При необходимости все же можно добиться, чтобы функция изменила переменную из вызывающей программы. Эта программа должна обеспечить установление адреса переменной (технически, через указатель на переменную), а в вызываемой функции надо описать соответствующий аргумент как указатель и ссылаться к фактической переменной косвенно через него. Мы рассмотрим это подробно в главе 6.
Когда в качестве аргумента выступает имя массива, то фактическим значением, передаваемым функции, является адрес начала массива. (Здесь нет никакого копирования элементов массива). С помощью индексации и адреса начала функция может найти и изменить любой элемент массива. Это – тема следующего раздела.
Пример 2-13. По-видимому самым общим типом массива в «C» является массив символов. Чтобы проиллюстрировать использование массивов символов и обрабатывающих их функций, давайте напишем программу, которая читает набор строк и печатает самую длинную из них. Основная схема программы достаточно проста:
while (имеется еще строка)
if (эта строка длиннее самой длинной из предыдущих)
запомнить эту строку и ее длину,
напечатать самую длинную строку.
По этой схеме ясно, что программа естественным образом распадается на несколько частей. Одна часть читает новую строку, другая проверяет ее, третья запоминает, а остальные части программы управляют этим процессом.
Поскольку все так прекрасно делится, было бы хорошо и написать программу соответсвующим образом. Давайте сначала напишем отдельную функцию getline, которая будет извлекать следующую строку из файла ввода; это – обобщение функции getchar. Мы попытаемся сделать эту функцию по возможности более гибкой, чтобы она была полезной и в других ситуациях.
Как минимум getline должна передавать сигнал о возможном появлении конца файла; более общий полезный вариант мог бы передавать длину строки или нуль, если встретится конец файла.
Нуль не может быть длиной строки, так как каждая строка содержит по крайней мере один символ; даже строка, содержащая только символ новой строки, имеет длину 1.
Когда мы находим строку, которая длиннее самой длинной из предыдущих, то ее надо где-то запомнить. Это наводит на мысль о другой функции, copy , которая будет копировать новую строку в место хранения.
Наконец, нам нужна основная программа для управления функциями getline и copy. Вот результат:
#define maxline 1000 // Максимальная длина строки
main() // Найти самую длинную строку
{
int len; // Длина текущей строки
int max; // Максимальная длина
char line[maxline]; // Текущая строка ввода
char save[maxline]; // Самая длинная строка
max = 0;
while ((len = getline(line, maxline)) > 0)
if (len > max)
{
max = len;
copy(line, save);
}
if (max > 0) // Это была строка
printf("%s", save);
}
getline(char s[], int lim) // Поместить строку в s,
// возвратить длину
{
int c, i;
for(i=0;i<lim-1 && (c=getchar())!=eof
&& c!='\n';++i)
s[i] = c;
if (c == '\n')
{
s[i] = c;
++i;
}
s[i] = '\0';
return(i);
}
copy(char s1[],char s2[]) // Копировать s1 в s2
{ // Полагаем, что s2 достаточно велика
int i;
i = 0;
while ((s2[i] = s1[i] != '\0')
++i;
}
Функция main и getline общаются как через пару аргументов, так и через возвращаемое значение. Аргументы getline описаны в строках:
char s[];
int lim;
которые указывают, что первый аргумент является массивом, а второй – целым.
Длина массива s не указана, так как она определена в main. Функция getline использует оператор return для передачи значения назад в вызывающую программу точно так же, как это делала функция power. Одни функции возвращают некоторое нужное значение; другие, подобно copy, используются из-за их действия и не возвращают никакого значения.
Чтобы пометить конец строки символов, функция getline помещает в конец создаваемого ей массива символ \0 (нулевой символ, значение которого равно нулю). Это соглашение используется также компилятором с языка «C»: когда в «C»-программе встречается строчная константа типа
"Hello\n"
то компилятор создает массив символов, содержащий символы этой строки, и заканчивает его символом \0, с тем чтобы функции, подобные printf, могли зафиксировать конец массива:
| H | e | l | l | o | \n | \0 |
Спецификация формата %s указывает, что printf ожидает строку, представленную в такой форме. Проанализировав функцию COPY, вы обнаружите, что и она опирается на тот факт, что ее входной аргумент оканчивается символом \0, и копирует этот символ в выходной аргумент s2. (Все это подразумевает, что символ \0 не является частью нормального текста).
Между прочим, стоит отметить, что даже в такой маленькой программе, как эта, возникает несколько неприятных организационных проблем. Например, что должна делать main, если она встретит строку, превышающую ее максимально возможный размер? Функция getline поступает разумно: при заполнении массива она прекращает дальнейшее извлечение символов, даже если не встречает символа новой строки. Проверив полученную длину и последний символ, функция main может установить, не была ли эта строка слишком длинной, и поступить затем, как она сочтет нужным. Ради краткости мы опустили эту проблему.
