Функции стандартной библиотеки c

Функции стандартной библиотеки c

Любая программа на C++ содержит обращения к стандартной библиотеке, в которой находятся определения типов, констант, макросов, функций и классов. Чтобы использовать их в программе, требуется с помощью директивы #inc1ude включить в исходный текст программы заголовочные файлы, в которых находятся соответствующие объявления. Сами библиотечные функции хранятся в скомпилированном виде и подключаются к программе на этапе компоновки. В программах на C++ могут использоваться функции, унаследованные от библиотеки С.

Функции библиотеки можно разбить на группы по их назначению: ввод/вывод, обработка строк, математические функции, работа с динамической памятью, поиск и сортировка и т. д.

Функции ввода/вывода

Ввод/вывод в C++ реализуется либо с помощью функций, унаследованных от библиотеки С, либо с помощью потоков C++. Смешивать эти два способа в одной программе можно только синхронизировав ввод с помощью функции sync_with_stdio(). Каждый способ имеет свои преимущества. Преимущество использования потоков в том, что они легче в использовании в простых случаях ввода/вывода, не требующих форматирования, а, главное, потоковые операции можно переопределить для собственных классов. Ввод/вывод в стиле С удобнее использовать при форматированном выводе в программах, не использующих объектно-ориентированную технику.

Для использования функций ввода/вывода в стиле С необходимо подключить к программе заголовочный файл или . При вводе/выводе данные рассматриваются как поток байтов. Физически поток представляет собой файл или устройство (например, клавиатуру или дисплей, рассматривающиеся как частный случай файла).

Работа с потоком начинается с его открытия. Поток можно открыть для чтения и/или записи в двоичном или текстовом режиме. Функция открытия потока имеет формат:

File* fopen(const char* filename, const char* mode);

При успешном открытии потока функция возвращает указатель на предопределенную структуру типа FILE, содержащую всю необходимую для работы с потоком информацию, или NULL в противном случае. Первый параметр – имя открываемого файла в виде С-строки, второй – режим открытия файла:

"r" – файл открывается для чтения;

"w" – открывается пустой файл для записи (если файл существует, он стирается);

"а" – файл открывается для добавления информации в его конец;

"r+" – файл открывается для чтения и записи (файл должен существовать);

"w+" – открывается пустой файл для чтения и записи (если файл существует, он стирается);

"а+" – файл открывается для чтения и добавления информации в его конец.

Режим открытия может также содержать символы t (текстовый режим) или b (двоичный режим), отличающиеся обработкой символов перехода на новую строку. По умолчанию файл открывается в текстовом режиме, при котором комбинация символов «возврат каретки» и «перевод строки» (0x13 0x10) при вводе преобразуются в одиночный символ перевода строки (при выводе выполняется обратное преобразование). В двоичном режиме эти преобразования не выполняются.

FILE * f = fopen("d:\cpp\clata", "rb+");

Указатель f используется в дальнейших операциях с потоком. Его передают функциям ввода/вывода в качестве параметра.

При открытии потока с ним связывается область памяти, называемая буфером. При выводе вся информация направляется в буфер и накапливается там до заполнения буфера или до закрытия потока. Чтение осуществляется блоками, равными размеру буфера, и данные читаются из буфера. Буферизация позволяет более быстро и эффективно обмениваться информацией с внешними устройствами. Следует иметь в виду, что при аварийном завершении программы выходной буфер может быть не выгружен, и возможна потеря данных. С помощью функций setbuf и setvbuf можно управлять размерами и наличием буферов.

Существует пять предопределенных потоков, которые открываются в начале работы программы: стандартный ввод stdin, стандартный вывод stdout, стандартный вывод сообщений об ошибках stderr, стандартный дополнительный поток stdaux и стандартная печать stdprn. Первые три потока по умолчанию относятся к консоли. Эти указатели можно использовать в любой функции ввода/вывода там, где требуется указатель потока.

