20; /* пример 1 */

register int *рх = 0; /* пример 2 */

int с = (3*1024); /* пример 3 */

int *b = &x; /* пример 4 */

В первом примере переменная х инициализируется константным выражением 10, переменная у инициализируется константным выражением 20. Во втором примере указатель рх инициализирован нулевым значением. В третьем примере используется константное выражение для инициализации переменной с. В четвертом примере указатель b инициализируется адресом переменной х.

Элементы объектов составных типов инициализируются только константными выражениями.

Инициализация объектов составных типов имеет следующий синтаксис:

= {<список инициализаторов>}

Список инициализаторов представляет собой последовательность инициализаторов, разделенных запятыми. Список инициализаторов заключается в фигурные скобки. Каждый инициализатор в списке представляет собой либо константное выражение, либо, в свою очередь, список инициализаторов. Таким образом, заключенный в фигурные скобки список может появиться внутри другого списка инициализаторов. Эта конструкция используется для инициализации тех элементов объектов составных типов, которые сами имеют составной тип.

Значения константных выражений из каждого списка инициализаторов присваиваются элементам объекта составного типа в порядке их следования.

Для инициализации объединения список инициализаторов должен содержать единственное константное выражение. Значение этого константного выражения присваивается первому элементу объединения. В СП ТС не обязательно заключать это константное выражение в фигурные скобки.

Наличие списка инициализаторов в объявлении массива позволяет не указывать число элементов по его первой размерности. В этом случае количество элементов в списке инициализаторов и определяет число элементов по первой размерности массива. Тем самым определяется размер памяти, необходимой для хранения массива. Число элементов по остальным размерностям массива, кроме первой, указывать обязательно.

Если в списке инициализаторов меньше элементов, чем в объекте составного типа, то оставшиеся элементы объекта неявно инициализируются нулевыми значениями. Если же число инициализаторов больше, чем требуется, то выдается сообщение об ошибке. Эти правила применяются и к каждому вложенному списку инициализаторов.

Пример 1:

int р[4][3] =

{

{1, 1, 1},

{2, 2, 2},

{3, 3, 3,},

{4, 4, 4,},

};

В примере объявляется двумерный массив р, размером 4 строки на 3 столбца, элементы первой строки инициализируются единицами, второй строки — двойками и т. д. Обратите внимание на то, что списки инициализаторов двух последних строк содержат в конце запятую. За последним списком инициализаторов (4,4,4,) также стоит запятая. Эти дополнительные запятые не требуются, но допускаются. Требуются только те запятые, которые разделяют константные выражения и списки инициализаторов. Если список инициализаторов не имеет вложенной структуры, аналогичной структуре объекта составного типа, то элементы списка присваиваются элементам объекта в порядке следования. Поэтому вышеприведенная инициализация эквивалентна следующей:

int p[4][3] = {1, 1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 4};

При инициализации объектов составных типов нужно внимательно следить за правильностью расстановки фигурных скобок в списках инициализаторов. В следующем примере этот вопрос иллюстрируется более детально.

Пример 2.

struct {

int n1, n2, n3;

} nlist[2][3] = {

{{1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9}}), /* строка 1 */

{{10,11,12}, {13,14,15}, {15,16,17}} /* строка 2 */

}

В примере переменная nlist объявляется как двумерный массив структур, состоящий из двух строк и трех столбцов. Каждая структура содержит три элемента. В строке 1 значения присваиваются первой строке массива nlist следующим образом:

1) Первая левая фигурная скобка строки 1 информирует компилятор языка Си о том, что начинается инициализация первой строки массива nlist (т. е. nlist[0]).

2) Вторая левая фигурная скобка означает, что начинается инициализация первого элемента первой строки массива (т. е. nlist[0][0]).

3) Первая правая фигурная скобка сообщает об окончании инициализации структуры nlist[0][0]. Следующая левая фигурная скобка сообщает о начале инициализации второго элемента первой строки nlist[0][1].

4) Процесс инициализации элементов подмассива nlist[0] продолжается до конца строки 1 и заканчивается по последней правой фигурной скобке.

Аналогично, в строке 2 присваиваются значения второй строке массива nlist, т. е. nlist[1].

Следует понимать, что фигурные скобки, охватывающие инициализаторы строки 1 и строки 2, необходимы. Следующая конструкция, в которой внешние фигурные скобки опущены, неверна.

struct {

int n1, n2, nЗ;

} nlist[2][3] = {

{1, 2, 3}, {4, 5, 6), {7, 8, 9),/* строка 1 */

{10,11,12), {13,14,15}, {16,17,18} /* строка 2 */

};

В этом примере по первой левой фигурной скобке в строке 1 начинается инициализация подмассива nlist[0], который является массивом из трех структур. Значения 1, 2, 3 назначаются трем элементам первой структуры (nlist[0][0]). Когда встретится правая фигурная скобка (после значения 3), инициализация подмассива nlist[0] закончится и две оставшиеся структуры — nlist[0][1] и nlist[0][2] — будут по умолчанию инициализированы нулевыми значениями. Аналогично, список {4,5,6} инициализирует первую структуру во второй строке nlist (т. е. nlist[1][0]), а оставшиеся две структуры — nlist[l][l] и nlist[1][2] — по умолчанию инициализируются нулевыми значениями. Когда компилятор языка Си обнаружит следующий список инициализаторов {7,8,9), он попытается инициализировать подмассив nlist[2]. Однако, поскольку nlist содержит только две строки и элемента nlist[2] в нем не существует, будет выдано сообщение об ошибке.

Пример 3.

union {

char m[2][3];

int i, j, k;

} y = {

{'1'},

{'4'}

};

В третьем примере инициализируется переменная у типа объединение. Первым элементом объединения является массив; он и будет инициализироваться. Список инициализаторов {'1'} задает значения для первой строки массива (m[0]). Поскольку в списке всего одно значение, то только первый элемент строки массива — m[0][0] —инициализируется символом '1', а оставшиеся два элемента в строке инициализируются по умолчанию нулевыми значениями (символом '\0'). Аналогично, первый элемент второй строки массива m инициализируется значением '4', а остальные элементы инициализируются по умолчанию нулевыми значениями.

Существует специальная форма инициализации массива типа char — с помощью символьной строки. Например, объявление

char code[] = "abc";

инициализирует массив code четырьмя символами—'a', 'b', 'c' и символом '\0', который завершает символьную строку.

Если в объявлении размер массива указан, а длина инициализирующей строки превышает указанный размер, то лишние символы отбрасываются. Следующее объявление инициализирует трехэлементный массив code типа char:

char code[3] = "abcd";

В примере только три первые символа инициализатора заносятся в массив code. Символ d и символ '\0' отбрасываются.

Если инициализирующая строка короче, чем специфицированный размер массива, то оставшиеся элементы массива инициализируются нулевым значением (символом '\0').

Символьной строкой можно инициализировать не только массив типа char, но и указатель на тип char. Например, в объявлении

char *ptr = "abcd";

указатель ptr будет инициализирован адресом массива типа char, содержащего символы 'а', 'b', 'с', 'd', '\0'.

Существует два особых вида объявления, в которых объявляется не переменная или функция, а тип данных. Первый вид позволяет определить тег и элементы структуры, объединения или перечислимого типа. После такого объявления имя типа (тег) может быть использовано в объявлениях переменных и функций для ссылки на этот тип.

Второй вид объявления типа использует ключевое слово typedef. Это объявление позволяет присвоить осмысленные имена типам, уже существующим в языке или создаваемым пользователем.

Объявление типа имеет такую же блочную область действия, как и объявление переменной. Локальное переобъявление имени типа также возможно. Однако теги занимают отдельное пространство имен, а идентификаторы, объявленные посредством typedef, разделяют пространство имен с переменными и функциями.

Объявление типа структуры, объединения или перечислимого типа имеет такую же синтаксическую форму, как и объявление переменной этих типов, однако в объявлении типа идентификатор переменной (а в общем случае описатель) опущен. Именем типа структуры, объединения или перечислимого типа является тег, который в данном случае обязателен.

Примеры.

/* пример 1 */

enum status {

loss = -1,

bye,

tie = 0,

win

};

/* пример 2 */

struct student {

char name [20];

int id, class;

}

В первом примере объявляется перечислимый тип с именем status. Имя типа может быть использовано в объявлениях переменных этого перечислимого типа. Идентификатору loss явно присваивается значение -1. Идентификаторы bye и tie ассоциируются со значением 0, a win - со значением 1.

Во втором примере объявляется структурный тип с именем student. Объявление типа student позволяет записывать впоследствии лаконичные объявления переменных этого типа, например объявление struct student employee, в котором объявляется структурная переменная employee типа student.

Синтаксис:

typedef <спецификация типа> <описатель> {,<описатель>…];

Объявление typedef синтаксически аналогично объявлению переменной или функции, за исключением того, что вместо спецификации класса памяти записывается ключевое слово typedef и отсутствует инициализатор.

Объявление typedef интерпретируется таким же образом, как объявление переменной или функции, однако идентификатор, входящий в состав описателя, специфицирует не переменную или функцию, а тип. Идентификатор становится синонимом для объявленного типа и может употребляться в последующих объявлениях. Другими словами, создаются не новые типы, а имена для специфицированных программистом типов. С помощью typedef может быть объявлено имя для любого типа, как базового, так и составного — указателя, функции, массива.

Объявление typedef для типа указатель на структуру, объединение или значение перечислимого типа, использующее только тег этой структуры, объединения или перечислимого типа, может быть записано раньше, чем данный тег будет определен в программе, однако определение тега должно находиться в пределах области действия этого объявления typedef и до того, как объявленный тип будет использован.

Принято записывать идентификаторы типов, объявленные посредством typedef, прописными буквами, однако это не является требованием языка.

Примеры:

/* пример 1 */

typedef int WHOLE;

/* пример 2 */

typedef struct club {

char name [30];

int size, year;

} GROUP;

/* пример 3 */

typedef GROUP *PG;

/* пример 4 */

typedef void DRAWF (int, int);

В первом примере объявляется тип WHOLE как синоним для типа int. Во втором примере объявляется тип GROUP для структурного типа, содержащего три элемента. Поскольку специфицирован также тег club, то в последующих объявлениях переменных может быть использован либо тип GROUP, либо тег club. Например, объявления GROUP stgr; и struct club stgr, эквивалентны по смыслу.

В третьем примере используется имя типа GROUP для объявления типа указатель. Тип PG объявляется как указатель на тип GROUP, который определен ранее как структурный тип. Например, объявление PG ptr, эквивалентно объявлению struct club *pfr.

В последнем примере объявлен тип DRAWF для функции, не возвращающей значения и требующей два аргумента типа int. Например, объявление DRAWF box; эквивалентно объявлению void box(int, int);.

В разделах 3.8.1 и 3.8.2 рассматривались объявления, в которых типам присваиваются идентификаторы для последующего использования. Однако иногда возникает необходимость специфицировать некоторый тип данных без присвоения ему идентификатора и без объявления какого-либо объекта. Такая конструкция, определяющая тип без имени, называется абстрактным именем типа. Абстрактные имена типов используются в трех контекстах: в списках типов аргументов при объявлении функций, в операции приведения типа и в операции sizeof. Списки типов аргументов рассматривались в разделе 3.5 "Объявление функции". Операция приведения типа и операция sizeof обсуждаются в разделах 4.7.2 и 4.3.2, соответственно.

Абстрактными именами для базовых, перечислимых, структурных типов и объединений являются просто соответствующие им спецификации типа. Если в абстрактном имени типа задано определение тега (см. раздел 3.8.1), то область действия этого тега распространяется в СП MSC на остаток блока, а в СП ТС — на остаток тела функции. Абстрактные имена для типов указатель, массив и функция задаются следующей синтаксической конструкцией:

<спецификация типа> <абстрактный описатель>

Абстрактный описатель отличается от обычного Описателя только тем, что он не содержит идентификатора. Как и обычный описатель, он может содержать один или более признаков указателя, массива и функции. Для интерпретации абстрактного описателя следует прежде всего определить в нем место подразумеваемого идентификатора. После этого интерпретация проводится так же, как описано в разделе 3.3.2. Абстрактный описатель, состоящий только из пары пустых круглых скобок, недопустим, поскольку он не позволяет однозначно определить, где подразумевается идентификатор: если внутри скобок, то описан простой тип (заданный только спецификацией типа), а если перед скобками, то тип функция.

Объявления typedef, рассмотренные в разделе 3.8.2, позволяют присваивать короткие, осмысленные идентификаторы абстрактным именам типов и могут использоваться в том же контексте, что и они.

Примеры:

long * /* пример 1 */

int (*)[5] /* пример 2 */

int (*)(void) /* пример 3 */

PG /* пример 4 */

В первом примере задано абстрактное имя типа для указателя на тип long.

