Структуры и функции языка С

Пример 2. Напишите программу выполнения арифметических действий с комплексными числами на основе структурного типа данных и печати результатов выполненных действий с помощью вспомогательной функции.

Для решения данного примера следует указать на действия с комплексными числами, заданными в алгебраической форме [15.4].

Суммой двух комплексных чисел $$z_1 = x_1 + y_1i$$ и $$z_2 = x_2 + y_2i$$ называется число $$z = x + yi$$ такое, что справедливы равенства $$х=х_1 + х_2$$, $$у = у_1 + у_2$$, т.е.

Правило сложения. При сложении комплексных чисел складываются действительные и мнимые части соответственно.

Разностью чисел $$z_1$$ и $$z_2$$ называется число $$z$$ такое, что $$z_1 = z – z_2$$.

Правило вычитания. При нахождении разности $$z_1 – z_2$$ из действительной и мнимой частей уменьшаемого $$z_1$$ вычитаются соответственно действительная и мнимая части вычитаемого:

Произведением двух комплексных чисел $$z_1 = x_1 + y_1i$$ и $$z_2 = x_2 + y_2i$$ называется число $$z = x + yi$$ такое, что выполняются равенства:

Правило умножения. Комплексные числа перемножаются как двучлены, при этом учитывается: $$i^2 = –1$$.

Частным от деления числа $$z_1$$ на $$z_2 (z_2 \neq 0)$$ называется число $$z$$, такое, что справедливо равенство $$z\cdot z_2 = z_1$$.

Правило деления. Чтобы разделить число $$z_1$$ на $$z_2 (z_2 \neq 0)$$, следует числитель и знаменатель дроби $$z_1/z_2$$ умножить на число, сопряженное знаменателю.

Комплексные числа называются сопряженными, если у них равны действительные части, а мнимые противоположны по знаку.

Программный код решения примера:

#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#include <locale.h>

// Шаблон структуры
struct comp {
 long double Re;
 long double Im; 
};	

// Прототип функции с аргументами: 
// структура и симольная переменная
void complex (struct comp ri[2], char op);

int main (void) {
	long double x, y;
	char op;
// Определение структурной переменной
struct comp ri[2];

setlocale(LC_ALL, ".1251"); // для русских шрифтов
//Для определения чисел с десятичной точкой
setlocale(LC_NUMERIC, "English");

printf("\n\t ДЕЙСТВИЯ С КОМПЛЕКСНЫМИ ЧИСЛАМИ\n");
printf("\n Введите действительную часть 1-го комплексного числа: ");
scanf_s("%lf", x); _flushall();
	ri[0].Re = x;
printf(" Введите мнимую часть 1-го комплексного числа: ");
	scanf_s("%lf", y); _flushall();
	ri[0].Im = y;

printf("\n Введите действительную часть 2-го сомплексного числа: ");
	scanf_s("%lf", x); _flushall();
	ri[1].Re = x;
printf(" Введите мнимую часть 2-го комплексного числа: ");
	scanf_s("%lf", y); _flushall();
	ri[1].Im = y;

	printf("\n Введите арифметический оператор: ");
	scanf_s("%c", op); _flushall();

	//Вызов функции расчета комплексных чисел
printf("\n Результат действия (\"%c\") над двумя комплексными числами\n (результат с десятичной запятой):", op);
// для русских шрифтов с числами с десятичной запятой
	setlocale(LC_ALL, ".1251"); 
	complex (ri, op);

	//Для определения числа с десятичной точкой
setlocale(LC_NUMERIC, "English");
	//Вызов функции расчета комплексных чисел
	printf("\n Результат действия (\"%c\") над двумя комплексными числами\n (результат с десятичной точкой):", op);
	complex (ri, op);

	printf("\n Нажмите любую клавишу (Press any key): ");
	_getch();
	return 0;
}
   // Вспомогательная функция
	void complex (struct comp ri[2], char z) {
   // Вспомогательные переменные
	double num1, num2, den;
	
