Ontwerpen van programma s

Transcriptie

1 Volgens G. Polya (end jaren veertg) zjn er 4 stappen nodg om een algortme te ontwerpen: 1. Begrjp het probleem. 2. Tracht een dee te vormen over hoe een algortmsche procedure het probleem zou kunnen oplossen. Ontwerpen van programma s 3. Formuleer het algortme en schrjf het neer als een programma. 4. Evalueer het programma op nauwkeurghed en op de mogeljkheden om het als mddel te gebruken bj het oplossen van andere problemen. Voor de meeste problemen moet de ontwerper een terateve oplossngsbenaderng toepassen. Begnnen met een vereenvoudgd probleem en hervoor een betrouwbare oplossng construeren. Daardoor krjgt men meer vat op het probleem. Dt beter begrjpen kan dan gebrukt worden om meer detals n te vullen en een verfjnde oplossngsprocedure ut te denken, totdat men komt tot een brukbare oplossng voor het realstsche orgnele probleem. Ontwerp Ontwerpen en schrjven van computerprogramma s: twee zaken nodg : een goed begrp van de elementen van een programmeertaal ; het begrjpen van de defnte en structuur van het probleem dat moet opgelost worden of de taak de moet utgevoerd worden. Vorge hoofdstukken : de basselementen van de programmeertaal C. Daarnaast zjn dus techneken nodg om een probleem te analyseren en daarut een oplossng af te leden welke kan omgevormd worden tot een programma. nt man( nt argc, char argv [ ] ) nt getal ; nt stap = 0; getal = ato ( argv [ 1 ] ) ; whle ( getal!= 1 ) f ( getal%2 == 0 ) getal = getal /2; else getal = 3 getal +1; stap++; prntf ( programma stopt na %d stappen \n, stap ) ; return 0;

2 De man functe /* manarg.c : programmaparameters */ nt man( nt argc, char argv [ ] ) nt ; prntf ( argc = %d\n, argc ) ; for ( =0; <argc ; ++) prntf ( argv[%d ] = %s \n,, argv [ ] ) ; argv++; argc ; prntf ( argc = %d\n, argc ) ; for ( =0; <argc ; ++) prntf ( \ targv[%d ] = %s \n,, argv [ ] ) ; return 0; hoofdfuncte man met terugkeerwaarde van type nt en parameters 0 a.out argc argv argv[0] argv[1] argv[2] argv[3] strng 1 strng 2 strng 3 argc : het aantal ngetkte woorden, nclusef de naam van het programma; argv : een array van argc elementen, waarbj elk element een ponter s naar een strng, en een bjkomend element met waarde (char *)NULL. Element n deze array bevat het begnadres van het -de ngetkte woord. Dus argv[0] wjst naar een strng met waarde de naam van het programma; argv[1] naar het eerste argument,..., argv[argc-1] naar het laatste argument. Het laatste (NULL) element s nodg om het ende van de array aan te geven. Deze lengte kan net op voorhand vastgelegd worden, omdat een wllekeurg aantal argumenten ngetkt kunnen worden. Veronderstel na complate de utvoerbare verse n het bestand vbmp zt. Wanneer het programma vbmp gestart wordt, door de naam ervan n te tkken (of door op een coon te klkken), kunnen een wllekeurg aantal argumenten bjgevoegd worden: vbmp appel peer genoeg De utvoer s dan argc = 4 argv[0] = vbmp argv[1] = appel argv[2] = peer argv[3] = genoeg

3 Structuur van een programma Weng algemene rchtljnen: de structuur s afhankeljk s van het orgneel probleem en het algortme dat gebrukt wordt. Toch s het nuttg om een programma te verdelen n dre fazen: Intalsate : declarate en ntalsate van de varabelen. Het s nuttg om alle beschkbare nformate n te voeren voordat de berekenngen starten, zodat controles op justhed van gegevens kan gebeuren. Data verwerkng : het grootste gedeelte van het programma. De mplementate van de oplossngsprocedure met behulp van functes, terate-lussen en keuze-statements. Stockeren van de resultaten : op het ende van het programma. Het utschrjven van de resultaten naar het beeldscherm en/of naar een bestand. Voorbeeld een programma dat bestaat ut één bronbestand, bndec.c: met een man() en twee functes: de eerste functe een decmaal getal omzetten n zjn bnar equvalent de tweede functe: de omgekeerde bewerkng. /* bndec.c : omzettng */ #defne LEN 100 nt gbts [LEN] ; nt r bts [LEN] ; nt k ; nt b2d(vod ) ; nt d2b( nt ) ; nt man( nt argc, char argv [ ] ) Opspltsen n verschllende bronbestanden Wanneer er verschllende functes nodg zjn en het programma een zekere omvang krjgt, kan het nuttg zjn het programma te verdelen over verschllende bronbestanden. Voordeel: de verschllende bronbestanden kunnen afzonderljk gecompleerd worden. Zo n complate resulteert n een objectbestand. De verschllende objectbestanden worden samen gelnkt met als resultaat een utvoerbaar programma. hoofd.c een.c twee.c bronbestanden hoofd.o complates een.o lnkng twee.o objectbestanden programma utvoerbaar nt, r, getal ; prntf ( decmaal getal : ) ; scanf ( %d% c, &getal ) ; k = d2b( getal ) ; for ( =0; <k ; ++) prntf ( %d, r bts [ ] ) ; gbts [ ] = rbts [ ] ; r = b2d ( ) ; prntf ( : %d\n, r ) ;