Во втором примере задано абстрактное имя типа для указателя на массив из пяти элементов типа int.

В третьем примере задано абстрактное имя типа для указателя на функцию, не требующую аргументов и возвращающую значение типа int.

В четвертом примере с помощью идентификатора PG, объявленного посредством typedef в разделе 3.8.2, задано абстрактное имя типа "указатель на структуру с тегом club".

Операндом выражения может быть константа, идентификатор или символьная строка. Эти операнды могут посредством так называемых первичных операций комбинироваться в первичные выражения — вызов функции, индексное выражение, выражение выбора элемента. Эти первичные выражения, в свою очередь, являются операндами содержащего их выражения. Комбинация их с другими операциями приводит к образованию новых, более сложных выражений, также являющихся операндами содержащего их выражения, и т.д. Часть выражения, заключенная в круглые скобки, также рассматривается как операнд выражения. Если все операнды выражения являются константами, оно называется константным выражением.

Каждый операнд имеет тип. В разделе 4.3 "Операции" рассматриваются допустимые типы операндов для каждого вида операций. Следует помнить, что перечислимый тип является подмножеством целого типа, и его значения участвуют в выражениях как значения целого типа. Тип операнда может быть явно преобразован к другому типу посредством операции приведения типа (см. раздел 4.7.2). Выражение приведения типа само рассматривается как операнд содержащего его выражения.

Идентификаторы именуют переменные и функции. С каждым идентификатором ассоциируется тип, который задается при его объявлении. Значение объекта, именуемого идентификатором, зависит от типа следующим образом:

1) Идентификаторы переменных целого и плавающего типа представляют значения соответствующего типа.

2) Идентификатор переменной перечислимого типа представляет значение одной константы из соответствующего этому типу списка перечисления. Тип этого значения—int.

3) Идентификатор структуры или объединения представляет совокупность значений, специфицированных этой структурой или объединением.

4) Идентификатор указателя представляет адрес некоторого объекта специфицированного типа. Если указателю не присвоено никакого значения, то использование его в выражении может привести к трудно выявляемой ошибке. В языке Си определено, что никакой программный объект не может иметь адрес NULL (ноль), поэтому указатель со значением NULL не указывает ни на какой объект.

5) Идентификатор массива представляет массив, но если в выражении требуется скалярная величина, то представляет адрес первого элемента этого массива. Тип идентификатора — указатель на тип элементов массива. Из этого следует, что использование в выражениях массивов и указателей имеет много общего. Во многих случаях способ организации доступа к объекту — либо по указателю, либо как к элементу массива — не имеет принципиальной разницы и определяется исключительно выбранным стилем программирования. Это родство между массивами и указателями является существенной особенностью языка Си, выделяющей его среди других языков программирования высокого уровня.

Существуют, однако, некоторые различия между массивами и указателями. Во-первых, указатель занимает одну ячейку памяти, предназначенную для хранения машинного адреса (в частности, адреса какого-либо массива). Массив же занимает столько ячеек памяти, сколько элементов определено в нем при его объявлении. Только в выражении массив представляется своим адресом, который эквивалентен указателю. Во-вторых, адрес массива является постоянной величиной, поэтому, в отличие от идентификатора указателя, идентификатор массива не может составлять левую часть операции присваивания.

6) Идентификатор функции представляет функцию, т.е. адрес точки входа в функцию. Тип идентификатора — функция, возвращающая значение специфицированного для нее типа. Однако если в выражении требуется скалярная величина, то типом идентификатора считается указатель на функцию. Адрес функции не изменяется во время выполнения программы и, следовательно, не является переменной величиной. Поэтому идентификатор функции не может составлять левую часть операции присваивания.

Операнду-константе соответствует значение и тип представляющей его константы. Типы констант подробно описаны в разделе 1.2. Символьная константа имеет тип int. Целая константа имеет один из следующих типов: int, long, unsigned int или unsigned long, в зависимости от размера целого на данном компьютере и от того, как специфицировано ее значение. Константы с плавающей точкой имеют тип double (в версии 2.0 СП ТС допустимы также константы типа float). Символьные строки имеют тип массив символов; они обсуждаются в разделе 4.2.3.

Символьная строка состоит из последовательности символов, заключенных в двойные кавычки. Эта последовательность представляется в памяти как массив элементов типа char. Символьная строка представляет в выражении адрес этого массива, т. е. адрес первого элемента строки.

Поскольку символьная строка представляет адрес массива, она может быть использована в контексте, допускающем значение типа указатель, подчиняясь при этом тем же ограничениям. Однако, поскольку адрес символьной строки является постоянной величиной, символьная строка не может составлять левую часть операции присваивания.

Синтаксис:

<выражение> (<список-выражений>)

Значением <выражения> должен быть адрес функции. В простейшем случае это идентификатор функции. <Список выражений> содержит выражения, разделенные запятыми. Значение каждого из этих выражений соответствует фактическому аргументу функции. Список выражений может быть пустым, если функция не имеет аргументов, однако наличие скобок и в этом случае обязательно.

Выражение вызова функции имеет тип — тип возвращаемого функцией значения. Если объявлен тип возвращаемого значения void, то и выражение вызова функции имеет тип void. Если возврат из вызванной функции произошел не в результате выполнения оператора return, содержащего выражение, то значение функции не определено. В разделе 6.4 дана более полная информация о вызовах функций.

Синтаксис:

<выражение1>[<выражение2>]

Здесь квадратные скобки являются символами языка Си, а не элементами описания.

Значение индексного выражения находится по адресу, который вычисляется как сумма значений <выражения1> и <выражения2>. Выражение1 должно иметь тип указателя на некоторый тип, например быть идентификатором массива, а выражение2, заключенное в квадратные скобки, должно иметь целый тип. Однако требование синтаксиса состоит лишь в том, чтобы одно из выражений было указателем, а другое имело целый тип; порядок же следования выражений безразличен.

Индексное выражение обычно используется для доступа к элементам массива, однако индексацию можно применить к любому указателю.

Индексное выражение вычисляется путем сложения целого значения со значением указателя (или с адресом массива) и последующим применением к результату операции косвенной адресации. Операция косвенной адресации описана в разделе 4.3.2. Например, для одномерного массива следующие четыре выражения эквивалентны, если а — массив или указатель, а b — целое.

а[b]

*(а + b)

*(b + а)

b[а]

В соответствии с правилами преобразования типов для операции сложения (смотри раздел 4.3.4) целочисленное значение при сложении с указателем (адресом) должно умножаться на размер типа, адресуемого указателем. Предположим, например, что идентификатор line определен как массив типа int. При вычислении выражения line[i], целое значение i умножается на размер типа int. Полученное значение представляет i ячеек типа int. Это значение складывается со значением указателя line, что дает адрес объекта, смещенного на i ячеек типа int относительно line, т.е. адрес i-го элемента line.

Заключительным шагом вычисления индексного выражения является применение к полученному адресу операции косвенной адресации. Результатом является значение i-го элемента массива line.

Следует помнить, что индексное выражение line[0] представляет значение первого элемента массива, так как индексация элементов массива начинается с нуля. Следовательно, выражение line[5] ссылается на шестой по порядку следования в памяти элемент массива.

Индексное выражение может иметь более одного индекса. Синтаксис такого выражения следующий:

<выражение1>[<выражение2>][<выражение3>]…

Индексное выражение интерпретируется слева направо. Сначала вычисляется самое левое индексное выражение — <выражение1>[<выражение2>]. С адресом, полученным в результате сложения <выражения1> и <выражения2>, складывается (по правилам сложения указателя и целого) <выражение3> и т. д. <ВыражениеЗ> и последующие <выражения> имеют целый тип. Операция косвенной адресации осуществляется после вычисления последнего индексного выражения. Однако, если значение последнего указателя адресует значение типа массив, операция косвенной адресации не применяется (смотри третий и четвертый примеры ниже).

Выражения с несколькими индексами ссылаются на элементы многомерных массивов. Многомерный массив в языке Си понимается как массив, элементами которого являются массивы. Например, элементами трехмерного массива являются двумерные массивы.

Примеры:

int рrор[3][4][6];

int i, *ip, (*ipp)[6];

i = prop[0][0][1]; /* пример 1 */

i = prop[2][1][3]; /* пример 2 */

ip = prop[2][1]; /* пример 3 */

ipp = prop[2]; /* пример 4 */

Массив с именем prop содержит 3 элемента, каждый из которых является двумерным массивом значений типа int. В примере 1 показано, каким образом получить доступ ко второму элементу (типа int) массива prop. Поскольку массив заполняется построчно, последний индекс меняется наиболее быстро. Выражение prop[0][0][2] ссылается на следующий (третий) элемент массива и т. д.

Во втором примере выражение вычисляется следующим образом:

1) Первый индекс 2 умножается на размер двумерного массива (4 на 6), затем на размер типа int и прибавляется к значению указателя prop. Результат будет указывать на третий двумерный массив (размером 4 на 6 элементов) в трехмерном массиве prop.

2) Второй индекс 1 умножается на размер 6-элементного массива типа int и прибавляется к адресу, представляемому выражением prop[2].

3) Каждый элемент 6-элементного массива имеет тип int, поэтому индекс 3 умножается на размер типа int и прибавляется к адресу, представляемому выражением prop[2][1]. Результирующий указатель адресует четвертый элемент массива из шести элементов.

4) На последнем шаге вычисления выражения рrор[2][1][3] выполняется косвенная адресация по указателю. Результатом является элемент типа int, расположенный по вычисленному адресу.

В примерах 3 и 4 представлены случаи, когда косвенная адресация не применяется. В примере 3 выражение prop[2][1] представляет указатель на массив из шести элементов в трехмерном массиве prop. Поскольку значение указателя адресует массив, операция косвенной адресации не применяется. Аналогично, результатом вычисления выражения prop[2] в примере 4 является значение указателя, адресующего двумерный массив.

Синтаксис:

<выражение>.<идентификатор>

<выражение> -> <идентификатор>

Выражение выбора элемента позволяет получить доступ к элементу структуры или объединения. Выражение имеет значение и тип выбранного элемента.

В первой синтаксической форме <выражение> представляет значение типа struct или union, а идентификатор именует элемент специфицированной структуры или объединения. Во второй синтаксической форме <выражение> представляет указатель на структуру или объединение, а идентификатор именует элемент специфицированной структуры.

Обе синтаксические формы выражения выбора элемента дают одинаковый результат. Запись

<выражение> -> <идентификатор>

для случая, когда <выражение> имеет тип указатель, эквивалентна записи

(*<выражение>).<идентификатор>

однако более наглядна.

Примеры:

struct pair {

int a;

inl b;

struct pair *sp;

} item, list[10];

item.sp = &item; /* пример 1 */

(item.sp)->a = 24; /* пример 2 */

list[8].b = 12; /* пример 3 */

В первом примере адрес структуры Нет присваивается элементу sp этой же структуры. В результате структура item содержит указатель на себя.

Во втором примере используется адресное выражение item.sp с операцией выбора элемента ->, присваивающее значение элементу а. Учитывая результат примера 1, пример 2 эквивалентен записи

item.a = 24;

В третьем примере показано, каким образом в массиве структур осуществить доступ к элементу отдельной структуры.

В зависимости от используемых операций выражения подразделяются на первичные, унарные, бинарные, тернарные, выражения присваивания и выражения приведения типа.

Первичные выражения рассмотрены в разделах 4.2.4, 4.2.5, 4.2.6.

Унарное выражение состоит из операнда с предшествующей ему унарной операцией.

Синтаксис:

<унарная-операция> <операнд>

Унарные операции рассмотрены в разделе 4.3.2.

Бинарное выражение состоит из двух операндов, разделенных бинарной операцией.

Синтаксис:

<операнд1> <бинарная-операция> <операнд2>

Бинарные операции рассмотрены в разделах 4.3.3 — 4.3.9.

Тернарное выражение состоит из трех операндов, разделенных знаками условной операции "?:".

Синтаксис:

<операнд1> ? <операнд2> : <операнд3>

Условная операция рассмотрена в разделе 4.3.10.

Выражения присваивания используют унарные или бинарные операции присваивания. Унарными операциями присваивания являются инкремент "++" и декремент "--". Бинарные операции присваивания — это простое присваивание "=" и составные операции присваивания. Каждая составная операция присваивания представляет собой комбинацию какой-либо бинарной операции с простой операцией присваивания.

Синтаксис выражений присваивания:

Унарные операции присваивания:

<операнд> ++

<операнд> --

++ <операнд>

--<операнд>

Бинарные операции присваивания:

<операнд1> = <операнд2>

<операнд1> <составное-присваивание> <операнд2>

Операция присваивания рассмотрена в разделе 4.4.