// Выбор арифметического действия
	switch (z) {
	case '+' :
		if ((ri[0].Im + ri[1].Im) >= 0)
printf("\n\t %1.4f + %1.4fi\n", ri[0].Re + ri[1].Re, ri[0].Im + ri[1].Im);
		if ((ri[0].Im + ri[1].Im) < 0)
printf("\n\t %1.4f - %1.4fi\n", ri[0].Re + ri[1].Re, -(ri[0].Im + ri[1].Im));
break;
	case '-' :
		if ((ri[0].Im - ri[1].Im) >= 0)
printf("\n\t %1.4f + %1.4fi\n", ri[0].Re - ri[1].Re, ri[0].Im - ri[1].Im);
		if ((ri[0].Im - ri[1].Im) < 0)
printf("\n\t %1.4f - %1.4fi\n", ri[0].Re - ri[1].Re, -(ri[0].Im - ri[1].Im));
break;
     case '*' :
		if ((ri[0].Re*ri[1].Im + ri[1].Re*ri[0].Im) >= 0)
printf("\n\t %1.4f + %1.4fi\n",\
ri[0].Re * ri[1].Re - ri[0].Im*ri[1].Im, ri[0].Re*ri[1].Im + ri[1].Re*ri[0].Im);
		if ((ri[0].Re*ri[1].Im + ri[1].Re*ri[0].Im) < 0)
printf("\n\t %1.4f - %1.4fi\n",\
ri[0].Re * ri[1].Re - ri[0].Im*ri[1].Im, -(ri[0].Re*ri[1].Im + ri[1].Re*ri[0].Im));
break;

      case '/' :
if (ri[1].Re != 0  ri[1].Im != 0) {
den = ri[1].Re*ri[1].Re + ri[1].Im*ri[1].Im;
num1 = (ri[0].Re*ri[1].Re - ri[0].Im*(-ri[1].Im))/den;
num2 = (ri[0].Re*(-ri[1].Im) + ri[1].Re*ri[0].Im)/den;
if (num2 >= 0)
printf("\n\t %1.4f + %1.4fi\n",num1, num2);
if (num2 < 0)
printf("\n\t %1.4f - %1.4fi\n",num1, -num2);
}
else
printf("\n\t Ошибка! Деление на нуль.\n");
	break;
default : printf("\n\t Ошибка! Неизвестный оператор.\n");
	break;
	}
}

Возможный результат выполнения программы показан на рис 15.2.

Задание 2

Пример 3. Напишите программу имитатора случайного таймера с помощью указателей на структуру [15.2].

Программный код решения примера:

#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>

// Глобальный шаблон структуры
struct mtime 
{
int hours;
int minutes;
int seconds;
};

// Прототипы вспомогательных функций
void update (struct mtime *t);
void display (struct mtime *t);

// Главная функция
int main (void)
 {
	int i;
	
//Создание переменной структурного типа
struct mtime systime;

// Для изменения псевдослучайной последовательности
srand((unsigned) (long)time(NULL));

// Начальная инициализация структурной переменной
systime.hours = 0;
systime.minutes = 0;
systime.seconds = 0;

// Цикл вывода расчетного времени
for (i = 0; i < 10; ++i)
 {
update(systime);
display(systime);
 }
	printf("\n\n Press any key: ");
	_getch();
	return 0;
}

// 1-я вспомогательная функция
void update (struct mtime *t) {
// Заполнение полей структуры	 случайными числами
t -> hours = (int)(24*rand()/RAND_MAX);
t -> minutes = (int)(60*rand()/RAND_MAX);
t -> seconds = (int)(60*rand()/RAND_MAX);

// Условия расчетного времени
t -> seconds += 1;
if (t -> seconds == 60)
 { t -> seconds = 0; t -> minutes++; }
if (t -> minutes == 60) 
{ t -> minutes = 0; t -> hours++; }

if (t -> hours == 24)
t -> hours = 0;
}

// 2-я вспомогательная функция
void display (struct mtime *t) {
	printf("\n System time: ");
	printf("%02d:", t -> hours);
	printf("%02d:", t -> minutes);
	printf("%02d\n", t -> seconds); 
}

В программе аргументами функций update() и display() являются указатели на структуру с дескриптором (этикеткой) mtime. При этом в главной функции main() создается структурная переменная systime по шаблону struct mtime и она передается в функции update() и display() через свой адрес, т.е. systime. Так происходит 10 раз (в цикле).

Примечание. В прототипе функций указатели на структуру могут быть записаны в обезличенной форме, например:

void update (struct mtime *); 
void display (struct mtime *);

Возможный результат выполнения программы показан на рис 15.3

Задание 3

Пример 4. Напишите программу, в которой используются функции, имеющие на входе структуру и возвращающие структуру.

Напишем программу расчета средней успеваемости студента за последнюю экзаменационную сессию (или другим экзаменам) с использованием структурного типа данных.

