Функции с классом памяти static видимы только в исходном файле, в котором они определены

4. Функции с классом памяти static видимы только в исходном файле, в котором они определены.

Метки в функциях видимы на протяжении всей функции.

Имена формальных параметров, объявленные в списке параметров прототипа функции, видимы только от точки объявления параметра до конца объявления функции.

 

1.3 Продолжительность жизни

Время жизни переменной (глобальной или локальной) определяется по следующим правилам.

1. Переменная, объявленная глобально (т.е. вне всех блоков), существует на протяжении всего времени выполнения программы.

2. Локальные переменные (т.е. объявленные внутри блока) с классом памяти register или auto, имеют время жизни только на период выполнения того блока, в котором они объявлены. Если локальная переменная объявлена с классом памяти static или extern, то она имеет время жизни на период выполнения всей программы.

2. Модели памяти ОЗУ

Память микропроцессора Intel 80x86 имеет сегментированную архитектуру. Непосредственно можно адресоваться к 64К памяти сегменту. Процессор 80x86 отслеживает 4 различных сегмента: сегмент кода, сегмент данных, сегмент стека и дополнительный сегмент. Кодовый сегмент содержит машинные команды программы; в сегменте данных хранится информация; сегмент стека имеет организацию и назначение стека; вспомогательный сегмент используется для хранения некоторых вспомогательных данных. Процессор 80x86 имеет четыре 16-разрядных сегментных регистра (по одному на сегмент) - CS, DS, SS и ES, которые указывают на сегмент кода, данных, стека и дополнительный сегмент соответственно. Сегмент может находиться в любом месте памяти, но начинаться должен по адресу, кратному 10. Сегменты могут перекрываться. Например, все четыре сегмента могут начинаться с одного адреса.

Полный адрес в 8086 состоит из двух 16-битовых значений: адреса сегмента и смещения. Предположим, что адрес сегмента данных - т.е. значение в регистре DS - равен 2F84 (шестнадцатеричное) и вы желаете вычислить фактический адрес некоторого элемента данных, который имеет значение 0532 (основание 16) от начала сегмента данных; как это сделать?

Вычисление адреса будет выполнено следующим образом: нужно сдвинуть влево значение сегментного регистра на 4 бита (это эквивалентно одной шестнадцатеричной цифре), а затем сложить с величиной смещения.

Полученное 20-битовое значение и есть фактический адрес данных, как показано ниже:

регистр DS (после сдвига): 0010 1111 1000 0100 0000 = 2F840

смещение: 0000 0101 0011 0010 = 00532

---------------------- - -------------------------------

Адрес: 0010 1111 1101 0111 0010 = 2FD72

Участок памяти величиной 16 байт называется параграфом, поэтому говорят, что сегмент всегда начинается на границе параграфа.

Начальный адрес сегмента всегда является 20-битовым числом, но сегментный регистр имеет всего 16 битов - поэтому младшие 4 бита всегда предполагаются равными нулю. Это означает - как было уже сказано - что начало сегмента может находиться только в адресах памяти, кратных 16, т.е. адресах, в которых последние 4 бита (или один шестнадцатиричный разряд) равен нулю. Поэтому если регистр DS содержит значение 2F84, то фактически сегмент данных начинается в адресе 2F840.

Стандартная запись адреса имеет форму сегмент: смещение; например, предыдущий адрес можно записать как 2F84: 0532. Отметим, что поскольку смещения могут перекрываться, данная пара сегмент: смещение не является уникальной; следующие адреса относятся к одной и той же точке памяти:

0000: 0123

0002: 0103

0008: 00A3

0010: 0023

0012: 0003

Сегменты могут (но не должны) перекрываться. Например, все четыре сегмента могут начинаться с одного и того же адреса, что означает, что вся ваша программа в целом займет не более 64 Кб - но тогда в пределах этой памяти должны поместиться и коды программы, и данные, и стек.

 

2.1 Виды моделей памяти

В 16-разрядных программах вы можете использовать 6 моделей памяти: крохотную, малую, среднюю, компактную, большую и огромную.

Tiny (крохотная). Эта модель памяти используется в тех случаях, когда абсолютным критерием достоинства программы является размер ее загрузочного кода. Это минимальная из моделей памяти. Все четыре сегментных регистра (CS, DS, SS и ES) устанавливаются на один и тот же адрес, что дает общий размер кода, данных и стека, равный 64К. Используются исключительно ближние указатели.