Ввод/вывод в поток можно осуществлять различными способами: в виде последовательности байтов, в виде символов и строк или с использованием форматных преобразований. Для каждого вида операций определен свой набор функций.

Операции ввода/вывода выполняются, начиная с текущей позиции потока, определяемой положением указателя потока. Указатель устанавливается при открытии на начало или конец файла (в соответствии с режимом открытия) и изменяется автоматически после каждой операции, ввода/вывода. Текущее положение указателя можно получить с помощью функций ftell и fgetpos и задать явным образом с помощью функций fseek и fsetpos. Эти функции нельзя использовать для стандартных потоков. Основными функциями ввода/вывода потока являются:

Чтение и запись потока байтов выполняют функции fread и fwrite.

Чтение символа из потока – getc, fgetc, из стандартного потока stdin – getchar.

Запись символа в поток – putс, fputc, в стандартный поток stdout – putchar.

Чтение строки из потока – fgets, из стандартного потока stdin – gets.

Запись строки в поток – fputs, в стандартный поток stdout – puts.

Форматированный ввод из потока – fscant, из стандартного потока stdin – scant, из строки – sscanf.

Форматированный вывод в поток – fprintf, в стандартный поток stdout – printf, в строку – sprintf.

Поток закрывается либо при завершении программы, либо явным образом с помощью функции fclose:

Библиотеки позволяют использовать разработанный ранее программный код в различных программах. Таким образом, программист может не разрабатывать часть кода для своей программы, а воспользоваться тем, что входит в состав библиотек.

В языке программирования C код библиотек представляет собой функции, размещенные в файлах, которые скомпилированы в объектные файлы, а те, в свою очередь, объединены в библиотеки. В одной библиотеке объединяются функции, решающие определенный тип задач. Например, существует библиотека математических функций.

У каждой библиотеки должен быть свой заголовочный файл, в котором должны быть описаны прототипы (объявления) всех функций, содержащихся в этой библиотеке. С помощью заголовочных файлов вы "сообщаете" вашему программному коду, какие библиотечные функции есть и как их использовать.

Читайте также:  Как удалить windows defender в windows 10

При компиляции программы библиотеки подключаются линковщиком, который вызывается gcc. Если программе требуются только стандартные библиотеки, то дополнительных параметров линковщику передавать не надо (есть исключения). Он "знает", где стандартные библиотеки находятся, и подключит их автоматически. Во всех остальных случаях при компиляции программы требуется указать имя библиотеки и ее местоположение.

Библиотеки бывают двух видов — статические и динамические. Код первых при компиляции полностью входит в состав исполняемого файла, что делает программу легко переносимой. Код динамических библиотек не входит в исполняемый файл, последний содержит лишь ссылку на библиотеку. Если динамическая библиотека будет удалена или перемещена в другое место, то программа работать не будет. С другой стороны, использование динамических библиотек позволяет сократить размер исполняемого файла. Также если в памяти находится две программы, использующие одну и туже динамическую библиотеку, то последняя будет загружена в память лишь единожды.

Далее будет описан пример, в котором создается библиотека, после чего используется при создании программы.

Пример создания библиотеки

Допустим, мы хотим создать код, который в дальнейшем планируем использовать в нескольких проектах. Следовательно, нам требуется создать библиотеку. Исходный код для библиотеки было решено разместить в двух файлах исходного кода.
Также на данный момент у нас есть план первого проекта, использующего эту библиотеку. Сам проект также будет включать два файла.

В итоге, когда все будет сделано, схема каталогов и файлов будет выглядеть так:

Пусть каталоги library и project находятся в одном общем каталоге, например, домашнем каталоге пользователя. Каталог library содержит каталог source с файлами исходных кодов библиотеки. Также в library будут находиться заголовочный файл (содержащий описания функций библиотеки), статическая (libmy1.a) и динамическая (libmy2.so) библиотеки. Каталог project будет содержать файлы исходных кодов проекта и заголовочный файл с описанием функций проекта. Также после компиляции с подключением библиотеки здесь будет располагаться исполняемый файл проекта.
В операционных системах GNU/Linux имена файлов библиотек должны иметь префикс "lib", статические библиотеки — расширение *.a, динамические — *.so.