Программный код решения примера:

#include <stdio.h>
#include <conio.h>

#define MAX 79

// Шаблон структуры
struct table {
char name[MAX+1];
char surname[MAX+1];
char subject_1[MAX+1];
char subject_2[MAX+1];
char subject_3[MAX+1];
char subject_4[MAX+1];
int mark[4];
float mean;
} student = { // Инициализация структурной переменной
	"Peter",
	"Bobrov",
	"Mathematics", 
	"Informatics", 
	"Programming",
	"Physics",
	{0,0,0,0},
	0.0f }; 

// Прототип вспомогательной функции
struct table infor(struct table student);

// Главная функция
int main (void)
 {
// Объявление и инициализация структурной переменной
struct table infor2 = {" "," "," "," "," "," ", {0,0,0,0},0.0f};
// Присвоение структуры от функции
infor2 = infor(student);

printf("\n The level of knowledge a student of %s %s is: \
%1.2f\n", infor2.name, infor2.surname, infor2.mean);
	
printf("\n\n Press any key: ");
	_getch();
	return 0;
}

// Вспомогательная функция с аргументом структурного типа
// и возвращающая структуру
struct table infor(struct table student) {
	float x = 0.0f;
	int i;
	printf("\n\t Enter a name: ");
	gets_s(student.name, MAX);
	printf("\t Enter a surname: ");
	gets_s(student.surname, MAX);
	printf("\t Enter 1-st academic subject: ");
	gets_s(student.subject_1, MAX);
	printf("\t Enter a mark in the first subject: ");
	scanf_s("%d",student.mark[0]);
	_flushall();
	printf("\t Enter 2-nd academic subject: ");
	gets_s(student.subject_2, MAX);
	printf("\t Enter a mark in the second subject: ");
	scanf_s("%d",student.mark[1]);
	_flushall();
	printf("\t Enter 3-rd academic subject: ");
	gets_s(student.subject_3, MAX);
	printf("\t Enter a mark in the third subject: ");
	scanf_s("%d",student.mark[2]);
	_flushall();
	printf("\t Enter 4-th academic subject: ");
	gets_s(student.subject_4, MAX);
	printf("\t Enter a mark in the fourth subject: ");
	scanf_s("%d",student.mark[3]);

// Расчет средней оценки по 4 предметам
	for (i = 0; i < 4; ++i) {
x += student.mark[i];
student.mean = x/4;
}
	
// Возвращение структурной переменной
	return (student); 
}

В программе приведена инициализация структурной переменной student для наглядности.

Инициализация переменной типа float выполнена с суффиксом f.

Присвоение одной структурной переменной другой может быть только в случае, когда они принадлежат одному и тому же шаблону структур.

Функции _flushall() введены для того, чтобы устранить пустую строку перед использованием функции gets_s() (или gets() ) после ввода с помощью функции scanf_s (или scanf() ).

Возможный результат выполнения программы показан на рис 15.4.

Пример 5. Напишите программу, в которой функция возвращает указатель на структуру при поиске служебных слов языка С, вводимых с клавиатуры пользователем [3;8].

Программный код решения примера:

#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#include <string.h>

#define MAX 1000

// Функция ввода строки с клавиатуры
void getLine(char str[], int m) {
int c, i;

for (i = 0; i < m-1  (c = getchar())!= EOF  c != '\n'; i++)
str[i] = c;
// После цикла
str[i] = '\0'; // символ окончания строки
}

// Создание структуры глобального типа
struct key 
{
char *keyword;
//int keycount;
} tab[] = {
	"for",
	"while", 
	"do", 
	"if", 
	"else",
	"switch",
	"case",
	"break",
	"default"
}, *bam;// указатель на структуру


// Вспомогательная функция 
// с указателем на структуру key

struct key *PTR_ANALYSE(char *word, struct key tab[], int n)
{
int i;
struct key *PTR;
for (i = 0; i < n; ++i)
if (strcmp(tab[i].keyword, word) == 0) {
	PTR = tab[i];
// возвращение указателя на структуру типа key
	return (PTR); }
return NULL; // служебное слово не найдено

} 


// Главная функция
int main (void)
 {
	int c;
	char str[MAX];

printf("\n The analysis of input of syntactic words\n of the programming language C\n\n");	

printf("\n The end of the session: press Ctrl+Z after pressing  Enter\n\n");
	
do {
	printf("\t Enter a new line: ");
	getLine(str, MAX);
	printf(" ");
	bam = PTR_ANALYSE(str, tab, 9); // 9 - число слов 

		if (bam != NULL) 
printf("\t String found: %s\n press Enter to continue or Ctrl+Z to quit: ", bam->keyword);
		
		else 
printf("\t STRING NOT FOUND:\n press Enter to continue or Ctrl+Z to quit: ");

	} while ((c = getchar()) != EOF);

	printf("\n Press any key: ");
	_getch();
	return 0;
}

В программе ввод слов осуществляется посимвольно с помощью специальной функции getLine().