Small (малая). Эта модель хорошо подходит для небольших прикладных программ. Сегменты кода и данных расположены отдельно друг от друга и не перекрываются, что позволяет иметь 64К кода программы и 64К данных и стека. Используются только указатели near.

Medium (средняя). Эта модель годится для больших программ, для которых не требуется держать в памяти большой объем данных. Для кода, но не для данных используются указатели far. В результате данные плюс стек ограничены размером 64К, а код может занимать до 1М.

Compact (компактная). Лучше всего использовать эту модель в тех случаях, когда размер кода невелик, но требуется адресация большого объема данных. Указатели far используются для данных, но не для кода. Следовательно, код здесь ограничен 64К, а предельный размер данных - 1 Мб.

Large (большая). Модели large и huge применяются только в очень больших программах. Дальние указатели используются как для кода, так и для данных, что дает предельный размер 1 Мб для обоих.

Huge (огромная). Дальние указатели используются как для кода, так и для данных. Borland C обычно ограничивает размер статических данных 64К; модель памяти huge отменяет это ограничение, позволяя статическим данным занимать более 64К.

Для выбора любой из этих моделей памяти вы должны либо воспользоваться соответствующим параметром меню интегрированной среды, либо ввести параметр при запуске компилятора, работающего в режиме командной строки.

2.2 Размещение исполняемого файла в ОЗУ в модели large

Модели памяти устроены по-разному. Рассмотрим расположение областей памяти в модели large.

Область кода содержит машинные коды функций программы. Функции, присоединенные к exe-файлу на стадии линковки, размещаются вне области кода.

Область данных содержит глобальные и статические переменные, строковые константы.

В стеке размещаются локальные переменные, параметры, передаваемые функциям, и ряд других данных. Как правило, стек растет сверху вниз, занимая пульсирующую непрерывную область. В случае переполнения стека происходит его "налезание" стека на область данных и выдается соответствующее сообщение. Проверка стека увеличивает время работы программы и ее можно отключить в Options-Entry/Exit Code Generation-Stack options-Test stack overflow.

В кучу данные помещаются только по указанию программиста и не имеют имени. К ним можно обратиться только по адресу, расположенному в локальной или глобальной переменной.

Рис.1. Сегментация для модели памяти Large

 

3. Передача данных в функцию

Си - язык сугубо процедурный и основной логической единицей программы является функция. Формат описания функции следующий:

[тип возвращаемого значения] имя_функции (список параметров)

{тело функции

[return возвращаемое_значение] }

В скобках помещена необязательная часть конструкции.

В списке параметров указывают данные, которые необходимо передать в функцию. Ниже рассмотрены различные способы передачи данных в функцию.

  3.1 Передача параметров по значению

Параметры функции передаются по значению и могут рассматриваться как локальные переменные, для которых выделяется память при вызове функции и производится инициализация значениями фактических параметров. При выходе из функции значения этих переменных теряются. Поскольку передача параметров происходит по значению, в теле функции нельзя изменить значения переменных в вызывающей функции, являющихся фактическими параметрами.

Например:

void print_num (int i, int j)

{ printf ("значение i=%d. Значение j=%d. ", i,j);}

Обращение в программе к данной функции будет таковым:

print_num (6, 19);

3.2 Передача параметров по адресу

Рассмотрим пример функции, которая меняет значение переменных местами:

void change (int x, int y)

{ int k=x;

x=y;

y=k;

}

В данной функции значения переменных x и y, являющихся формальными параметрами, меняются местами, но поскольку эти переменные существуют только внутри функции change, значения фактических параметров, используемых при вызове функции, останутся неизменными. Для того чтобы менялись местами значения фактических аргументов можно использовать функцию приведенную в следующем примере.

Пример:

void change (int *x, int *y)

{ int k=*x;

*x=*y;

*y=k;

}

При вызове такой функции в качестве фактических параметров должны быть использованы не значения переменных, а их адреса change (&a,&b);

3.3 Передача одномерных массивов

При передаче одномерного массива в функцию следует учитывать, что имя массива не содержит информации о размере этого массива. Поэтому необходимо передавать два параметра: имя массива и размер.

Пример.

int sum (int A [], int Dim); // прототип

int sum (int A [], int Dim); // заголовок

{

….