Выражения приведения типа используют операцию приведения типа для явного преобразования типа переменной скалярного типа (целого, перечислимого, плавающего, пустого, указателя).

Синтаксис:

(<абстрактное-имя-типа>) <операнд>

Операция приведения типа подробно рассматривается в разделе 4.7.2. Абстрактные имена типов описаны в разделе 3.8.3.

Операнды некоторых операций в языке Си должны представлять собой так называемые L-выражения (Lvalue expressions). L-выражением является выражение, которое ссылается на ячейку памяти и потому имеет смысл в левой части бинарной операции присваивания. Простейшим примером L-выражения является идентификатор переменной: он ссылается на ячейку памяти, которая хранит значение этой переменной.

Поскольку L-выражение ссылается на ячейку памяти, адрес этой ячейки может быть получен с помощью операции адресации (&). Имеются, однако, исключения: не может быть получен адрес битового поля и адрес переменной класса памяти register, хотя значение им может быть присвоено.

К L-выражениям относятся:

— идентификаторы переменных целого, плавающего, перечислимого типов, указателей, структур и объединений;

— индексные выражения, исключая те из них, значение которых имеет тип массив;

— выражение выбора элемента, если выбранный элемент сам является одним из допустимых L-выражений;

— выражение косвенной адресации, если только его значение не имеет тип массив или функция;

— L-выражение в скобках;

— выражение приведения типа переменной, если размер результирующего типа не превышает размера первоначального типа. Следующий пример иллюстрирует этот случай:

char *р;

int i;

long n;

(long *)p = &n; /* допустимое приведение типа */

(long)i = n; /* недопустимое приведение типа */

Перечисленные L-выражения называются также модифицируемыми L-выражениями. Кроме того, существуют немодифицируемые L-выражения; их адрес может быть получен, но использоваться в левой части бинарной операции присваивания они не могут. К ним относятся идентификаторы массивов, функций, а также переменных, объявленных с модификатором const.

Любой операнд может быть заключен в круглые скобки. В выражении

(10+5)/5

скобки означают, что выражение 10+5 является левым операндом операции деления. Результат выражения равен 3. В отсутствие скобок значение выражения равнялось бы 11. Хотя скобки влияют на то, каким путем группируются операнды в выражении, они не гарантируют определенный порядок вычисления операндов для операций, обладающих свойством коммутативности (мультипликативные, аддитивные, поразрядные операции). Например, выражение (а+b)+с компилятор может вычислить как а+(b+с) или даже как (а+с)+b.

В СП ТС можно гарантировать порядок вычисления выражений в скобках для коммутативных операций с помощью операции унарного плюса.

Константное выражение — это выражение, результатом вычисления которого является константа. Операндами константного выражения могут быть целые, символьные, плавающие константы, константы перечислимого типа, выражения приведения типа константного выражения, выражения с операцией sizeof и другие константные выражения. Имеются некоторые ограничения на использование операций в константных выражениях. В константных выражениях нельзя использовать операции присваивания, операцию последовательного вычисления. Кроме того, использование операции адресации, выражений приведения типа и плавающих констант ограничено.

Константные выражения, используемые в директивах препроцессора, имеют дополнительные ограничения, поэтому они называются ограниченными константными выражениями. Ограниченные константные выражения не могут содержать операцию sizeof (в СП ТС — могут), констант перечисления и выражений приведения типа и плавающих констант. Однако ограниченные константные выражения, используемые в директивах препроцессора, могут содержать специальные константные выражения defined (<идентификатор>), описанные в разделе 7.2.1 "Директива #define". . Только выражения инициализации допускают применение плавающих констант, выражений приведения типа к неарифметическим типам и операции адресации. Операция адресации может быть применена к переменной внешнего уровня базового или структурного типа, к объединению, а также к элементу массива. В этих выражениях допускается сложение или вычитание адресного выражения с константным выражением, не содержащим операции адресации.

Операции в языке Си имеют либо один операнд (унарные операции), либо два операнда (бинарные операции), либо три (тернарная операция). Операция присваивания может быть как унарной, так и бинарной (см. раздел 4.4).

Существенным свойством любой операции является ее ассоциативность. Ассоциативность определяет порядок выполнения в том случае, когда подряд применено несколько операций одного вида. Ассоциативность "слева направо" означает, что первой будет выполняться операция, знак которой записан левее остальных. Например, выражение

b << 2 << 2

выполняется как (b << 2) << 2, а не как b << (2 << 2). Ассоциативность "справа налево" означает, что первой будет выполняться операция, знак которой записан правее остальных.

В языке Си реализованы следующие унарные операции:

Большинство операций языка Си выполняют преобразование типов для приведения своих операндов к общему типу либо для того, чтобы расширить значения коротких по размеру типов до размера, используемого в машинных операциях. Преобразования, зависящие от конкретной операции и от типа операнда (или операндов), рассмотрены в разделе 4.7. Тем не менее, многие операции выполняют одинаковые преобразования целых и плавающих типов. Эти преобразования называются далее преобразованиями по умолчанию.

Преобразования по умолчанию осуществляются следующим образом:

1) Все операнды типа float преобразуются к типу double.

2) Только для СП ТС: если один операнд имеет тип long double, то второй операнд также преобразуется к типу long double.

3) Если один операнд имеет тип double, то второй операнд преобразуется к типу double.

4) Если один операнд имеет тип unsigned long, то второй операнд преобразуется к типу unsigned long.

5) Если один операнд имеет тип long, то второй операнд преобразуется к типу long.

6) Если один операнд имеет тип unsigned int, то второй операнд преобразуется к типу unsigned int.

7) Все операнды типов char или short преобразуются к типу int.

8) Все операнды типов unsigned char или unsigned short преобразуются к типу unsigned int.

9) Иначе оба операнда имеют тип int.

Операция унарного минуса выполняет арифметическое отрицание своего операнда. Операнд должен быть целым или плавающим значением. Выполняются преобразования операнда по умолчанию. Тип результата совпадает с преобразованным типом операнда.

Эта операция реализована полностью в СП ТС. В СП MSC версии 5 она реализована только синтаксически. Операция применяется для того, чтобы запретить компилятору языка Си реорганизовывать скобочные выражения.

Операнд унарного плюса должен иметь целый или плавающий тип. Над операндом выполняются преобразования по умолчанию. Операция унарного плюса не изменяет значения своего операнда.

Обычно компиляторы языка Си осуществляют перегруппировку выражений, переупорядочивая операции, обладающие свойством коммутативности (умножение, сложение, поразрядные операции), пытаясь сгенерировать как можно более эффективный код. При этом скобки, ограничивающие операции, не принимаются в расчет. Однако СП ТС не будет реорганизовывать выражения в скобках, если перед скобками записана операция унарного плюса. Это позволяет, в частности, контролировать точность вычислений с плавающей точкой. Например, если а, b, с и f имеют тип float, выражение

f = а *+ (b * с)

будет гарантированно вычисляться следующим образом: результат сложения b и с будет прибавлен к а.

В СП MSC для гарантии порядка вычислений следует пользоваться вспомогательной переменной, например

t = b * с;

f = а * t

Операция обратного кода вырабатывает двоичное дополнение своего операнда, т. е. инвертирует его битовое представление. Операнд должен иметь целый тип. Над операндом производятся преобразования по умолчанию. Результат имеет тип преобразованного операнда.

Если операнд имеет знаковый бит, то бит знака также участвует в операции обратного кода (инвертируется).

Операция логического отрицания вырабатывает значение 0, если операнд есть ИСТИНА, и значение 1, если операнд есть ЛОЖЬ. Результат имеет тип int. Операнд должен иметь целый или плавающий тип либо быть указателем.

Примеры:

/* пример 1 */

short х = 987;

х = ~х;

/* пример 2 */

unsigned short у = 0xAAAA;

y = ~y;

/* пример 3 */

if(!(x<y))…

В первом примере новое значение х равно -987.

Во втором примере переменной у присваивается новое значение, которое является обратным кодом беззнакового значения OxAAAA, т. е. 0х5555.

В третьем примере, если х больше или равен у, то результат условного выражения в операторе if равен 1 (ИСТИНА). Если х меньше у, то результат равен 0 (ЛОЖЬ).

Операция адресации вырабатывает адрес своего операнда. Операндом может быть L-выражение, в т. ч. немодифицируемое (см. раздел 4.2.7). Результат операции адресации является указателем на операнд. Тип результата — указатель на тип операнда.

Операция адресации не может применяться к битовым полям, а также к идентификаторам, объявленным с классом памяти register.

См. примеры после описания операции косвенной адресации.

Операция косвенной адресации осуществляет доступ к значению по указателю. Ее операнд должен иметь тип указатель. В качестве операнда может также выступать идентификатор массива; в этом случае он преобразуется к указателю на тип элементов массива, и к этому указателю применяется операция косвенной адресации.

Результатом операции является значение, на которое указывает операнд. Типом результата является тип, ассоциированный с этим указателем. Если указателю перед операцией не было присвоено никакого значения, то результат непредсказуем.

Примеры:

int *ра, х;

int a[20];

double d;

pa = &а[5]; /* пример 1 */

x = *ра; /* пример 2 */

if ( х == *&x ) /* пример 3 */

printf("BEPHO\n");

d = *(double *)(&x); /* пример 4 */

В первом примере операция адресации вырабатывает адрес шестого (по порядку следования) элемента массива а. Результат записывается в адресную переменную (указатель) ра.

Во втором примере используется операция косвенной адресации для доступа к значению типа int, адрес которого хранится в указателе ра. Результат присваивается целой переменной х.

В третьем примере будет печататься слово ВЕРНО. Пример демонстрирует симметричность операций адресации и косвенной адресации: *&х эквивалентно х.

Четвертый пример показывает полезное приложение этого свойства. Адрес х преобразуется операцией приведения типа к типу указатель на double. К полученному указателю применяется операция косвенной адресации. Результатом выражения является значение типа double.

Операция sizeof определяет размер памяти, который соответствует объекту или типу. Операция sizeof имеет следующий вид:

sizeof <выражение>

sizeof (<абстрактное имя типа>)

Операндом является либо <выражение>, либо абстрактное имя типа в скобках. Результатом операции sizeof является размер памяти в байтах, соответствующий заданному объекту или типу. Тип результата — unsigned int. Если размер объекта не может быть представлен значением типа unsigned int (например, в СП MSC допустимы массивы типа huge размером более 64 Кбайтов), то следует использовать приведение типа:

(long) sizeof <выражение>

В СП MSC версии 4 допустимым выражением является L-выражение, а в версии 5 и в СП ТС — произвольное выражение. Следует учитывать, что само <выражение> не вычисляется, т. к. операция sizeof выполняется на этапе компиляции программы. Для нее существен только тип результата <выражения>, а не его значение. Недопустим тип void. Применение операции sizeof к идентификатору функции в СП ТС считается ошибкой, а в СП MSC эквивалентно определению размера указателя на функцию.

Если операция sizeof применяется к идентификатору массива, то результатом является размер всего массива в байтах, а не размер одного элемента.

Если операция sizeof применяется к типу структуры или объединения либо к идентификатору, имеющему тип структура или объединение, то результатом является фактический размер в байтах структуры или объединения, который может включать и участки пространства, используемые для выравнивания элементов структуры или объединения на границы слов памяти. Таким образом, этот результат может превышать размер, вычисленный путем сложения размеров отдельных элементов структуры. Например, если объявлена следующая структура

struct {

char m[3][3];

} s;

то значение sizeof(s.m) будет равно 9, а значение sizeof(s) будет равно 10.

Используя операцию sizeof для ссылок на размеры типов данных (которые могут различаться для разных компьютеров), можно повысить переносимость программы. В следующем примере операция sizeof используется для спецификации размера типа int в качестве аргумента стандартной функции распределения памяти calloc. Значение, возвращаемое функцией (адрес выделенного блока памяти), присваивается переменной buffer.

buffer = calloc(100, sizeof(int));

К мультипликативным операциям относятся операции умножения *, деления / и получения остатка от деления %. Операндами операции % должны быть целые значения. Операции умножения * и деления / выполняются над целыми и плавающими операндами. Типы первого и второго операндов могут отличаться, при этом выполняются преобразования операндов по умолчанию. Типом результата является тип операндов после преобразования.

В процессе выполнения мультипликативных операций ситуация переполнения или потери значимости не контролируется. Если результат мультипликативной операции не может быть представлен типом операндов после преобразования, то информация теряется.

Операция умножения выполняет умножение одного из своих операндов на другой.

Операция деления выполняет деление первого своего операнда на второй. Если оба операнда являются целыми значениями не делятся нацело, то результат округляется в сторону нуля. Деление на нуль дает ошибку во время выполнения.

Результатом операции является остаток от деления первого операнда на второй. Знак результата совпадает со знаком делимого.