Шаблон структуры – это struct key, для которого определяется переменная tab[] как массив структур. Одновременно определяется указатель на эту структуру, т.е. *bam.

Функция struct key *PTR_ANALYSE() возвращает указатель на структуру. Параметрами этой функции являются указатель на тип char, массив структур и целая переменная. Цикл do – while применен для того, чтобы тело цикла выполнялось хотя бы один раз. Массив структур с именем tab[] инициализирован служебными словами – операторами управления. Результат выполнения функции struct key *PTR_ANALYSE() присваивается указателю *bam, который определен по шаблону глобальной структуры.

Возможный результат выполнения программы показан на рис 15.5.

Задание 5

Пример 6. Напишите программу сравнения введенного целого числа с имеющимися целыми случайными числами одномерного массива на основе структурного типа данных и двоичного поиска (метода половинного деления) для упорядоченного массива.

Программный код решения примера:

#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <locale.h>
#define MAX 1000

// Функция ввода числа как строки с клавиатуры
void getLine(int num[], int m) {

int i, j, k;
time_t tic;
srand((unsigned) time(tic));

for (i = 0; i < m; ++i)
num[i] = (int)m*rand()/RAND_MAX;

printf("\n\t The initial array of numeric data:\n");
for (i = 0; i < m; ++i)
printf(" %3d", num[i]);
puts(" ");
// Сортировка массива по возрастанию
for (i = 1; i < m; ++i) {
	for (j = 0; j < m-1; ++j) {
		if (num[j] > num[j+1]) {
			k = num[j];
			num[j] = num[j+1];
			num[j+1] = k;
		} 
	}
}
printf("\t Assorted array of numerical data:\n");
printf(" ");
for (i = 0; i < m; ++i)
printf(" %3d", num[i]);
puts(" ");
} 

// Создание структуры глобального типа
struct numb {
	int index;
	int numbers;
} tab, *bam;// указатель на структуру

// Вспомогательная функция 
// с указателем на структуру numb
struct numb *PTR_ANALYSE(int x, int mass[], int n) {
	int min = 0;
	int max = n - 1;
	int mid;
struct numb *PTR = tab;

// Бинарный поиск
while (min <= max) { 
mid = (max + min)/2; // переход в середину массива
if (x == mass[mid]) {
PTR->numbers = mass[mid];
PTR->index = mid;
return (PTR); // возвращение указателя на структуру
}
	else if (x < mass[mid])
max = mid - 1;  
	else 
min = mid + 1;  
} // End while

return NULL; // число не найдено
} // End function

// Главная функция
int main (void) {
	int c, x;
	int N, arr[MAX];
	
	// Русские шрифты
setlocale(LC_ALL, ".1251");
	printf("\n УГАДЫВАНИЕ ЧИСЛА В ЧИСЛОВОМ ОТСОРТИРОВАННОМ МАССИВЕ\n");
	// Английские шрифты
setlocale(LC_ALL, "English");

	printf("\n The end of the session: press Ctrl+Z after pressing  Enter\n");
	printf("\n\t Enter the dimension of the array of more than 3: ");
scanf_s("%d", N);
_flushall();

getLine(arr, N);

puts(" ");
	do 	{
	printf("\t Enter an integer: ");
	scanf_s("%d", x);
	_flushall();
	printf(" ");
	bam = PTR_ANALYSE(x, arr, N); 

	if (bam != NULL) {
printf("\t The number is found: %d\n ", bam->numbers);
printf("\t The index number of assorted array: %d\n", bam->index+1);
printf("\n\t Press Enter to continue or Ctrl+Z to quit: ");
	}
		else
printf("\t The number is not found.\n Press Enter to continue or Ctrl+Z to quit: ");

	} while ((c = getchar()) != EOF);

	printf("\n Press any key: ");
	_getch();
	return 0;
}

При двоичном алгоритме поиска после каждого сравнения исключается половина элементов массива, в котором производится поиск 15.5. Алгоритм находит средний элемент массива и сравнивает его с ключом поиска (в программе переменная х ). Если они равны, ключ поиска считается найденным и возвращается индекс этого элемента. Если они не равны, задача упрощается до поиска в одной половине массива.

Если ключ поиска меньше среднего элемента массива, поиск производится в первой половине массива. В противном случае поиск производится во второй половине. Если ключ поиска в указанном подмассиве не найден, алгоритм повторяется для четверти массива. Поиск продолжается до тех пор, пока ключ не окажется равен среднему элементу подмассива или пока подмассив не будет состоять из одного элемента, не равного ключу (это означает, что ключ поиска не найден).

Возможный результат выполнения программы показан на рис 15.6.

Задание 6

Контрольные вопросы