Skip to content

Latest commit

 

History

History
429 lines (304 loc) · 25.3 KB

4_c_language.md

File metadata and controls

429 lines (304 loc) · 25.3 KB
Raw

Язык СИ

  • Лаконичность и быстрота (почти как Ассемблер)
  • Переносимость на различные архитектуры
  • Набор низкоуровневых средств
  • Прямой доступ к памяти
  • Операции над битами
  • Адресная арифметика

Си – универсальный язык программирования, считается удобным для системного программирования, хотя он удобен и для написания прикладных программ. Среди преимуществ языка Си следует отметить переносимость программ на компьютеры различной архитектуры и из одной операционной системы в другую, лаконичность записи алгоритмов, логическую стройность программ, а также возможность получить программный код, сравнимый по скорости выполнения с программами, написанными на языке ассемблера. Последнее связано с тем, что хотя Си является языком высокого уровня, имеющим полный набор конструкций структурного программирования, он также обладает набором низкоуровневых средств, обеспечивающих доступ к аппаратным средствам компьютера. Программа на Cи состоит из программных единиц одного типа – функций. Аргументы могут передаваться функциям посредством копирования значений этих аргументов; при этом вызванная функция не может изменить фактический аргумент в вызывающей подпрограмме. Возможен иной вариант – передача параметра по ссылке, когда явно передается указатель, т.е. адрес, при этом функция сможет изменить объект, на который ссылается указатель. В Си предусмотрен ряд операций низкого уровня: прямой доступ к памяти, операции над битами данных и адресной арифметики. Программы на языке Си компактны и гибки. Язык Си доверяет программисту и разрешает ему практически все; из-за этого Си нельзя считать языком надежного программирования, и вся ответственность за качество программы лежит на программисте, который должен знать особенности языка и его реализации. Программа, написанная на языке Си, состоит из операторов. Каждый оператор вызывает выполнение некоторых действий на соответствующем шаге выполнения программы. При написании операторов применяются латинские прописные и строчные буквы, цифры и специальные знаки. К таким знакам, например, относятся: точка ., запятая ,, двоеточие :, точка с запятой ; и др. Совокупность символов, используемых в языке, называется алфавитом языка. Программы оперируют с различными данными, которые могут быть простыми и структурированными. Простые данные - это целые и вещественные числа, символы и указатели (адреса объектов в памяти). Целые числа не имеют, а вещественные имеют дробную часть. Структурированные данные - это массивы и структуры.

Битовые операции

В своих программах вы не адресуете отдельные биты, а имеете дело с группами битов - байтами. Если представить байт как 8-разрядное целое число без знака, его биты соответствуют последовательным степеням 2.

Однако компьютерам удобнее иметь дело со степенями 2. Программисты часто используют шестнадцатеричную систему (16 = 2^4) - особенно при работе с отдельными разрядами целых чисел. В качестве дополнительных цифр в шестнадцатеричной системе используются буквы а, b, с, d, е и f. Таким образом, счет в шестнадцатеричной системе выглядит так: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 а b с d е f 10 11 ... Числа, записанные в шестнадцатеричной системе, обозначаются префиксом 0х.

Один байт всегда может быть представлен шестнадцатеричным числом из двух цифр (например, 3с). По этой причине шестнадцатеричные числа удобны для работы с двоичными данными.

Побитовое И (AND, &)

2 байта можно объединить поразрядной операцией И для создания третьего байта. В этом случае бит третьего байта равен 1 только в том случае, если оба соответствующих бита первых двух байтов равны 1.

0011
0101
----
0001

Часто используется для обнуления некоторой группы разрядов. Например:

n = n & 0177;

обнуляет в n все разряды, кроме младших семи.

Побитовое ИЛИ (OR, |)

Программа выдает результат объединения двух байтов поразрядной операцией ИЛИ:

Hex:   03c0 | 0a90 = 0bd
Decimal:  0600 | 01690 = 0189

0011
0101
----
0111

Применяют для установки разрядов; так,

х = х | SET_ON;

устанавливает единицы в тех разрядах х, которым соответствуют единицы в SET_ON.

Побитовое исключающее ИЛИ (сложение по модулю два, XOR, ^)

Исключающая операция ИЛИ объединяет два байта и создает третий байт. Бит результата равен 1 в том случае, если ровно один из двух соответствующих битов входных байтов равен 1.

0011
0101
----
0110

Побитовое отрицание (дополнение, унарный оператор НЕ, NOT, ~)

Дополнением к существующему байту называется байт, биты которого находятся в противоположном состоянии: все нули заменяются единицами, а все единицы заменяются нулями.

0011
----
1100

Унарный оператор ~ поразрядно "обращает" целое т.е. превращает каждый единичный бит в нулевой и наоборот. Например:

х = х & ~077

обнуляет в х последние 6 разрядов. Заметим, что запись х & ~077 не зависит от длины слова, и, следовательно, она лучше, чем х & 0177700, поскольку последняя подразумевает, что х занимает 16 битов. Не зависимая от машины форма записи ~077 не потребует дополнительных затрат при счете, так как ~077 — константное выражение, которое будет вычислено во время компиляции.