Примеры:

int i = 10, j = 3, n;

double x = 2.0, у,

у = х*i; /* пример 1 */

n = i/j; /* пример 2 */

n = i%j; /* пример 3 */

В первом примере х умножается на i. Результат равен 20.0 и имеет тип double.

Во втором примере 10 делится на 3. Результат округляется до 3 и имеет тип int.

В третьем примере п присваивается остаток от деления 10 на 3, т.е. 1.

Операции сдвига сдвигают свой первый операнд влево (<<) или вправо (>>) на число разрядов машинного слова, специфицированное вторым операндом. Оба операнда должны быть целыми значениями. Выполняются преобразования по умолчанию, причем в СП MSC над обоими операндами совместно, а в СП ТС независимо над каждым операндом. Например, если переменная b имеет тип int, а переменная и тип unsigned long, то перед выполнением операции b<<u в СП MSC переменная b будет преобразована к типу unsigned long.

Тип результата в СП ТС — это тип левого операнда после преобразования, а в СП MSC — единый тип преобразованных операндов. В некоторых ситуациях результат в СП ТС и в СП MSC может оказаться различным.

При сдвиге влево правые освобождающиеся биты заполняются нулями. При сдвиге вправо метод заполнения освобождающихся левых битов зависит от того, какой тип результата получен после преобразования первого операнда. Если тип unsigned, то свободные левые биты заполняются нулями. В противном случае они заполняются копией знакового бита.

Если второй операнд отрицателен, то результат операции сдвига не определен.

При выполнении операций сдвига ситуация потери значимости не контролируется. Если результат сдвига не может быть представлен типом первого операнда после преобразования, то информация теряется.

Пример:

unsigned int х, у, z;

х = 0х00АА;

у = 0х5500;

z= (х<<8) + (у>>8);

В примере х сдвигается влево на 8 позиций, а у сдвигается вправо на 8 позиций. Результаты сдвигов складываются, давая значение ОхАА5а, которое присваивается z.

Операции отношения сравнивают первый операнд со вторым и вырабатывают значение 1 (ИСТИНА) или 0 (ЛОЖЬ). Результат имеет тип int. Имеются следующие операции отношения:

Поразрядные операции выполняют над разрядами своих операндов логические функции И (&), включающее ИЛИ (|) и исключающее ИЛИ (^). Операнды поразрядных операций должны иметь целый тип, но бит знака, если он есть, также участвует в операции. Над операндами выполняются преобразования по умолчанию. Тип результата определяется типом операндов посте преобразования.

Таблица значений для поразрядных операций:

Примеры:

short i = 0хAВ00;

short j = 0xABCD;

short n;

n = i & j; /* пример 1 */

n = i | j; /* пример 2 */

n = i ^ j; /* пример 3 */

В первом примере n присваивается шестнадцатеричное значение АВ00.

Во втором примере результатом операции включающего ИЛИ будет шестнадцатеричное значение ABCD, а в третьем примере результатом операции исключающего ИЛИ будет шестнадцатеричное значение CD.

Логические операции выполняют над своими операндами логические функции И (&&) и ИЛИ (||). Операнды логических операций могут иметь целый, плавающий тип, либо быть указателями. Типы первого и второго операндов могут различаться. Сначала всегда вычисляется первый операнд; если его значения достаточно для определения результата операции, то второй операнд не вычисляется.

Логические операции не выполняют преобразования по умолчанию. Вместо этого они вычисляют операнды и сравнивают их с нулем. Результатом логической операции является либо 0 (ЛОЖЬ), либо 1 (ИСТИНА). Тип результата — int.

Логическая операция И вырабатывает значение 1, если оба операнда имеют ненулевое значение. Если один из операндов равен нулю, то результат также равен нулю. Если значение первого операнда равно нулю, то значение второго операнда не вычисляется.

Логическая операция ИЛИ выполняет над своими операндами операцию включающее ИЛИ. Она вырабатывает значение 0, если оба операнда имеют значение 0; если какой-либо из операндов имеет ненулевое значение, то результат операции равен 1. Если первый операнд не равен нулю, то значение второго операнда не вычисляется.

Примеры:

int х, у;

if(х<у && у<z) printf("x меньше z\n"); /* пример 1 */

if(х==у !! х==z) printf("x равен у или z\n"); /* пример 2 */

В первом примере функция printf вызывается для печати сообщения в том случае, если х меньше у и у меньше 2. Если х больше у, то второй операнд (у<z) не вычисляется и печати не происходит.

Во втором примере сообщение печатается в том случае, если х равен у или z. Если х равен у, то значение второго операнда (х==z) не вычисляется.

Операция последовательного вычисления последовательно вычисляет два своих операнда, сначала первый, затем второй. Оба операнда являются выражениями. Синтаксис операции:

<выражение1>, <выражение2>

Знак операции - запятая, разделяющая операнды. Результат операции имеет значение и тип второго операнда. Ограничения на типы операндов (т. е. типы результатов выражений) не накладываются, преобразования типов не выполняются.

Операция последовательного вычисления обычно используется для вычисления нескольких выражений в ситуациях, где по синтаксису допускается только одно выражение.

Примеры:

/* пример 1 */

for(i=j=1; i+j<20; i+=i, j--)…

/* пример 2 */

func_one( x, у + 2, z);

func_two((x--, y + 2), z);

В первом примере каждый операнд третьего выражения оператора цикла for вычисляется независимо. Сначала вычисляется i+=i, затем j--.

Во втором примере символ "запятая" используется как разделитель в двух различных контекстах. В первом вызове функции func_onc передаются три аргумента, разделенных запятыми: х, у+2, 2. Здесь символ "запятая" используется просто как разделитель

В вызове функции func_two внутренние скобки вынуждают компилятор интерпретировать первую запятую как операцию последовательного вычисления. Этот вызов передает функции func_two два аргумента. Первый аргумент — это результат последовательного вычисления (х--,у+2), имеющий значение и тип выражения у+2. Вторым аргументом является z.

В языке Си имеется одна тернарная операция — уловная. Она имеет следующий синтаксис:

<операнд1> ? <операнд2>: <операнд3>

Выражение <операнд1> вычисляется и сравнивается с нулем. Выражение может иметь целый, плавающий тип, либо быть указателем. Если <операнд1> имеет ненулевое значение, то вычисляется <операнд2> и результатом условной операции является его значение. Если же <операнд1> равен нулю, то вычисляется <операнд3> и результатом является его значение. В любом случае вычисляется только один из операндов, <операнд2> или <операнд3>, но не оба.

Тип результата зависит от типов второго и третьего операндов (они могут различаться) следующим образом:

1) Если второй и третий операнды имеют целый или плавающий тип, то выполняются преобразования по умолчанию. Типом результата является тип операндов после преобразования.

2) Второй и третий операнды могут быть структурами, объединениями или указателями одного и того же типа. Типом результата будет тот же самый тип структуры, объединения или указателя.

3) Если либо второй, либо третий операнд имеет тип void (например, является вызовом функции, тип значения которой void), то другой операнд также должен иметь тип void, и результат имеет тип void.

4) Если либо второй, либо третий операнд является указателем на какой-либо тип, а другой является указателем на void, то результат имеет тип указатель на void.

5) Если либо второй, либо третий операнд является указателем, то другой может быть константным выражением со значением 0. Типом результата является указатель.

Пример:

j = (i < 0 )?(-i) : (i);

В примере j присваивается абсолютное значение i. Если i меньше нуля, то j присваивается -i. Если i больше или равно нулю, то j присваивается i.

В языке Си имеются следующие операции присваивания:

При присваивании тип правого операнда преобразуется к типу левого операнда. Специфика этого преобразования зависит от обоих типов и подробно описана в разделе 4.7.1. Левый (или единственный) операнд операции присваивания должен быть модифицируемым L-выражением (см. раздел 4.2.7).

Важное отличие присваивания в языке Си от операторов присваивания в других языках программирования состоит в том, что в языке Си операция присваивания вырабатывает значение, которое может быть использовано далее в вычислении выражения.

Операции ++ и -- инкрементируют (увеличивают на единицу) и декрементируют (уменьшают на единицу) свой операнд. Операнд должен иметь целый, плавающий тип или быть указателем. В качестве операнда допустимо только модифицируемое L-выражение.

Операнды целого или плавающего типа увеличиваются или уменьшаются на целую единицу. Над операндом не производятся преобразования по умолчанию. Тип результата соответствует типу операнда. Операнд типа указатель инкрементируется или декрементируется на размер объекта, который он адресует, по правилам, описанным в разделе 4.3.4. Инкрементированный указатель адресует следующий элемент данного типа, а декрементированный указатель—предыдущий.

Операции инкремента и декремента могут записываться как перед своим операндом (префиксная форма записи), так и после него (постфиксная форма записи). Для операции в префиксной форме операнд сначала инкрементируется или декрементируется, а затем его новое значение участвует в дальнейшем вычислении выражения, содержащего данную операцию. Для операции в постфиксной форме операнд инкрементируется лишь после того, как его старое значение участвует в вычислении выражения. Таким образом, результатом операций инкремента и декремента является либо новое, либо старое значение операнда.

Примеры:

/* пример 1 */

if(pos++ > 0) *p++ = *q++;

/* пример 2 */

if(line[--i] != '\n') return;

В первом примере переменная pos проверяется на положительное значение, а затем инкрементируется. Если значение pos до инкремента было положительно, то выполняется следующий оператор. В нем значение, указуемое q, заносится по адресу, содержащемуся в р. После этого р и q инкрементируются.

Во втором примере переменная i декрементируется перед ее использованием в качестве индекса массива line.

Операция простого присваивания обозначается знаком =. Значение правого операнда присваивается левому операнду. Левый операнд должен быть модифицируемым L-выражением. При присваивании выполняются правила преобразования типов, описанные в разделе 4.7.1.

Операция вырабатывает результат, который может быть далее использован в выражении. Результатом операции является присвоенное значение. Тип результата — тип левого операнда.

Пример 1:

double х;

int у;

х = у; Значение у преобразуется к типу double и присваивается х.

Пример 2:

int а, b, с; b = 2; a = b + (с = 5);

Переменной с присваивается значение 5, переменной а — значение b + 5, равное 7.

Операция составного присваивания состоит из простой операции присваивания, скомбинированной с какой-либо другой бинарной операцией. При составном присваивании вначале выполняется действие, специфицированное бинарной операцией, а затем результат присваивается левому операнду. Выражение составного присваивания со сложением, например имеет вид:

<выражение1> += <выражение2>

Оно может быть записано и таким образом:

<выражение1> = <выражение1> + <выражение2>

Значение операции вырабатывается по тем же правилам, что и для операции простого присваивания. Однако выражение составного присваивания не эквивалентно обычной записи, поскольку в выражении составного присваивания <выражение1> вычисляется только один раз, в то время как в обычной записи оно вычисляется дважды: в операции сложения и в операции присваивания. Например, оператор

*str1.str2.ptr += 5;

легче для понимания и выполняется быстрее, чем оператор

*str1.str2.ptr = *str1.str2.ptr + 5;

Использование составных операций присваивания может повысить эффективность программ. Каждая операция составного присваивания выполняет преобразования, которые определяются входящей в ее состав бинарной операцией, и соответственно ограничивает типы своих операндов. Результатом операции составного присваивания является значение, присвоенное левому операнду. Тип результата — тип левого операнда.

Пример:

n &= 0xFFFE;

В этом примере операция поразрядное И выполняется над n и шестнадцатеричным значением FFFE, и результат присваивается n.

Преобразование типов производится либо неявно, например при преобразовании по умолчанию или в процессе присваивания, либо явно, путем выполнения операции приведения типа. Преобразование типов выполняется также, когда преобразуется значение, передаваемое как аргумент функции. Далее рассматриваются правила преобразования для каждого из этих случаев.

В операциях присваивания тип значения, которое присваивается, преобразуется к типу переменной, получающей это значение. Преобразования при присваивании допускаются даже в тех случаях, когда они влекут за собой потерю информации.

Тип long double ведет себя в преобразованиях аналогично типу double.

Преобразования знаковых целых типов Знаковое целое значение преобразуется к короткому знаковому целому значению (short signed int) посредством усечения старших битов. Знаковое целое значение преобразуется к длинному знаковому целому значению (long signed int) путем расширения знака влево. Преобразование знаковых целых значений к плавающим значениям происходит путем преобразования к типу long, а затем преобразования к плавающему типу. При этом возможна некоторая потеря точности. При преобразовании знакового целого значения к беззнаковому целому значению (unsigned int) производится лишь преобразование к размеру беззнакового целого типа, и результат интерпретируется как беззнаковое целое значение.