} // телофункции

void main ()

{

int res, A [] = {2,1,3,2};

res = sum (A,

4);

} // вызов функции sum

Формальный аргумент имени массива может иметь вид int *A.

int sum (int *A, int Dim); // прототип

Для определения размера массива при вызове функции можно использовать выражение sizeof (A) /sizeof (int) или sizeof (A) /sizeof (A []). Например,

res = sum (A, sizeof (A) /sizeof (A []));

 

3.4 Передача двумерных массивов

Способ 1. При передаче двумерного массива в функцию следует учитывать, что количество элементов в строке массива является частью типа имени этого массива. Так например, для массива int A [3] [4] имя массива А имеет тип int (*) [4], т.е. А - это указатель на одномерный массив из 4 элементов типа int.

Поэтому необходимо передавать два параметра: имя массива и количество строк в массиве.

Пример.

int sum2 (int A [] [4], int M); // прототип

int sum2 (int A [] [4], int M); // заголовок

{

….

} // телофункции

void main ()

{

int res, A [] [4] = {{2,1,3,2}, {2,3,4,5}}; // две строки, четыре столобца

res = sum2 (A,

2); // вызов функции sum2

}

Формальный аргумент имени массива может иметь вид int (*A) [4].

int sum2 (int (*A) [4], int M); // прототип

Для определения размера массива при вызове функции можно использовать выражение sizeof (A) /sizeof (A []). Например,

res = sum2 (A, sizeof (A) /sizeof (A []));

Способ 2. Другой способ передачи двумерного массива в функцию состоит в погружении фактического двумерного массива с размерами MxN в двумерный массив заведомо больших размеров. Пи этом достаточно взять большой размер стоки, например, 100.

int sum3 (int A [] [100], int M, int N); // прототип

int sum3 (int A [] [100], int M, int N); // заголовок

{

….

} // телофункции

void main ()

{

int res, A [2] [100] = {{2,1,3,2}, {2,3,4,5}}; /* две строки, четыре столбца с чатичной инициалиазацией*/

res = sum3 (A, 2,4); // вызов функции sum3

}

Способ 3. Третий способ передачи двумерного массива в функцию состоит в эмуляции фактического двумерного массива с размерами MxN с помощью одномерного массива с размером M*N. Пи этом M*N должно быть меньше 64К.

int sum4 (int A [], int M, int N); // прототип

int sum4 (int A [], int M, int N); // заголовок

{

….

} // телофункции

void main ()

{

int res, A [2] [4] = {{2,1,3,2}, {2,3,4,5}}; /* две строки, четыре столбца */

res = sum4 ( (int *) A, 2,4); // вызов функции sum4

}

 

4. Тестирование функций

Вычислительные модули необходимо тщательно протестировать с помощью отдельной тестовой функции с прототипом

void test (void);

При тестировании следует соблюдать следующие требования:

автоматизм, то есть от программиста при тестировании не требуется никаких действий,

прозрачность. Это означает, что функция test выводит сообщения на экран только в случае возникновения ошибок.

иллюстративность: листинг тестовой функции позволяет посмотреть различные способы вызова проверяемой функции.

всесторонность, то есть при тестировании необходимо рассмотреть все крайние ситуации.

В программе должны осуществляться все возможные проверки, в частности:

на корректность входных данных,

при выделении динамической памяти,

на выход индексов массива из диапазона.

5. Практические задания

 

5.1 Указать классы памяти переменной

Что напечатает программа? Укажите область действия, область видимости и продолжительность жизни всех переменных n.

int n = 1;

void main ()

{

printf (“%d", n);

static int n=3;

printf (“%d", n);

while (n--)

{

printf (“%d", n);

int n=10;

printf (“%d", n);

printf (“%d”,:: n+n);

}

}

5.2 Работаем с адресами

У некоторой программы в модели large при работе в отладчике регистры содержат следующие значения:

CS = 1ADF, DS=1AE3, SS=1B26, SP=0FD2.

Найдите размеры областей памяти.

Укажите диапазоны возможных адресов для:

переменной int n=2, если она а) глобальная, б) статическая, в) локальная;

содержимого указателя char *str=”Hello”;

значения адресной константы main;

содержимого указателя int *A= (int *) malloc (1000).