Сдвиг влево <<

При выполнении операции сдвига влево каждый бит смещается в направлении старшего бита. Биты, выходящие за пределы числа, теряются, а возникающие справа «пустоты» заполняются нулями.

Сдвиг вправо >>

Примеры битовых операций:

67 & 114 = 66
67 | 114 = 115
67 ^ 114 = 49
~67 = 188

Что такое указатель и ссылка и в чем разница?

Указатель (C, C++, Objective-C) – переменная, которая содержит в качестве значения адрес памяти переменной, которая уже в свою очередь содержит значение. Т.о. имя переменной отсылает к значению прямо, а указатель – косвенно. Указатель не несет информации о содержимом объекта, а содержит сведения о том, где размещен объект. Для определения указателя надо указать тип объекта, на который указывает указатель, и символ звездочки *.

int x = 10; // определяем переменную
int *p; // определяем указатель
p = &x; // указатель получает адрес переменной
printf("%p \n", p); // 0060FEA8

Указатель хранит адрес объекта в памяти компьютера. И для получения адреса к переменной применяется операция &. Эта операция применяется только к таким объектам, которые хранятся в памяти компьютера, то есть к переменным и элементам массива. Указатель p будет ссылаться на адрес, по которому располагается переменная x, то есть на адрес 0x0060FEA8. Но так как указатель хранит адрес, то мы можем по этому адресу получить хранящееся там значение, то есть значение переменной x. Для этого применяется операция * или операция разыменования, то есть та операция, которая применяется при определении указателя. Результатом этой операции всегда является объект, на который указывает указатель. Применим данную операцию и получим значение переменной x:

printf("x = %d \n", *p); // x = 10

Используя полученное значение в результате операции разыменования мы можем присвоить его другой переменной:

int y = *p;
printf("x = %d \n", y); // x = 10

И также используя указатель, мы можем менять значение по адресу, который хранится в указателе:

*p = 45;
printf("x = %d \n", x);  // 45

Так как по адресу, на который указывает указатель, располагается переменная x, то соответственно ее значение изменится.

Ссылка (C++) — это объект, указывающий на определенные данные, но не хранящий их. Получение объекта по ссылке называется разыменованием. Ссылка не является указателем, а просто является другим именем для объекта. Главное отличие ссылки от указателей в том, что указатель это целое число и поэтому для него доступны операции с целыми числами, а для ссылки доступны только операции копирования и разыменования.

int value = 7; // обычная переменная
int &ref = value; // ссылка на переменную value

Есть два способа обращения к функции – вызов по значению и вызов по ссылке. При вызове по значению создается копия аргумента и передается вызываемой функции. Изменение копии не влияют на значение оригинала в операторе вызова. Один из минусов этого способа – если передается большой элемент данных, то на его копирование может уйти дополнительное время.

В вызове функции достаточно указать имя переменной и она будет передана по ссылке, тогда упоминание в теле вызываемой функции переменной по имени ее параметра в действительности является обращением к исходной переменной в вызывающей функции и эта исходная переменная может быть изменена непосредственно вызываемой функцией. Для передачи больших объектов используется константный ссылочный параметр, чтобы обеспечить защиту параметра, как при вызове по значению, и в то же время избежать накладных расходов при передаче копии большого объекта:

const int &count;

const с указателем значит, что значение переменной не изменяется.

Аргументы можно передавать в функцию тремя способами:

  1. Вызов по значению
  2. Вызов по ссылке с аргументами ссылками
  3. Вызов по ссылке с аргументами указателями

Указатели как и ссылки тоже можно использовать для модификации одного или более значений переменных в вызывающем операторе, или передавать указатели на большие объекты данных, чтобы избежать расходов, сопутствующих передаче объектов по значению.

Различия

Ссылка — это тот же указатель, который неявно разыменовывается при доступе к значению, на которое он указывает («под капотом» ссылки реализованы с помощью указателей). Таким образом, в следующем коде:

int value = 7;
int *const ptr = &value;
int &ref = value;
// *ptr и ref обрабатываются одинаково. Т.е. это одно и то же:
*ptr = 7;
ref = 7;

Поскольку ссылки должны быть инициализированы корректными объектами (они не могут быть нулевыми) и не могут быть изменены позже, то они, как правило, безопаснее указателей (так как риск разыменования нулевого указателя отпадает). Однако, они немного ограничены в функциональности по сравнению с указателями.

Если определенное задание может быть решено с помощью как ссылок, так и указателей, то лучше использовать ссылки. Указатели следует использовать только в тех ситуациях, когда ссылки являются недостаточно эффективными (например, при динамическом выделении памяти).

Почему (NSError **) использует указатель на указатель?

Explanation 1: if you pass a pointer to an object to your function, the function can only modify what the pointer is pointing to. if you pass a pointer to a pointer to an object then the function can modify the pointer to point to another object. In the case of NSError, the function might want to create a new NSError object and pass you back a pointer to that NSError object. Thus, you need double indirection so that the pointer can be modified.