Правила преобразования знаковых целых типов приведены в таблице 4.2. Предполагается, что тип char по умолчанию является знаковым. Если во время компиляции используется опция, которая изменяет умолчание для типа char со знакового на беззнаковый, то для него выполняется преобразование как для типа unsigned char (см. таблицу 4.3).

Таблица 4.2.

Явное преобразование типа может быть выполнено посредством операции приведения типа. Она имеет следующую синтаксическую форму

(<абстрактное-имя-типа>) <операнд>

<абстрактное-имя-типа> — специфицирует некоторый тип; <операнд> — выражение, значение которого должно быть преобразовано к специфицированному типу (абстрактные имена типов рассмотрены в разделе 3.8.3).

Преобразование операнда осуществляется так, как если бы он присваивался переменной типа <имя-типа>. Правила преобразования для операции присваивания, приведенные в разделе 4.7.1, полностью действуют для операции приведения типа. Однако, преобразование к типу char или short выполняется как преобразование к int. а преобразование к типу float — как преобразование к double.

Имя типа void может быть использовано в операции приведения типа, но результирующее выражение не может быть присвоено никакому объекту, и ему также нельзя ничего присвоить. Значение типа void не может быть приведено ни к какому типу; например, результат функции, возвращающей void, не может быть присвоен.

Результат операции приведения типа L-выражения сам является L-выражением и может представлять левый (или единственный) операнд операции присваивания, если приведенный тип не превышает по размеру исходный тип.

Если объявлен указатель на функцию, то в приведении его типа можно задавать другие типы аргументов. Например:

int (*р)(long); /* объявление указателя на функцию */

(*(int(*)(int))р)(0); /*вызов функции по указателю */

В операции приведения типа можно также задавать объявление структурного типа (тега), например:

(struct {int a; int b;} *)р->а = 5;

Область действия этого тега распространяется в СП MSC на остаток блока, а в СП ТС — на остаток тела функции.

Метод преобразования аргументов функция при ее вызове зависит от того, имеется ли предварительное объявление данной функции, содержащее список типов ее аргументов.

Если предварительное объявление имеется, и оно содержит список типов аргументов, то компилятор осуществляет контроль типов. Процесс контроля типов подробно описан в разделе 6.4.1 "Фактические аргументы".

Если предварительное объявление отсутствует, или в нем опущен список типов аргументов, то над аргументами вызываемой функции выполняются только преобразования по умолчанию. Преобразования выполняются отдельно для каждого аргумента вызова. Смысл этих преобразований сводится к тому, что значения типа float преобразуются к типу double, значения типов char и short преобразуются к типу int, значения типов unsigned char и unsigned short преобразуются к типу unsigned int.

Если в вызываемой функции в объявлениях формальных параметров - указателей используются модификаторы near, far, huge, то могут также происходить неявные преобразования формата указателей, передаваемых в функцию. Процесс преобразования можно контролировать путем задания соответствующих модификаторов в предварительном объявлении функции в списке типов аргументов - указателей. В этом случае компилятор выполнит преобразования в соответствии со списком типов аргументов.

Определение функции специфицирует имя, формальные параметры и тело функции. Оно может также специфицировать тип возвращаемого значения и класс памяти функции. Синтаксис определения функции следующий:

[<спецификация КП>][<спецификация типа>]

<описатель> ([<список объявлений параметров>]) <тело функции>

<тело функции>

Спецификация класса памяти <спецификация КП> задает класс памяти функции. <Спецификация типа> в совокупности с описателем определяет тип возвращаемого значения и имя функции. <Список объявлений параметров> аналогичен списку типов аргументов в прототипе функции (см. раздел 3.5 "Объявление функции"). Он содержит объявления формальных параметров через запятую. Однако если в прототипе область действия идентификаторов ограничена этим же прототипом, то в списке объявлений параметров идентификаторы именуют формальные параметры данной функции. Их область действия — тело функции. <Тело функции> — это составной оператор, содержащий объявления локальных переменных и операторы.

В следующих разделах детально описываются перечисленные элементы определения функции.

В определении функции допускается указание спецификации класса памяти static или extern. Классы памяти функций рассматривались в разделе 3.6.

Компилятор языка Си поддерживает ряд модификаторов типа функций: pascal, cdecl, interrupt, near, far и huge (модификатор interrupt не реализован в версии 4 СП MSC). Модификаторы рассмотрены в разделе 3.3.3 "Описатели с модификаторами".

Синтаксис задания типа возвращаемого значения функции описан в разделе 3.5 "Объявление функции", функция может возвращать значение любого типа, кроме массива или функции; она может, в частности, возвращать указатель на любой тип, включая массив и функцию.

Тип возвращаемого значения, задаваемый в определении функции, должен соответствовать типу возвращаемого значения во всех объявлениях этой функции, если они имеются в программе. Для вызова функции с типом возвращаемого значения int не требуется ее предварительно объявлять или определять. Функции с другими типами возвращаемого значения должны быть определены или объявлены до того, как они будут вызваны.

Возвращаемое значение функции вырабатывается при выполнении оператора возврата return, содержащего выражение. Выражение вычисляется, преобразуется к типу возвращаемого значения и возвращается в точку вызова функции. Если оператор return отсутствует или не содержит выражения, то возвращаемое значение функции не определено. Если в этом случае вызывающая функция ожидает возвращаемое значение, то поведение программы непредсказуемо.

Примеры:

/* пример 1 */

/* тип возвращаемого значения int */

static add(int х, int у)

{

return (х + у);

}

/* пример 2 */

/* тип возвращаемого значения STUDENT */

typedef struct {

char name [20],

int id;

long class;

} STUDENT;

STUDENT sortstu(STUDENT a, STUDENT b)

{

return (a.id < b.id ? a : b);

}

/* пример 3 */

/* тип возвращаемого значения — указатель на char */

char *smallstr(char *s1, char *s2)

{

int i;

i = 0;

while(s1[i] != '\0' && s2[i] != '\0')

i++;

if(s1[i] == '\0')

return (s1);

else

return (s2);

}

В первом примере по умолчанию тип возвращаемого значения функции add определен как int. Функция имеет класс памяти static. Это значит, что она может быть вызвана только функциями того же исходного файла, в котором она определена.

Во втором примере посредством объявления typedef создан структурный тип STUDENT. Далее определена функция sortstu с типом возвращаемого значения STUDENT, функция возвращает тот из своих двух аргументов структурного типа, элемент id которого меньше.

В третьем примере определена функция, возвращающая указатель на значения типа char. Функция принимает в качестве аргументов две символьные строки (точнее, два указателя на массивы типа char) и возвращает указатель на более короткую из строк.

Формальные параметры — это переменные, которые принимают значения, переданные функции при вызове, в соответствии с порядком следования их имен в списке параметров.

Форма объявления формальных параметров аналогична использованию метода прототипов в объявлении функции. Список объявлений параметров содержит объявления формальных параметров через запятую. После списка сразу начинается тело функции (составной оператор). Список может быть и пустым, но и в этом случае он должен быть ограничен круглыми скобками. Если функция не имеет аргументов, рекомендуется указать это явно, записав в списке объявлений параметров ключевое слово void.

После последнего идентификатора в списке параметров может быть записана запятая с многоточием (,…). Это означает, что число параметров функции переменно, однако не меньше, чем следует идентификаторов до многоточия.

Для доступа к значениям параметров, имена которых не заданы в списке параметров функции, рекомендуется использовать макроопределения va_arg, va_end, va_start, описанные в разделе 12.

Допускается также список параметров, состоящий только из многоточия (…) и не содержащий идентификаторов. Это означает, что число параметров функции переменно и может быть равно нулю.

Примечание. Для совместимости с программами предыдущих версий компилятор допускает запись символа запятой без многоточия в конце списка параметров для обозначения их переменного числа. Запятая может быть использована вместо многоточия и в том случае, когда надо записать список параметров функции, принимающей нуль или более параметров. Использование запятой поддерживается только для совместимости. Для новых программ рекомендуется использовать многоточие.

Объявления параметров имеют тот же самый синтаксис, что и обычные объявления переменных (смотри раздел 3.4). Формальные параметры могут иметь базовый тип, либо быть структурой, объединением, указателем или массивом. Указание первой (или единственной) размерности для массива не обязательно. Массив воспринимается как указатель на тип элементов массива. Для формального параметра, таким образом, эквивалентны объявления

char s[];

char s[10];

char *s;

Параметры могут иметь класс памяти auto или register. Если спецификация класса памяти опущена, то подразумевается класс памяти auto. Если формальный параметр представлен в списке параметров, но не объявлен, то предполагается, что он имеет тип int. Порядок объявления формальных параметров необязательно должен совпадать с порядком их следования в списке параметров, однако для повышения читабельности программы рекомендуется следовать этому порядку.

Идентификаторы формальных параметров не могут совпадать с идентификаторами переменных, объявляемых внутри тела функции, но возможно локальное переобъявление формальных параметров внутри вложенных блоков функции.

В объявлениях формальных параметров не может быть объявлен никакой другой идентификатор, кроме перечисленных в списке параметров. Если функция имеет переменное число параметров, то программист отвечает и за определение их числа при вызове, и за получение их из стека внутри тела функции.

Тип каждого формального параметра должен соответствовать типу фактического аргумента и типу соответствующего аргумента в списке типов аргументов функции, если имеется предварительное объявление функции со списком типов аргументов. Компилятор выполняет преобразования по умолчанию отдельно над типом каждого формального параметра и над типом каждого фактического аргумента.

После преобразования все формальные параметры имеют тип размером не меньше, чем int, и ни один из формальных параметров не имеет тип float. Это означает, например, что объявление формального параметра с типом char эквивалентно его объявлению с типом int, а объявление с типом float эквивалентно объявлению с типом double.

Если используются модификаторы near, far, huge, то компилятор также может неявно провести преобразование аргументов-указателей. Метод преобразования в этом случае зависит от размера указателей в выбранной модели памяти и от наличия или отсутствия списка типов аргументов функции.

Тип каждого формального параметра (после преобразования) определяет, как интерпретируются размещенные в стеке аргументы. Несоответствие типов фактических аргументов типам формальных параметров может привести к неверной интерпретации. Например, если в качестве аргумента передается 16-битовый указатель, а соответствующий формальный параметр объявлен как 32-битовый, тоне 16, а 32 бита стека проинтерпретируются как аргумент. Эта ошибка повлияет не только на аргумент-указатель, но и на другие аргументы, которые следуют за ним. От ошибок такого рода может предохранить использование объявления функции со списком типов аргументов.

Пример:

struct student {

char name [20];

int id;

long class;

struct student *nextstu;

} student;

main(void)

{

int match(struct student *, char *);

.

.

.

if(match (student.nextstu, student.name) > 0) {

.

.

.

}

}

match (struct student *r, char *n)

{

int i = 0;

while(r->name[i] == n[i])

if(r->name[i++] == '\0')

return(r->id);

return (0);

}

В примере содержатся: объявление структурного типа student, определение главной функции, содержащей предварительное объявление функции match и ее вызов, и определение функции match. Обратите внимание на то, что одно и то же имя student используется без противоречия для тега структуры и имени структурной переменной.

Функция match объявлена с двумя аргументами. Первый аргумент — указатель на структуру типа student, второй — указатель на значение типа char.

В определении функции match заданы два формальных параметра, r и n. Параметр r объявлен как указатель на структуру типа student. Параметр n объявлен как указатель на значение типа char. По умолчанию, для функции match подразумевается тип возвращаемого значения int.

Функция match вызывается с двумя аргументами. Оба аргумента являются элементами переменной структурного типа student с именем student.

Поскольку имеется предварительное объявление функции match, компилятор проверит соответствие типов фактических аргументов в операторе ее вызова списку типов аргументов, а затем соответствие типов фактических аргументов типам формальных параметров. В данном случае несоответствия типов нет и в преобразованиях нет необходимости.

Обратите внимание на то, что имя массива, заданное в качестве второго аргумента в вызове функции, преобразуется по умолчанию к указателю на char. В функцию передается не сам массив, а адрес начала массива. Соответствующий формальный параметр также объявлен как указатель на char, а мог бы быть объявлен и как char n[], поскольку в выражении используется как идентификатор массива. Идентификатор массива рассматривается в выражении как адресное выражение, поэтому объявление формального параметра char *n; эквивалентно объявлению char n[];.

Внутри функции объявляется локальная переменная i, используемая в качестве индекса массива. Функция возвращает структурный элемент id, если структурный элемент name совпал с содержимым массива n; в противном случае функция возвращает нулевое значение.

Тело функции представляет собой составной оператор, или блок. Он содержит операторы, которые определяют действие функции, и объявления переменных, используемых в этих операторах. Составной оператор описан в разделе 5.3.