Для компиляции проекта достаточно иметь только одну библиотеку: статическую или динамическую. В образовательных целях мы получим обе и сначала скомпилируем проект со статической библиотекой, потом — с динамической. Статическая и динамическая "разновидности" одной библиотеки по-идее должны называться одинаково (различаются только расширения). Поскольку у нас обе библиотеки будут находиться в одном каталоге, то чтобы быть уверенными, что при компиляции проекта мы используем ту, которую хотим, их названия различны (libmy1 и libmy2).

Исходный код библиотеки

В файле figure.c содержатся две функции — rect() и diagonals() . Первая принимает в качестве аргументов символ и два числа и "рисует" на экране с помощью указанного символа прямоугольник заданной ширины и высоты. Вторая функция выводит на экране две диагонали квадрата ("рисует" крестик).

В файле text.c определена единственная функция, принимающая указатель на символ строки. Функция выводит на экране звездочки в количестве, соответствующем длине указанной строки.

Заголовочный файл можно создать в каталоге source, но мы лучше сохраним его там, где будут библиотеки. В данном случае это на уровень выше (каталог library). Тем самым как бы подчеркивается, что файлы исходных кодов после создания из них библиотеки вообще не нужны пользователям библиотек, они нужны лишь разработчику библиотеки. А вот заголовочный файл библиотеки требуется для ее правильного использования.

Создание статической библиотеки

Статическую библиотеку создать проще, поэтому начнем с нее. Она создается из обычных объектных файлов путем их архивации с помощью утилиты ar.

Все действия, которые описаны ниже выполняются в каталоге library (т.е. туда надо перейти командой cd). Просмотр содержимого каталога выполняется с помощью команды ls или ls -l.

Получаем объектные файлы:

В итоге в каталоге library должно наблюдаться следующее:

Далее используем утилиту ar для создания статической библиотеки:

Параметр r позволяет вставить файлы в архив, если архива нет, то он создается. Далее указывается имя архива, после чего перечисляются файлы, из которых архив создается.

Объектные файлы нам не нужны, поэтому их можно удалить:

В итоге содержимое каталога library должно выглядеть так:

, где libmy1.a — это статическая библиотека.

Создание динамической библиотеки

Объектные файлы для динамической библиотеки компилируются особым образом. Они должны содержать так называемый позиционно-независимый код (position independent code). Наличие такого кода позволяет библиотеке подключаться к программе, когда последняя загружается в память. Это связано с тем, что библиотека и программа не являются единой программой, а значит как угодно могут располагаться в памяти относительно друг друга. Компиляция объектных файлов для динамической библиотеки должна выполняться с опцией -fPIC компилятора gcc:

В отличие от статической библиотеки динамическую создают при помощи gcc указав опцию -shared:

Использованные объектные файлы можно удалить:

В итоге содержимое каталога library:

Использование библиотеки в программе

Исходный код программы

Теперь в каталоге project (который у нас находится на одном уровне файловой иерархии с library) создадим файлы проекта, который будет использовать созданную библиотеку. Поскольку сама программа будет состоять не из одного файла, то придется здесь также создать заголовочный файл.

Функция data() запрашивает у пользователя данные, помещая их в массив strs. Далее вызывает библиотечную функцию diagonals() , которая выводит на экране "крестик". После этого на каждой итерации цикла вызывается библиотечная функция text() , которой передается очередной элемент массива; функция text() выводит на экране звездочки в количестве равному длине переданной через указатель строки.