 

5.3 Прототипы функций

 

5.3.1 Свопинг

Напишите прототип функции, которая организует обмен значений двух переменных.

 

5.3.2 Индексы максимальных элементов одномерного массива

Напишите прототип функции, которая находит индексы максимальных элементов одномерного массива.

 

5.3.3 Индексы максимальных элементов двумерного массива

Напишите прототип функции, которая находит индексы максимальных элементов двумерного массива с заданными размерами.

 

5.3.4 Угол между двумя векторами

Напишите прототип функции, которая находит угол в радианах между двумя векторами из пространства Rⁿ.

 

5.3.5 Определитель матрицы

Напишите прототип функции, которая находит определитель квадратной матрицы с размерами nxn.

 

5.4 Выделение фрагмента программы в отдельную функцию

 

Разбиение программы на функции

#include <stdio. h>

void main ()

{

int a, b, div, mod;

printf (“Введите два целых числа”);

scanf (“%d%d”, &a, &b);

div = a/b;

mod = a%b;

printf (“\n%d /%d =%d”, a, b, div);

printf (“\n%d%%%d =%d", a, b, mod);

}

Выделите в три отдельных функции фрагменты, связанные с вводом данных, с вычислениями и с организацией вывода результатов. Вычислительная функция должна быть одна. Глобальные переменные не использовать.

 

5.5 Тестирование функции

 

5.5.1 Сортировка массива

Следующий прототип функции сортирует массив А размером n по возрастанию на месте оригинального массива void sort (int A [], int n);

Напишите тест этой функции для трех различных вариантов исходных данных.

5.5.2 МиниМакс

Функция находит минимальное и максимальное из двух чисел типа int и имеет прототип

void MinMax (int a, int b, int *pmin, int *pmax);

Напишите тест для этой функции.

6. Лабораторные задания

 

6.1 Линейное уравнение

Написать функцию, которая решает линейное уравнение a ∙ x + b = 0 с проверкой выхода за диапазон типа float. Прототип функции

int linur (float a, float b, float *px);

Функция получает: a и b - коэффициенты уравнения, px - указатель на ячейку, в которую будет помещен единственный корень уравнения.

Функция возвращает:

0 - нет решения,

1 - найдено единственное решение,

2 - любое число является решением,

3 - решение единственное, но не входит в диапазон типа переменной x.

Вывод текстовой информации с результатами решения организовать с использованием оператора switch. Выход из программы должен быть единственным. Организовать тестирование функции linur.

 

6.2 Четные элементы массива

Напишите функцию, которая находит все четные элементы одномерного массива элементов типа int. Организовать тестирование функции.

Прототип функции

int Chot (int A [], int DimA, int FoundA []);

 

6.3 Нахождение простых чисел

Напишите функцию, которая находит все простые числа и их количество до long N включительно. Натуральное число m > 1 называется простым, если оно делится только на 1 и на само себя. Организовать тестирование функции.

Прототип функции.

long AllProst (long N, long Prost [], int DimProst, int *flag);

 

6.4 Количество вхождений подстроки в строку

Напишите функцию, которая определяет количество вхождений подстроки в строку. Организовать тестирование функции.

Прототип функции

int NumStrStr (char *str, char *substr);

 

6.5 Произведение матриц

Напишите функцию, которая находит произведение двух прямоугольных матриц с согласованными размерами. Организовать тестирование функции.

Прототип функции

void MMult (float A [], float B [], float AB [], int m, int n, int k);

Здесь одномерные массивы эмулируют двумерные массивы.

7. Дополнительные задания

Написать функцию принадлежности точки невыпуклому многоугольнику без самопересечений.

Написать функции tolowerrus и toupperrus для перевода одной русской буквы из верхнего регистра в нижний и наоборот.

 

Библиографический список

1.         Керниган Б. Язык программирования Си / Б. Керниган, Д. Ритчи. СПб.: Невский диалект, 2001.352 с.

2.         Подбельский В.В. Программирование на языке Си / В.В. Подбельский, С.С. Фомин. М.: Финансы и статистика, 2004.600 с.

3.         Программирование в Си. Организация ввода-вывода: метод. указания / сост. С.П. Трофимов. Екатеринбург: УГТУ, 1998.14 с.

4.         Программирование в Си. Динамическое распределение памяти: метод. указания / сост. С.П. Трофимов. Екатеринбург: УГТУ, 1998.13 с.