Все переменные, объявленные в теле функции, имеют по умолчанию класс памяти auto, но можно явно присвоить им другой класс памяти. При вызове функции выделяется память для ее локальных переменных и, если указано, производится их инициализация. Управление передается первому оператору составного оператора. Выполнение продолжается до тех пор, пока не встретится оператор return или конец тела функции (составного оператора). Управление возвращается в точку вызова функции.

Если функция возвращает значение, то должен быть выполнен оператор return, содержащий выражение. Если оператор return не выполнен, или если в операторе return отсутствует выражение, то возвращаемое значение не определено.

Вызов функции передает управление и фактические аргументы (если они есть) заданной функции. Синтаксически вызов функции имеет следующий вид:

<выражение>([<список выражений>])

<Выражение> вычисляется, и его результат интерпретируется как адрес функции. Выражение должно иметь тип функция.

<Список выражений>, в котором выражения следуют через запятую, представляет собой перечень фактических аргументов, передаваемых функции. Список выражений может быть пустым.

При выполнении вызова функции происходит присвоение значений фактических аргументов формальным параметрам. Перед этим каждый фактический аргумент вычисляется, над ним выполняются необходимые преобразования, и он копируется в стек. Первый фактический аргумент соответствует первому формальному параметру, второй — второму и т. д. Все аргументы передаются по значению, только массивы — по ссылке.

Вызванная функция работает с копией фактических аргументов, поэтому никакое изменение значений формальных параметров не отразится на значениях аргументов, с которых была сделана копия.

Передача управления осуществляется на первый оператор тела функции. Выполнение оператора return в теле функции возвращает в точку вызова управление и, возможно, значение. В отсутствие оператора return управление возвращается по достижении завершающей фигурной скобки тела функции. В этом случае возвращаемое значение не определено.

Примечание. Порядок вычисления выражений, представляющих аргументы вызова функции, не определен в языке Си, поэтому наличие побочных эффектов в этих выражениях может привести к непредсказуемым результатам. Гарантируется только то, что все побочные эффекты будут вычислены до передачи управления в вызываемую функцию.

<Выражение> должно ссылаться на функцию. Это означает, что функция может быть вызвана не только по идентификатору, но и через любое выражение, имеющее тип указателя на функцию.

Вызов функции синтаксически напоминает ее объявление. При объявлении функции сначала записывается ее имя, а затем список типов аргументов в скобках. При вызове также записывается имя функции, а за ним следует список выражений в скобках.

Аналогичным образом функция вызывается через указатель. Предположим, что указатель на функцию объявлен следующим образом:

int (*fpointer)(int, int);

Идентификатор fpointer именует указатель на функцию с двумя аргументами типа int и возвращаемым значением типа int. Вызов функции в этом случае будет выглядеть так:

extern int f (int, int);

fpointer = &f; /*знак & необязателен */

(*fpointer)(3,4); /* можно и просто fpointer(3,4); */

Примеры:

/* пример 1 */

double *realcomp(double, double);

double a, b, *rp;

rp = realcomp(a, b);

/* пример 2 */

main()

{

long lift(int), slep(int), drop(int);

void work(int, long (*)(int));

int select, count;

.

.

.

switch(select) {

case 1: work(count, lift); break;

case 2: work(count, step); break;

case 3: work(count, drop); break;

default: break;

}

void work(int n, long (*func)(int))

{

int i;

long j;

for(i = j = 0; i < n; i++)

j += (*func)(i); /* можно просто j += func(i); */

}

В первом примере объявляется, а затем вызывается функция realcomp, Функции передаются два аргумента типа double. Возвращаемое значение—указатель на переменную типа double — присваивается rp.

Во втором примере функции work передаются два аргумента: целая переменная count и адрес функции (lift, step, или drop). Обратите внимание на то, что адрес функции может задаваться просто указанием идентификатора функции, поскольку идентификатор функции интерпретируется как адресное выражение. Чтобы использовать идентификатор функции подобным образом, функция должна быть объявлена или определена перед использованием идентификатора, иначе идентификатор не будет распознан. Поэтому в начале функции main приведены объявления функций lift, step, drop.

В начале функции main задано также предварительное объявление функции work. В этом объявлении тип второго формального параметра задан как указатель на функцию, принимающую один аргумент типа int и возвращающую значение типа long. Скобки, заключающие символ *, обязательны. Без них объявление специфицировало бы функцию, возвращающую указатель на значение типа long. Функция work вызывает выбранную функцию оператором

(*func) (i);

Аргумент i передается функции, вызываемой по указателю func.

Фактический аргумент может быть любым значением базового типа, структурой, объединением или указателем. Все фактические аргументы передаются по значению. Массивы и функции не могут быть переданы как параметры, могут передаваться указатели на эти объекты. Поэтому массивы и функции передаются по ссылке. Значения фактических аргументов копируются в соответствующие формальные параметры. Функция использует только эти копии, не изменяя сами переменные, с которых копия была сделана.

Возможность доступа из функции не к копиям значений, а к самим переменным обеспечивают указатели. Указатель на переменную содержит ее адрес, и функция может использовать этот адрес для изменения значения переменной.

Фактические аргументы (выражения в вызове функции) вычисляются и преобразуются следующим образом:

1) Если имеется объявление со списком типов аргументов (прототип), то при вызове функции выполняются преобразования по умолчанию над типом каждого фактического аргумента, заданным в списке типов аргументов. Затем фактический аргумент приводится к полученному преобразованному типу. Независимо от аргумента, тип соответствующего формального параметра в списке параметров функции также подвергается преобразованиям по умолчанию. Затем полученный тип фактического аргумента сравнивается с типом соответствующего формального параметра. В случае несоответствия никакого преобразования не производится, но компилятор выдает такое же предупреждающее сообщение, как для выражения присваивания, когда типы левого и правого операнда не совпадают.

2) Если объявление со списком типов аргументов (прототип) отсутствует, то преобразования по умолчанию производятся отдельно для каждого аргумента, не имеющего соответствующего имени типа. Если список типов аргументов завершен многоточием и задано больше фактических аргументов, чем имен типов в списке, то лишние фактические аргументы подвергаются только преобразованиям по умолчанию. Соответствующий формальный параметр в списке параметров функции также подвергается преобразованиям по умолчанию.

Если список типов аргументов не завершен многоточием, а передается больше фактических аргументов, чем объявлено имен в списке, то компилятор выдаст предупреждающее сообщение в СП MSC и сообщение об ошибке в СП ТС.

Если список типов аргументов содержит специальное имя типа void, то компилятор языка Си ожидает отсутствие фактических аргументов в вызове функции и отсутствие формальных параметров в определении функции. Если какое-либо из этих условий окажется нарушено, то компилятор языка Си выдает предупреждающее сообщение в СП MSC и сообщение об ошибке в СП ТС.

Если в списке типов аргументов используются модификаторы near, far, huge, то компилятор языка Си может также выполнить неявно преобразования аргументов-указателей к соответствующему формату (см. раздел 4.7.3 "Преобразования типов при вызовах функций").

Тип каждого формального параметра подвергается преобразованиям по умолчанию. Преобразованный тип каждого формального параметра определяет, каким образом интерпретируются аргументы в стеке. Если тип формального параметра не соответствует типу фактического аргумента, то данные в стеке могут быть проинтерпретированы неверно.

Примечание. Несоответствие типов формальных и фактических параметров может привести к серьезным ошибкам, особенно когда это несоответствие влечет за собой отличия в размерах объектов. Нужно иметь в виду, что эти ошибки не выявляются, если не задан список типов аргументов в предварительном объявлении функции, причем определение функции должно находиться в области действия объявления со списком типов аргументов. Если вы создаете библиотеку функций и соответствующий включаемый файл-заголовок, содержащий списки типов аргументов для всех библиотечных функций, предназначенный для включения в программы, которые будут обращаться к этой библиотеке, рекомендуется включить этот файл-заголовок и во все библиотечные функции, чтобы отловить на этапе их компиляции противоречия между списками типов аргументов и определениями функций.

Пример:

main()

{

void swap(int *, int *);

int x, у;

swap(&x, &y);

}

void swap(int *a, int *b)

{

int t;

t = *a;

*a = *b;

*b = t;

}

В функции main функция swap объявлена как не возвращающая значения, с двумя аргументами типа указатель на int. Формальные параметры а и b также объявлены как указатели на int. При вызове функции

swap(&x, &y)

адрес х запоминается в а, адрес у запоминается в b. Выражения *a и *b в функции swap ссылаются на переменные х и у в main. Присваивания внутри функции swap изменяет содержимое х и у. Компилятор языка Си проведет проверку типов аргументов при вызове swap, поскольку в предварительном объявлении swap задан список типов аргументов. В примере типы фактических аргументов соответствуют и списку типов аргументов, и списку формальных параметров.

Для вызова функции с переменным числом аргументов не требуется никаких специальных действий: в вызове функции просто задается то число аргументов, которое нужно. В предварительном объявлении (если оно есть) переменное число аргументов специфицируется записью запятой с последующим многоточием (,…) в конце списка типов аргументов (смотри раздел 3.5). Аналогично, список параметров в определении функции может также заканчиваться запятой с последующим многоточием (,…), что подразумевает переменное число аргументов (см. раздел 6.2.4).

Все аргументы, заданные в вызове функции, размещаются в стеке. Количество формальных параметров, указанных в определении функции, определяет количество аргументов, которые берутся из стека и присваиваются формальным параметрам. В случае переменного числа аргументов программист сам контролирует реальное количество аргументов, находящихся в стеке, и отвечает за выбор из стека лишних аргументов (сверх объявленных).

См. описания макроопределений va_arg, va_end, va_start, которые могут быть полезны при работе с переменным числом аргументов.

Любая функция в Си-программе может быть вызвана рекурсивно; в частности, она может вызвать сама себя. Компилятор не ограничивает число рекурсивных вызовов одной функции. При каждом вызове новые ячейки памяти выделяются для формальных параметров и локальных переменных класса памяти auto и register, так что их значения в предшествующих, незавершенных вызовах недоступны и не портятся.

Для переменных, объявленных на внутреннем уровне с классом памяти static или extern, новые ячейки памяти не выделяются при каждом рекурсивном вызове. Выделенная им память сохраняется в течение всего времени выполнения программы.

Хотя компилятор языка Си не ограничивает число рекурсивных вызовов функции, операционная среда может налагать практические ограничения. Так как каждый рекурсивный вызов требует дополнительной стековой памяти, то слишком большое количество рекурсивных вызовов может привести к переполнению стека.

Директива #define обычно используется для замены часто используемых в программе констант, ключевых слов, операторов и выражений осмысленными идентификаторами. Идентификаторы, которые заменяют числовые или текстовые константы либо произвольную последовательность символов, называются именованными константами. Идентификаторы, которые представляют некоторую последовательность действий, заданную операторами или выражениями языка Си, называются макроопределениями. Макроопределения могут иметь аргументы. Обращение к макроопределению в программе называется макровызовом.

В языке Си принято записывать идентификаторы именованных констант и макроопределений символами верхнего регистра, чтобы отличать их от имен переменных и функций. Это, однако, не является требованием языка Си.

Директива #undef отменяет текущее определение именованной константы. Только когда определение отменено, именованной константе может быть сопоставлено другое значение. Однако многократное повторение определения с одним и тем же значением не считается ошибкой.

Макроопределение напоминает по синтаксису определение функции. Однако замена вызова функции макровызовом может повысить скорость выполнения программы, поскольку для макроопределения не требуется генерировать вызывающую последовательность, которая занимает относительно большое время (засылка аргументов в стек, передача управления и т.п.). С другой стороны, многократное употребление макроопределения в программе может потребовать значительно большей памяти, чем вызовы функции (код для функции генерируется один раз, а для макроопределения — столько раз, сколько имеется макровызовов в программе).

Имеется возможность задавать определения именованных констант не только в исходном тексте, но и в командной строке компиляции.

Имеется ряд предопределенных идентификаторов, которые нельзя использовать в директивах #define и #undef в качестве идентификаторов. Они рассмотрены в разделе 7.9 "Псевдопеременные".

Синтаксис:

#define <идентификатор> <текст>

#define <идентификатор> <список параметров> <текст>

Директива #define заменяет все вхождения <идентификатора> в исходном файле на <текст>, следующий в директиве за <идентификатором>. Этот процесс называется макроподстановкой, <идентификатор> заменяется лишь в том случае, если он представляет собой отдельную лексему. Например, если <идентификатор> является частью строки или более длинного идентификатора, он не заменяется. Если за <идентификатором> следует <список параметров>, то директива определяет макроопределение с аргументами.

<Текст> представляет собой набор лексем, таких как ключевые слова, константы, идентификаторы или выражения. Один или более пробельных символов должны отделять <текст> от <идентификатора> (или от заключенных в скобки параметров). Если текст не умещается на строке, то он может быть продолжен на следующей строке; для этого следует набрать в конце строки символ обратный слэш и сразу за ним нажать клавишу ENTER.