Explanation 2: A pointer to a pointer is a form of multiple indirection, or a chain of pointers. Normally, a pointer contains the address of a variable. When we define a pointer to a pointer, the first pointer contains the address of the second pointer, which points to the location that contains the actual value as shown below.

A variable that is a pointer to a pointer must be declared as such. This is done by placing an additional asterisk in front of its name. For example, the following declaration declares a pointer to a pointer of type int: int **var; When a target value is indirectly pointed to by a pointer to a pointer, accessing that value requires that the asterisk operator be applied twice, as is shown below in the example:

int main () {

  int  var;
  int  *ptr;
  int  **pptr;

  var = 3000;

  /* take the address of var */
  ptr = &var;

  /* take the address of ptr using address of operator & */
  pptr = &ptr;

  /* take the value using pptr */
  printf("Value of var = %d\n", var);
  printf("Value available at *ptr = %d\n", *ptr);
  printf("Value available at **pptr = %d\n", **pptr);

  return 0;
}
Value of var = 3000
Value available at *ptr = 3000
Value available at **pptr = 3000

with a regular parameter, say int, you get a local copy

with a pointer parameter, say int*, you can modify what it points to

with a double pointer parameter, say int**, you can modify the pointer itself, i.e. 'repoint' it

How to return 2+ values from a function?

In C:

  • Returning the address of the first element of a local array has undefined behavior (at least dereferencing it later is). You may use output parameters, that is, pass two pointers, and set the values inside:
void Calculate(int x, int y, int* prod, int* quot) {
  *prod = x*y;
  *quot = x/y;
}

Usage:

int x = 10, y = 2, prod, quot;
Calculate(x, y, &prod, &quot)
  • Another thing you could do is pack your data into a struct
typedef struct {
  int prod;
  int quot;
} product_and_quot;

product_and_quot Calculate(int x, int y) {
  product_and_quot p = {x*y, x/y};
  return p;
}

in Objective-C:

  • Pointers
- (void)convertA:(float)a B:(float)b C:(float) intoX:(float *)xOut Y:(float *)yOut Z:(float)zOut {
  *xOut = 3*a + b;
  *yOut = 2*b;
  *zOut = a*b + 4*c;
}

and call it like this:

float x, y, z;
[self convertA:a B:b C:c intoX:&x Y:&y Z:&z];
  • Another way is to create a struct and return it:
struct XYZ {
  float x, y, z;
};

- (struct XYZ)xyzWithA:(float)a B:(float)b C:(float)c {
  struct XYZ xyz;
  xyz.x = 3*a + b;
  xyz.y = 2*b;
  xyz.z = a*b + 4*c;
  return xyz;
}

Call it like this:

struct XYZ output = [self xyzWithA:a B:b C:c];
  • Double pointers with objects

If you want to return more than one new object, your function should take pointers to the object pointer, thus:

- (void)mungeFirst:(NSString **)stringOne andSecond:(NSString **)stringTwo {
  *stringOne = [NSString stringWithString:@"foo"];
  *stringTwo = [NSString stringWithString:@"baz"];
}
  • Blocks

You can return two values with help of block:

- (void)getUIControlles:(void (^)(UITextField *objTextFiled, UIView *objView))completionBlock {
  UITextField * textFiled = nil;
  /*
  do code here for textfiled
  */
  UIView * viewDemo = nil;

  /*
  do code here for Uiview.
  */

  completionBlock (textFiled, viewDemo);
}

- (void)testMethod {
  // Call function with following way.
  [self getUIControlles:^(UITextField *objTextFiled, UIView *objView) {
    // objTextFiled = This is your textfiled object
    // objView = This is your view object
    }];
  }

What is the difference between char const and const char?

Существует четыре способа передачи в функцию указателя

  1. Неконстантный указатель на неконстантные данные
  2. Неконстнатный указатель на константные данные
  3. Константный указатель на неконстантные данные
  4. Константный указатель на константные данные

Что значит n&(n – 1)?

It's figuring out if n is either 0 or an exact power of two. It works because a binary power of two is of the form 1000...000 and subtracting one will give you 111...111. Then, when you AND those together, you get zero, such as with:

  1000 0000 0000 0000
&  111 1111 1111 1111
  ==== ==== ==== ====
= 0000 0000 0000 0000

Any non-power-of-two input value will not give you zero when you perform that operation. For example, let's try all the 3-bit combinations:

<----- binary ---->
  n     n    n-1   n&(n-1)
---   ---   ---   -------
 0    000   111     000 *
 1    001   000     000 *
 2    010   001     000 *
 3    011   010     010
 4    100   011     000 *
 5    101   100     100
 6    110   101     100
 7    111   110     110

You can see that only 0 and the powers of two (1, 2 and 4) result in a 000-false bit pattern, all others are non-zero or true. See the full Bit Twiddling Hacks document for all sorts of other wonderful (or dastardly, depending on your viewpoint) hackery.