Читайте также:  Как исправить ошибку с синим экраном

Обратите внимание на то, как подключается заголовочный файл библиотеки: через относительный адрес. Две точки обозначают переход в каталог на уровень выше, т.е. родительский по отношению к project, после чего путь продолжается во вложенный в родительский каталог library. Можно было бы указать абсолютный путь, например, "/home/sv/c/les_21/library/mylib.h". Однако при перемещении каталогов библиотеки и программы на другой компьютер или в другой каталог адрес был бы уже не верным. В случае с относительным адресом требуется лишь сохранять расположение каталогов project и library относительно друг друга.

Здесь два раза вызывается библиотечная функция rect() и один раз функция data() из другого файла проекта. Чтобы сообщить функции main() прототип data() также подключается заголовочный файл проекта.

Файл project.h содержит всего одну строчку:

Из обоих файлов проекта с исходным кодом надо получить объектные файлы для объединения их потом с файлом библиотеки. Сначала мы получим исполняемый файл, содержащий статическую библиотеку, потом — связанный с динамической библиотекой. Однако с какой бы библиотекой мы не компоновали объектные файлы проекта, компилируются они как для статической, так и динамической библиотеки одинаково:

При этом не забудьте сделать каталог project текущим!

Компиляция проекта со статической библиотекой

Теперь в каталоге project есть два объектных файла: main.o и data.o. Их надо скомпилировать в исполняемый файл project, объединив со статической библиотекой libmy1.a. Делается это с помощью такой команды:

Начало команды должно быть понятно: опция -o указывает на то, что компилируется исполняемый файл project из объектных файлов.

Помимо объектных файлов проекта в компиляции участвует и библиотека. Об этом свидетельствует вторая часть команды: -L../library -lmy1. Здесь опция -L указывает на адрес каталога, где находится библиотека, он и следует сразу за ней. После опции -l записывается имя библиотеки, при этом префикс lib и суффикс (неважно .a или .so) усекаются. Обратите внимание, что после данных опций пробел не ставится.

Опцию -L можно не указывать, если библиотека располагается в стандартных для данной системы каталогах для библиотек. Например, в GNU/Linux это /lib/, /urs/lib/ и др.

Запустив исполняемый файл project и выполнив программу, мы увидим на экране примерно следующее:

Посмотрим размер файла project:

Его размер равен 8698 байт.

Компиляция проекта с динамической библиотекой

Теперь удалим исполняемый файл и получим его уже связанным с динамической библиотекой. Команда компиляции с динамической библиотекой выглядит так:

Здесь в отличии от команды компиляции со статической библиотеки добавлены опции для линковщика: -Wl,-rpath. /library/. -Wl — это обращение к линковщику, -rpath — опция линковщика, ../library/ — значение опции. Получается, что в команде мы два раза указываем местоположение библиотеки: один раз с опцией -L, а второй раз с опцией -rpath. Видимо для того, чтобы понять, почему так следует делать, потребуется более основательно изучить процесс компиляции и компоновки программ на языке C.

Следует заметить, что если вы скомпилируете программу, используя приведенную команду, то исполняемый файл будет запускаться из командной строки только в том случае, если текущий каталог project. Стоит сменить каталог, будет возникать ошибка из-за того, что динамическая библиотека не будет найдена. Но если скомпилировать программу так:

, т.е. указать для линковщика абсолютный адрес, то программа в данной системе будет запускаться из любого каталога.

Размер исполняемого файла проекта, связанного с динамической библиотекой, получился равным 8604 байта. Это немного меньше, чем при компиляции проекта со статической библиотекой. Если посмотреть на размеры библиотек:

, то видно, что динамическая больше статической, хотя исполняемый файл проекта со статической библиотекой больше. Это доказывает, что в исполняемом файле, связанном с динамической библиотекой, присутствует лишь ссылка на нее.