<Текст> может быть опущен. В этом случае все экземпляры <идентификатора> будут удалены из исходного текста программы. Тем не менее, сам <идентификатор> рассматривается как определенный и при проверке директивой #if дает значение 1 (смотри раздел 7.4.1).

<Список параметров>, если он задан, содержит один или более идентификаторов, разделенных запятыми. Идентификаторы в списке должны отличаться друг от друга. Их область действия ограничена макроопределением, в котором они заданы. Список должен быть заключен в круглые скобки. Имена формальных параметров в <тексте> отмечают позиции, в которые должны быть подставлены фактические аргументы макровызова. Каждое имя формального параметра может появиться в <тексте> произвольное число раз.

В макровызове следом за <идентификатором> записывается в круглых скобках список фактических аргументов, соответствующих формальным параметрам из <списка параметров>. <Текст> модифицируется путем замены каждого формального параметра на соответствующий фактический аргумент. Списки фактических аргументов и формальных параметров должны содержать одно и то же число элементов.

Примечание. Не следует путать подстановку аргументов в макроопределение с передачей аргументов функции. Подстановка в препроцессоре носит чисто текстовый характер. Никаких вычислений или преобразований типа при этом не производится.

Выше уже говорилось, что макроопределение может содержать более одного вхождения данного формального параметра. Если формальный параметр представлен выражением с побочным эффектом, то это выражение будет вычисляться более одного раза, а вместе с ним каждый раз будет возникать и побочный эффект. Результат выполнения в этом случае может быть ошибочным.

Внутрь <текста> в директиве #define могут быть вложены имена других макроопределений или констант. Их расширение производится лишь при расширении <идентификатора> этого <текста>, а не при его определении директивой #define. Это надо учитывать, в частности, при взаимодействии вложенных именованных констант и макроопределений с директивой #undef: к моменту расширения содержащего их текста они могут уже оказаться отменены директивой #undef.

После того как выполнена макроподстановка, полученная строка вновь просматривается для поиска других имен констант и макроопределений. При повторном просмотре не принимается к рассмотрению имя ранее произведенной макроподстановки. Поэтому директива

#define х х

не приведет к зацикливанию препроцессора.

Примеры.

/* пример 1 */

#define WIDTH 80

#define LENGTH (WIDTH + 10)

/* пример 2 */

#define FILEMESSAGE "Попытка создать файл\

не удалась из-за нехватки дискового пространства"

/* пример 3 */

#define REG1 register

#define REG2 register

#define REG3

/* пример 4 */

#define MAX(x, y)((x)>(у)) ? (x) : (у)

/* пример 5 */

#define MULT(a, b) ((a)*(b))

В первом примере идентификатор WIDTH определяется как целая константа со значением 80, а идентификатор LENGTH — как текст (WIDTH + 10). Каждое вхождение идентификатора LENGTH в исходный файл будет заменено на текст (WIDTH + 10), который после расширения идентификатора WIDTH превратится в выражение (80 + 10). Скобки, окружающие текст (WIDTH + 10), позволяют избежать ошибок в операторах, подобных следующему:

var = LENGTH * 20;

После обработки препроцессором оператор примет вид:

var = (80 + 10)* 20;

Значение, которое присваивается var, равно 1800. В отсутствие скобок в макроопределении оператор имел бы следующий вид:

var = 80 + 10*20;

Значение var равнялось бы 280, поскольку операция умножения имеет более высокий приоритет, чем операция сложения.

Во втором примере определяется идентификатор FILEMESSAGE. Его определение продолжается на вторую строку путем использования символа обратный слэш непосредственно перед нажатием клавиши ENTER.

В третьем примере определены три идентификатора, REG1, REG2, REG3. Идентификаторы REG1 и REG2 определены как ключевые слова register. Определение REG3 опущено и, таким образом, любое вхождение REG3 будет удалено из исходного файла. В разделе 7.4.1 приведен пример, показывающий, как эти директивы могут быть использованы для задания класса памяти register наиболее важным переменным программы.

В четвертом примере определяется макроопределение МАХ. Каждое вхождение идентификатора МАХ в исходном файле заменяется на выражение ((x)>(у))?(x):(у), в котором вместо формальных параметров х и у подставлены фактические. Например, макровызов

МАХ(1,2)

заменится на выражение

((1)>(2))?(1):(2)

а макровызов

MAX(i, s[i])

заменится на выражение

((i)>(s(i]))?(i):(s(i])

Обратите внимание на то, что в этом макроопределении аргументы с побочными эффектами могут привести к неверным результатам. Например, макровызов

MAX(i, s[i++])

заменится на выражение

((i)>(s[i++]))?(i):(s[i++])

Операнды операции > могут быть вычислены в любом порядке, а значение переменной i зависит от порядка вычисления. Поэтому результат выражения непредсказуем. Кроме того, возможна ситуация, когда переменная i будет инкрементирована дважды, что, вероятно, не требуется.

В пятом примере определяется макроопределение MULT. Макровызов MULT(3,5) в тексте программы заменяется на (3)*(5). Круглые скобки, в которые заключаются фактические аргументы, необходимы в тех случаях, когда аргументы макроопределения являются сложными выражениями. Например, макровызов

MULT(3+4,5+6)

заменится на (3+4)*(5+6), что равняется 76. В отсутствие скобок результат подстановки 3+4*5+6 был бы равен 29.

СП ТС и версия 5.0 СП MSC реализуют две специальные препроцессорные операции: ## и #.

В директиве #define две лексемы могут быть "склеены" вместе. Для этого их нужно разделить знаками ## (слева и справа от ## допустимы пробельные символы). Препроцессор объединяет такие лексемы в одну; например, макроопределение

#define VAR (i, j) i##j

при макровызове VAR(х,6) образует идентификатор х6. Некоторые компиляторы позволяют в аналогичных целях употребить запись х/**/6, но этот метод менее переносим.

Символ #, помещаемый перед аргументом макроопределения, указывает на необходимость преобразования его в символьную строку. При макровызове конструкция #<формальный параметр> заменяется на "<фактический аргумент>".

Пример: макроопределение TRACE позволяет печатать с помощью стандартной функции printf значения переменных типа int в формате <имя> = <значение>.

#define TRACE(flag) printf (#flag " = %d\n", flag)

Следующий фрагмент текста программы:

highval = 1024;

TRACE (highval);

примет после обработки препроцессором вид:

highval = 1024;

printf("highval" " = %d\n", highval);

Следующие друг за другом символьные строки рассматриваются компилятором языка Си в СП MSC версии 5 и в СП ТС как одна строка, поэтому полученная запись эквивалентна следующей:

highval = 1024;

printf("highval = %d\n", highval);

При макровызове сначала выполняется макроподстановка всех аргументов макровызова, а затем их подстановка в тело макроопределения. Поэтому следующая программа напечатает строку "отклонение от стандарта":

main()

{

#define АВ "стандарт"

#define А "отклонение"

#define В "от стандарта"

#define CONCAT(P,Q) Р##Q

printf(CONCAT(A,В) "\n");

}

Синтаксис:

#undef <идентификатор>

Директива #undef отменяет действие текущего определения #define для <идентификатора>. Чтобы отменить макроопределение посредством директивы #undef, достаточно задать его <идентификатор>. Задание списка параметров не требуется.

Не является ошибкой применение директивы #undef к идентификатору, который ранее не был определен (или действие его определения уже отменено). Это может использоваться для гарантии того, что идентификатор не определен.

Директива #undef обычно используется в паре с директивой #define, чтобы создать область исходной программы, в которой некоторый идентификатор определен.

Пример:

#define WIDTH 80

#define ADD(X, Y) (X)+(Y)

#undef WIDTH

#undef ADD

В этом примере директива #undef отменяет определение именованной константы WIDTH и макроопределения ADD. Обратите внимание на то, что для отмены макроопределения задается только его идентификатор.

В этом разделе описываются директивы, которые управляют условной компиляцией. Эти директивы позволяют исключить из процесса компиляции какие-либо части исходного файла посредством проверки условий (константных выражений).

Синтаксис:

#if <ограниченное-константное-выражение> [<текст>]

[#elif <ограниченное-константное-выражение> <текст>]

[#elif <ограниченное-константное-выражение> <текст>]

[#else <текст>]

#endif

Директива #if совместно с директивами #elif, #else и #endif управляет компиляцией частей исходного файла. Каждой директиве #if в том же исходном файле должна соответствовать завершающая ее директива #endif. Между директивами #if и #endif допускается произвольное количество директив #elif (в том числе ни одной) и не более одной директивы #else. Если директива #else присутствует, то между ней и директивой #endif на данном уровне вложенности не должно быть других директив #elif.

Препроцессор выбирает один из участков <текста> для обработки. <Текст> может занимать более одной строки. Обычно это участок программного текста, однако это не обязательно: препроцессор можно использовать для обработки произвольного текста. Если <текст> содержит директивы препроцессора (в том числе и директивы условной компиляции), то эти директивы выполняются. Обработанный препроцессором текст передается на компиляцию.

Участок текста, не выбранный препроцессором, игнорируется на стадии препроцессорной обработки и не компилируется.

Препроцессор выбирает участок текста для обработки на основе вычисления <ограниченного-константного-выражения>, следующего за каждой директивой #if или #elif. Выбирается <текст>, следующий за <ограниченным-константным-выражением> со значением истина (не нуль), вплоть до ближайшей директивы #elif, #else, или #endif, ассоциированной с данной директивой #if.

Если ни одно ограниченное константное выражение не истинно, то препроцессор выбирает <текст>, следующий за директивой #else. Если же директива #else отсутствует, то никакой текст не выбирается.

Ограниченное константное выражение описано в разделе 4.2.9 "Константные выражения". Такое выражение не может содержать операцию sizeof (в СП ТС — может), операцию приведения типа, константы перечисления и плавающие константы, но может содержать препроцессорную операцию defined(<идентификатор>). Эта операция дает истинное (не равное нулю) значение, если заданный <идентификатор> в данный момент определен; в противном случае выражение ложно (равно нулю). Следует помнить, что идентификатор, определенный без значения, тем не менее рассматривается как определенный. Операция defined может использоваться в сложном выражении в директиве #if неоднократно:

#if defined(mysym) || defined(yoursym)

СП TC (в отличие от СП MSC) позволяет использовать операцию sizeof в ограниченном константном выражении для препроцессора. В следующем примере в зависимости от размера указателя определяется одна из констант — либо SDATA, либо LDATA:

#if (sizeof(void *) == 2)

#define SDATA

#else

#define LDATA

#endif

Директивы #if могут быть вложенными. При этом каждая из директив #else, #elif, #endif ассоциируется с ближайшей предшествующей директивой #if.

Примеры:

/* пример 1 */

#if defined(CREDIT)

credit();

#elif defined (DEBIT)

debit();

#else

printerror();

#endif

/* пример 2 */

#if DLEVEL > 5

#define SIGNAL 1

#if STACKUSE == 1

#derine STACK 200

#else

#define STACK 100

#endif

#else

#define SIGNAL 0

#if STACKUSE == 1

#define STACK 100

#else

#define STACK 50

#endif

#endif

/* пример 3 */

#if DLEVEL == 0

#define STACK 0

#elif DLEVEL == 1

#define STACK 100

#elif DLEVEL > 5

display(debugptr);

#else

#define STACK 200

#endif

/* пример 4 */

#define REG 1 register

#define REG2 register

#if defined (M_86)

#define REG3

#define REG4

#else

#ifdefined(M_68000)

#define REG4 register

#endif

#endif

В первом примере директивы #if, #elif, #else, #endif управляют компиляцией одного из трех вызовов функции. Вызов функции credit компилируется, если определена именованная константа CREDIT. Если определена именованная константа DEBIT, то компилируется вызов функции debit. Если ни одна из .именованных констант не определена, то компилируется вызов функции printerror. Следует учитывать, что CREDIT и credit являются различными идентификаторами в языке Си.

В следующих двух примерах предполагается, что константа DLEVEL предварительно определена директивой #define.

Во втором примере показаны два вложенных набора директив #if, #else, #endif. Первый набор директив обрабатывается, если значение DLEVEL больше 5. В противном случае обрабатывается второй набор.

В третьем примере директивы уловной компиляции используют для выбора текста значение константы DLEVEL. Константа STACK определяется со значением 0, 100 или 200, в зависимости от значения DLEVEL. Если DLEVEL больше 5, то компилируется вызов функции display, а константа STACK не определяется.

В четвертом примере директивы препроцессора используются для контроля за применением спецификации регистрового класса памяти в программе, предназначенной для работы в различных операционных средах.