4 nt d2b( nt n) nt =0, k=0, a [LEN] ; whle ( n > 0 ) a [ k++] = n%2; n /= 2; for ( =0; <k ; ++) rbts [ ] = a [ k 1 ] ; return k ; nt b2d(vod ) nt =0, r =1; for ( =1; <k ; ++) r = r 2 + gbts [ ] ; return r ; prntf ( decmaal getal : ) ; scanf ( %d% c, &getal ) ; k = d2b( getal ) ; for ( =0; <k ; ++) prntf ( %d, r bts [ ] ) ; gbts [ ] = rbts [ ] ; r = b2d ( ) ; prntf ( : %d\n, r ) ; het programma wordt opgedeeld over dre bronbestanden: hoofd.c, een.c en twee.c end bjhorende headerbestanden een.h en twee.h /* een.h */ #defne LEN 100 EXT nt rbts [LEN] ; nt b2d(vod ), d2b( nt ) ; /* hoofd.c */ #defne EXT #nclude een. h #nclude twee. h nt man( nt argc, char argv [ ] ) nt, r, getal ; /* twee.h */ #defne LEN 100 EXT nt gbts [LEN] ; EXT nt k ; nt b2d(vod ), d2b( nt ) ; /* een.c */ #defne EXT extern #nclude een. h nt d2b( nt n) nt =0, k=0, a [LEN] ; whle ( n > 0 ) a [ l++] = n%2; n /= 2; for ( =0; <k ; ++) r bts [ ] = a [ k 1 ] ; return k ; /* twee.c */ #defne EXT extern #nclude twee. h nt b2d(vod ) nt =0, r =1; for ( =1; <k ; ++) r = r 2 + gbts [ ] ; return r ;

5 Een header bestand n de verschllende bronbestanden worden dezelfde constanten gebrukt de defntes van deze constanten kunnen verzameld worden n een headerbestand samen met de declarates van de functe-prototypes #nclude nvoegen van een headerbestand n een bronbestand. Schedng van de publeke nterface van een functe van de actuele defnte van de functe: om de functe te gebruken n een programma s enkel de prototype-nformate nodg; de gebruker hoeft de specfeke detals van de mplementate van de functe net te kennen. Dt s algemeen aanvaard voor standaardfunctes, bjvoorbeeld sqrt, maar kan dus ook toegepast worden op zelf gedefneerde functes of functes de door een collega n het project gedefneerd zjn. Het scheden van functe-declarate en functe-defnte n twee aparte bestanden geeft de ontwerper de mogeljkhed van complexty hdng. Dt s een belangrjk mddel om grote en complexe programma s te ontwerpen. Declarate van globale varabelen n een headerbestand. Wanneer het headerbestand n verschllende bronbestanden ngevoegd wordt, moet er voor gezorgd worden dat de declarate alleen de naam en het type van de varabele vastlegt. Wanneer er ook plaats n het werkgeheugen gereserveerd zou worden, zou dt verschllende keren gebeuren, wat net de bedoelng s. Zo n declarate wordt aangedud met extern. Het keyword extern geeft aan dat de defnte (d.. geheugenreserverng) n een ander bronbestand gebeurt. systeem Declarate van globale statc varabelen n een bronbestand. k gbts rbts berek berek r getal man d2b n k... a b2d r berek Naast globale varabelen de berekbaar zjn n gans het programma en lokale varabelen de alleen bnnen een functe gekend zjn, kan men varabelen defnëren de alleen bnnen één bronbestand gekend zjn. Lokale varabelen de statc gedeclareerd zjn, zjn alleen bnnen de functe toegankeljk. Het verschl met auto lokale varabelen s de : lokale automatsche varabele: create op het moment dat een functe opgeroepen wordt; verdwjnt wanneer de functe utgevoerd s. lokale statsche varabele: create op het moment dat het programma start en verdwjnt pas wanneer het programma stopt. Tussen twee oproepen van de functe, behoudt zo n statsche varabele zjn waarde, maar deze s net berekbaar.