Пользователь функции getline никак не может заранее узнать, насколько длинной окажется вводимая строка. Поэтому в getline включен контроль переполнения. в то же время пользователь функции copy уже знает (или может узнать), каков размер строк, так что мы предпочли не включать в эту функцию дополнительный контроль.
Упражнение 2-14. Переделайте ведущую часть программы поиска самой длинной строки таким образом, чтобы она правильно печатала длины сколь угодно длинных вводимых строк и возможно больший текст.
Упражнение 2-15. Напишите программу печати всех строк длиннее 80 символов.
Упражнение 2-16. Напишите программу, которая будет удалять из каждой строки стоящие в конце пробелы и табуляции, а также строки, целиком состоящие из пробелов.
Упражнение 2-17. Напишите функцию reverse(s), которая располагает символьную строку s в обратном порядке. С ее помощью напишите программу, которая обратит каждую строку из файла ввода.
2.10. Область действия: внешние переменные
Переменные в main (line, save и т.д.) являются внутренними или локальными по отношению к функции main, потому что они описаны внутри main и никакая другая функция не имеет к ним прямого доступа. Это же верно и относительно переменных в других функциях; например, переменная i в функции getline никак не связана с i в copy. Каждая локальная переменная существует только тогда, когда произошло обращение к соответствующей функции, и исчезает, как только закончится выполнение этой функции. По этой причине такие переменные, следуя терминологии других языков, обычно называют автоматическими. Мы впредь будем использовать термин автоматические при ссылке на эти динамические локальные переменные. (В главе 5 обсуждается класс статической памяти, когда локальные переменные все же оказываются в состоянии сохранить свои значения между обращениями к функциям).
Поскольку автоматические переменные появляются и исчезают вместе с обращением к функции, они не сохраняют своих значений в промежутке от одного вызова до другого, в силу чего им при каждом входе нужно явно присваивать значения. Если этого не сделать, то они будут содержать мусор.
В качестве альтернативы к автоматическим переменным можно определить переменные, которые будут внешними для всех функций, т.е. глобальными переменными, к которым может обратиться по имени любая функция, которая пожелает это сделать. (Этот механизм весьма сходен с COMMON в ФОРТРАНЕ и EXTERNAL в PL/1). Так как внешние переменные доступны всюду, их можно использовать вместо списка аргументов для передачи данных между функциями. Кроме того, поскольку внешние переменные существуют постоянно, а не появляются и исчезают вместе с вызываемыми функциями, они сохраняют свои значения и после того, как функции, присвоившие им эти значения, завершат свою работу.
Пример 2-14. Внешняя переменная должна быть определена вне всех функций; при этом ей выделяется фактическое место в памяти. Такая переменная должна быть также описана в каждой функции, которая собирается ее использовать; это можно сделать либо явным описанием extern, либо неявным по контексту. Чтобы сделать обсуждение более конкретным, давайте перепишем программу поиска самой длинной строки, сделав line, save и max внешними переменными. Это потребует изменения описаний и тел всех трех функций, а также обращений к ним.
#define maxline 1000 // Максимальная длина строки
char line[maxline]; // Вводимая строка
char save[maxline]; // Самая длинная строка
int max; // Длина самой длинной строки
main() // Поиск длиннейшей строки: специальная версия
{
int len;
extern int max;
extern char save[];
max = 0;
while ( (len = getline()) > 0 )
if ( len > max )
{
max = len;
copy();
}
if ( max > 0 ) // Это была строка
printf( "%s", save );
}
getline() // Специализированная версия
{
int c, i;
extern char line[];
for (i = 0; i < maxline-1 && (c=getchar()) !=eof
&& c!='\n'; ++i)
line[i] = c;
if (c == \n)
{
line[i] = c;
++i;
}
line[i] = '\0'
return(i)
}
copy() // Специализированная версия
{
int i;
extern char line[], save[];
i = 0;
while ((save[i] = line[i]) !='\0')
++i;
}
Внешние переменные для функций main, getline и copy определены в первых строчках приведенного выше примера, которыми указывается их тип и вызывается отведение для них памяти. Синтаксически внешние описания точно такие же, как описания, которые мы использовали ранее, но так как они расположены вне функций, соответствующие переменные являются внешними. Чтобы функция могла использовать внешнюю переменую, ей надо сообщить ее имя. Один способ сделать это – включить в функцию описание extern; это описание отличается от предыдущих только добавлением ключевого слова extern.