Компилятор обычно выделяет регистровую память переменным в том порядке, в котором записаны объявления переменных в программе. Если программа содержит больше объявлений переменных класса памяти register, чем имеется регистров в данной операционной среде, то регистровую память получат только те переменные, объявления которых записаны раньше. Следовательно, если более интенсивно будут использоваться те переменные, которые объявлены позже, выигрыш в эффективности от использования регистров окажется незначительным.

В примере показано, каким образом предоставить приоритет регистровой памяти наиболее важным переменным. Именованные константы REG1 и REG2 определяются как ключевые слова register. Они предназначены для объявления двух наиболее важных локальных переменных функции. Например, в следующем фрагменте программы такими переменными являются b и c.

func(REG3 int а)

{

REG1 int b;

REG2 int c;

REG4 int d;

}

Если определена константа М_86, препроцессор удаляет идентификаторы REG3 и REG4 из файла путем замены их на пустой текст. Регистровую память в этом случае получат только переменные b и с. Если определен идентификатор М_68000, то все четыре переменные объявляются с классом памяти register.

Если не определена ни одна из констант — ни М_86, ни М_68000, — то регистровую память получат переменные а, b и с.

Синтаксис:

#ifdef <идентификатор>

#ifndef <идентификатор>

Аналогично директиве #if, за директивами #ifdef и #ifndef может следовать набор директив #elif и директива #else. Набор должен быть завершен директивой #endif.

Использование директив #ifdef и #ifndef эквивалентно применению директивы #if, использующей выражение с операцией defined(<идентификатор>). Эти директивы поддерживаются исключительно для совместимости с предыдущими версиями компиляторов языка Си. Для новых программ рекомендуется использовать директиву #if с операцией defined(<идентификатор>).

Когда препроцессор обрабатывает директиву #ifdef, он проверяет, определен ли в данный момент <идентификатор> директивой #define. Если да, условие считается истинным, если нет — ложным.

Директива #ifndef противоположна по действию директиве #ifdef. Если <идентификатор> не был определен директивой #define, или его определение уже отменено директивой #undef, то условие считается истинным. В противном случае условие ложно.

Работая в некоторой стандартной модели памяти, программист может в той или иной мере модифицировать ее, применяя в объявлениях модификаторы near, far и huge. Правила интерпретации объявлений с модификаторами рассмотрены в разделе 3.3.3.4 "Модификаторы near, far, huge".

Если непосредственно за ключевым словом near, far или huge следует идентификатор, то это значит, что соответствующий элемент данных будет размещен в стандартном сегменте (для near) или может быть размещен в другом сегменте данных (для far или huge). Например, объявление

char far х;

сообщает, что адрес объекта х имеет тип far.

Если же непосредственно за ключевым словом near, far или huge следует признак указателя (звездочка), то это значит, что соответствующий указатель будет хранить адрес типа near, типа far или типа huge, соответственно. Например, объявление

char far *р;

сообщает, что указатель р имеет тип far, т. е. может указывать на объект, расположенный в любом сегменте данных (при этом тип адреса этого объекта должен быть far). Объявление

char * far р;

объявляет р как указатель на char, причем сам указатель р может находиться в любом сегменте, и его адрес имеет тип far. Объявление

char far * far р;

сообщает, что указатель р может указывать на объекты с адресом типа far. Адрес самого указателя р также имеет тип far.

Примеры:

char а[3000]; /* пример 1: малая модель */

char far b[30000]; /* пример 2: малая модель */

char a[3000]; /* пример 3: большая модель */

char near b[3000]; /* пример 4: большая модель */

char huge a[70000]; /* пример 5: малая модель */

char huge *pa; /* пример 6: малая модель */

char *pa; /* пример 7: малая модель */

char far *pb; /* пример 8: малая модель */

char far **pa; /* пример 9: малая модель */

char far **pa; /* пример 10: большая модель */

char far *near *pb; /* пример 11: любая модель */

char far *far *pb; /* пример 12: любая модель */

В примере 1 массиву а выделяется память в стандартном сегменте данных; массиву b во втором примере память может быть выделена в любом из сегментов данных программы. Поскольку оба объявления сделаны в малой модели, то, вероятно, массив а содержит часто используемые данные, которые для ускорения доступа должны располагаться в стандартном сегменте, а массив b содержит редко используемые данные, которые могут выйти за пределы 64-Кбайтного сегмента данных. Можно было бы использовать здесь другую модель памяти, в которой адрес данных по умолчанию имел бы тип far, однако для сохранения быстрого доступа к массиву а лучше сохранить малую модель, а адрес массива b объявить как far.

В примере 2 указан большой размер массива b, поскольку более вероятно, что программист будет модифицировать тип адреса объекта большой длины, который может не поместиться в текущий сегмент.

В примере 3, очевидно, скорость доступа к массиву а не является критичной; независимо от того, попадет он в стандартный сегмент или не попадет, обращение к нему всегда будет осуществляться по 32-битовому адресу. В примере 4 массиву b с помощью модификатора near явно назначен стандартный сегмент, с целью ускорения доступа к нему в большой модели.

В примере 5 массив а должен быть явно объявлен как huge, поскольку его размер превышает 64 Кбайта. Использование модификатора huge вместо выбора максимальной модели памяти в качестве стандартной позволяет сэкономить время доступа: только к массиву а обращение будет осуществляться по адресу типа huge, а все остальные данные будут размещаться в стандартном сегменте. Для обращения к массиву а может быть использован указатель ра из примера 6. Все арифметические операции над указателем ра (например, ра++) будут выполняться над всеми 32 его битами.

В примере 7 ра объявляется как указатель на near char. Указатель получает тип near по умолчанию, поскольку речь идет о малой модели. В примере 8 pb явно объявляется как указатель на far char. Он может быть использован, в частности, для доступа к символьному массиву, расположенному не в стандартном сегменте памяти. Например, ра может указывать на массив а из примера 1, а pb — на массив b из примера 2.

Хотя объявления ра в примерах 9 и 10 идентичны, в примере 9 ра объявляется как указатель на near массив указателей на тип far char, а в примере 10 ра объявляется как указатель на far массив указателей на тип far char.

В примере 11 pb объявляется как указатель на near массив указателей на тип far char. В примере 12 pb объявляется как указатель на far массив указателей на тип far char. В этих примерах употребление слов far и near изменяет действующие по умолчанию соглашения, связанные с моделями памяти; в отличие от примеров 9 и 10, объявления pb не зависят от выбранной модели памяти и в любой модели имеют одинаковый смысл.

Правила применения модификаторов near и far в объявлениях функций аналогичны правилам применения их в объявлениях данных. Если непосредственно за модификатором следует имя функции, то данное ключевое слово определяет, в каком сегменте будет размещена функция. Например,

char far fun();

определяет fun как функцию, вызываемую по 32-битовому адресу и возвращающую тип char.

Если же непосредственно за специальным ключевым словом следует признак указателя (звездочка), то данное ключевое слово определяет тип адреса функций, которые могут вызываться через этот указатель. Например,

char (far *pfun)();

определяет pfun как указатель (32-битовый) на far функцию, возвращающую char.

Модификатор huge к функциям и указателям на функции неприменим.

Объявления функций должны соответствовать их определениям по набору и расположению модификаторов. Рекомендуется всегда использовать предварительные объявления функций со списками типов аргументов, чтобы компилятор мог выявить ситуации некорректного вызова функции.

Примеры:

char far fun(); /* пример 1: малая модель */

static char far *near fun(); /* пример 2: большая модель */

void far fun(); /* пример 3: малая модель */

void (far *pfun)() = fun;

double far * far fun(); /* пример 4: компактная модель */

double far* (far *pfun)() = fun;

В первом примере fun объявляется как функция, возвращающая char. Ключевое слово far в объявлении означает, что fun вызывается по 32-битовому адресу типа far.

Во втором примере fun объявляется как near функция класса памяти static, возвращающая указатель на far char. Такая функция в большой модели памяти может быть использована, например, как вспомогательная подпрограмма, которая вызывается часто, но только функциями из своего исходного файла. Поскольку все функции из одного исходного файла помещаются в один и тот же сегмент, они могут обращаться друг к другу по адресам типа near. Будет ошибкой, однако, передать адрес функции fun в качестве аргумента другой функции, расположенной за пределами сегмента, в котором определена fun, поскольку из другого сегмента функция fun не может быть вызвана.

В третьем примере pfun объявляется как указатель на far функцию, не возвращающую значения, а затем ему присваивается адрес функции fun. Фактически pfun может быть использован для доступа к любой функции, имеющей тип адреса far. Следует понимать, что если функция, вызванная через указатель pfun, не была объявлена с модификатором far, или не получила тип far по умолчанию, то ее вызов приведет к ошибке во время выполнения.

В примере 4 pfun объявляется как указатель на far функцию, возвращающую указатель на far double, после чего ему присваивается адрес функции fun. Такой вариант может использоваться, например, в компактной модели памяти для функции, которая используется редко, и потому необязательно должна находиться в стандартном сегменте кода. И функция, и указатель должны быть объявлены с модификатором far.

Функции ввода и вывода в стандартной библиотеке Си позволяют читать данные из файлов или получать их с устройств ввода (например, с клавиатуры) и записывать данные в файлы, или выводить их на различные устройства (например, на принтер).

Функции ввода/вывода делятся на три класса:

1) Ввод/вывод верхнего уровня (с использованием понятия "поток").

2) Ввод/вывод для консольного терминала путем непосредственного обращения к нему.

3) Ввод/вывод нижнего уровня (с использованием понятия "дескриптор").

В библиотеке есть также функции для работы с последовательным портом (СОМ), они отнесены условно ко второй группе.

функции ввода/вывода верхнего уровня обеспечивают буферизацию работы с файлами. Это означает, что, когда производится чтение информации из файла или запись информации в файл, обмен информацией осуществляется не между программой и указанным файлом, а между программой и промежуточным буфером, расположенным в оперативной памяти.

Если производится операция записи в файл, то информация из буфера записывается в файл при заполнении буфера или при закрытии файла (или при выполнении каких-то других условий, смотри ниже). Если информация считывается из файла, то она на самом деле берется из буфера, а в буфер информация считывается из файла при открытии файла и впоследствии каждый раз при исчерпании (опустошении) буфера. Буферизация ввода/вывода выполняется автоматически, она позволяет ускорить выполнение программы за счет уменьшения количества обращений к сравнительно медленно работающим внешним устройствам.

Для пользователя файл, открытый на верхнем уровне, представляется как последовательность считываемых или записываемых байтов. Чтобы отразить эту особенность организации ввода/вывода, предложено понятие "поток" (соответствует английскому слову stream). Когда файл открывается, с ним связывается поток, выводимая информация записывается "в поток", считываемая информация берется "из потока".

Когда поток открывается для ввода/вывода, он связывается со структурой типа FILE (имя типа FILE определяется с помощью конструкции typedef в файле stdio.h). Структура содержит разнообразную информацию о файле. При открытии файла с помощью функции fopen возвращается указатель на структуру типа FILE. Этот указатель (указатель потока) используется для последующих операций с файлом, пользователь не обязан вникать в способ организации потока, он только должен сохранить полученный указатель и передавать его значение всем библиотечным функциям, используемым для ввода/вывода через этот поток.

Функции в/в верхнего уровня дают возможность для буферизованного форматированного и неформатированного ввода/вывода.

Функции в/в верхнего уровня относятся к числу функций, одинаково реализуемых в различных ОС и на разных компьютерах, с их помощью пользователь имеет возможность писать переносимые программы.

Функции ввода/вывода для консоли и порта распространяют возможности функций ввода/вывода верхнего уровня на этот класс устройств, добавляя новые возможности.

Они позволяют читать или записывать на консоль (терминал) или в порт ввода/вывода (например, порт принтера). Функции в/в с портом читают или записывают данные побайтно. Некоторые дополнительные режимы устанавливаются для в/в с консоли (например: ввод с эхо-печатью символов и без эхо-печати).

Функции в/в для консоли и порта являются уникальными для компьютеров типа IBM/PC.

Функции в/в низкого уровня не выполняют буферизацию и форматирование данных; они позволяют непосредственно пользоваться средствами ввода/вывода операционной системы.

При низкоуровневом открытии файла (при помощи функции open) с ним связывается дескриптор (handle). Дескриптор является целым значением, характеризующим размещение информации об открытом файле во внутренних таблицах системы. Дескриптор используется при последующих операциях с файлом.

Функции в/в нижнего уровня из стандартной библиотеки целесообразно использовать при разработке своей собственной подсистемы ввода/вывода.

Функции в/в нижнего уровня переносимы в рамках некоторых систем программирования Си, в частности относящихся к ОС UNIX.

Функции ввода/вывода для консольного терминала выделены в отдельную группу, потому что они используют специфические особенности компьютера IBM/PC (наличие специального видеоадаптера) и не являются переносимыми на другие типы компьютеров.