6 vod f (vod ) ; vod man(vod ) nt = 14; f ( ) ; prntf ( man : = %d\n, ) ; f ( ) ; prntf ( man : = %d\n, ) ; f ( ) ; vod f (vod ) statc nt = 5; /* statsche lokale var */ prntf ( functe : = %d\n, ) ; ++; Output: functe : = 5 man : = 14 functe : = 6 man : = 14 functe : = 7 Beheer met make Wanneer het aantal header-bestanden en bronbestanden groot wordt, s het net eenvoudg meer om just te weten welke bestanden moeten hercompleerd worden nadat ergens één klene aanpassng gebeurd s aan het programma. Ook de volgorde waarn de bestanden moet gecompleerd worden kan belangrjk zjn. Met behulp van make kan gemakkeljk bjgehouden worden: welke bronbestanden moeten hercompleerd worden welke objectbestanden moeten herlnkt worden nadat sommge bronbestanden aangepast zjn. systeem Veronderstel volgend project: berek man man man 14 f f f berek een.h #defne declarates van varabelen functes een.c #nclude een.h functe defntes hoofd.c #nclude een.h #nclude twee.h nt man() return 0 twee.h #defne declarates van varabelen functes twee.c #nclude twee.h functe defntes

7 automatseren van het complate en lnkng proces: een makefle: # voorbeeld van een makefle all: programma programma: hoofd.o een.o twee.o cc -o programma hoofd.o een.o twee.o hoofd.o: hoofd.c een.h twee.h cc -c hoofd.c een.o: een.c een.h cc -c een.c twee.o: twee.c twee.h cc -c twee.c Het makefle bestand bestaat ut een aantal blokken. Voor de leesbaarhed zjn de blokken van elkaar gescheden met een lege ljn. Voordat dt bevel gestart wordt, wordt eerst nagegaan of net één van de afhankeljkheden zelf geen doel s. Inden dt het geval s, wordt nagegaan of dt doel msschen net eerst moet hermaakt worden. In het voorbeeld wordt het default doel all gecontroleerd. Dt doel s afhankeljk van programma, wat op zjn beurt afhankeljk s van 3 objectbestanden. Wanneer één of meer van deze objectbestanden van recentere datum s dan programma, wordt het lnk statement van de volgende ljn utgevoerd. Maar eerst wordt vastgesteld dat de objectbestanden zelf een doel zjn. Dus van elk van de objectbestanden worden de afhankeljkheden gecontroleerd. Bjvoorbeeld bj hoofd.o, wanneer hoofd.c, een.h of twee.h van recentere datum s dan hoofd.o, wordt hoofd.c hercompleerd. Een blok bestaat ut één of meerdere ljnen: de eerste ljn moet n de eerste kolom begnnen; deze ljn bevat een naam (red doel), een dubbele punt en een ljst van namen (afhankeljkheden): de betekens s dat het doel afhankeljk s van elk van de volgende afhankeljkheden. Wanneer één van deze afhankeljkheden van recentere datum s dan het doel (omwlle van een wjzgng n het desbetreffende bestand), moet het doel hermaakt worden. de volgende ljn gespecfceert hoe een doel kan gemaakt worden: deze ljn MOET met een TAB teken begnnen; daarna volgt het bevel dat moet utgevoerd worden om vertrekkende van de verschllende afhankeljkheden, het doel te maken. Denktaak Bespreek de attrbuten (naam, type, berek en ) van de verschllende varabelen n het programma, bestaande ut dre bronbestanden gvar.h, svar.c en gvar.c. Maak een bjhorende makefle (vergeet de mathematcal lbrary net). /* gvar.h */ float functe ( float ) ; double reken (double ) ; nt routne ( ) ; EXT nt g ;

8 /* svar.c */ #nclude <math. h> #defne EXT extern #nclude gvar. h statc nt p = 0; nt routne () statc nt q = 1; nt ; = g + p++ + q++; prntf ( \t p%d q%d\n, p, q ) ; return ; /* gvar.c */ #defne EXT #nclude gvar. h nt man( nt argc, char argv [ ] ) float a = 4. 0 ; a = functe (a ) ; prntf ( man : g%d a%f \n, g, a ) ; a = functe (a ) ; prntf ( man : g%d a%f \n, g, a ) ; double reken (double c ) double f ; f = (++p) + sqrt ( c ) ; prntf ( \t p%d, p ) ; prntf ( c%l f f%l f \n, c, f ) ; return f ; float functe ( float b) double z ; g = routne ( ) ; z = reken ( (double )b ) ; return ( float )g + b + z ;