Стандартная библиотека C++

Стандартная библиотека C++ (далее – STD) представляет собой большой набор функций и классов для решения различных задач. STD и ядро языка C++ развивались и стандартизировались параллельно. В следствие этого, многие важные вещи, например ввод/вывод, не являются частью ядра, а принадлежат STD. Все компоненты STD согласованы друг с другом, но основаны на разных принципах проектирования. В основу разработки библиотеки положена парадигма обобщенного программирования. Все классы библиотеки – это шаблоны.

Александр Александрович Степанов

при этом обычное “расширение” в имени заголовочных файлов ( ".h" ) отбрасывается.
Примечание. На первом уроке в 10 классе мы акцентировали ваше внимание на том, что полной совместимости между языками C и C++ не существует. В современном стандарте языка C++ появилось много вещей, которые не будут работать в языке Си, равно как и многие вещи принятые в Си перестали работать в С++. Например (далеко неполный список):

Таким образом, использовать библиотеки языка Си вы можете, но писать совместимый код на современном С++ не получится. В языке Си не существуют классы динамических контейнеров, которые освобождают память в автоматическом режиме. Динамические массивы в Си нужно создавать “вручную” с помощью библиотечных функций malloc , free и realloc . (В C++ поддерживаются функции работы с памятью из стандартной библиотеки Си, но их использование не рекомендуется). В продолжении нашего курса мы практически не обращаемся к библиотеке языка Си (за исключением cmath и ctime ).

Основные компоненты STD:
    Language support library (языковая поддержка) Diagnostics library (исключения) General utilities library (утилиты) Strings library (строки) Localization library (локализация) Containers library (контейнеры) Iterators library (итераторы) Algorithms library (алгоритмы) Numerics library (числа) Input/output library (ввод/вывод) Regular expressions library (регулярные выражения) Atomic operations library (атомарные операции) Thread support library (многопоточность)
Читайте также:  Как восстановить вацап на новом телефоне

Часть STD, рассматриваемая как STL

В целом, STL состоит из двух основных частей: классы контейнеров и алгоритмы для работы с элементами контейнеров. Все компоненты STL являются шаблонами, поэтому их можно использовать для произвольных типов элементов, включая абстрактные. Со многими компонентами STL мы уже смогли познакомиться и научиться ими использовать при решении различных задач. Ниже приводятся ссылки на внутренние ресурсы сайта, где проводится детальный разбор соответствующего компонента.

В STL выделяют пять основных компонентов:
    Контейнер (container) Итератор (iterator) Алгоритм (algorithm) Адаптер (adaptor) Функциональный объект (functor)

Контейнеры

Контейнеры — это специализированные классы, предназначенные для хранения коллекции однотипных объектов и обеспечения доступа к этим объектам. Контейнер – это структура данных похожая на массив. Контейнер управляет выделяемой для его элементов памятью и предоставляет функции-члены для доступа к ним, либо непосредственно, либо через итераторы. Конструкторы контейнеров имеют дополнительный специальный аргумент allocator (распределитель). Аллокатор инкапсулирует (т. е. скрывает) реализацию выделения и освобождения памяти. Аллокатором по умолчанию является шаблон std::allocator (если не определен пользовательский распределитель). В качестве инструментов выделения и освобождения памяти этот аллокатор использует стандартные операции new и delete . Для различных контейнеров имеются как общие, так и специфичные операции, применимые только для данного вида коллекции объектов. Разные контейнеры обеспечивают различную эффективность тех или иных операций. Выбор оптимального контейнера для конкретного случая зависит не только от предоставляемой функциональности, но и от его эффективности при различных рабочих нагрузках. Контейнеры подразделяются на следующие виды:

    Последовательные контейнерыАссоциативные контейнерыКонтейнеры-адаптерыПсевдоконтейнеры
Последовательные контейнеры

В последовательных контейнерах элементы располагаются последовательно, один за другим. Позиция зависит от времени и места вставки, но не связана со значением элемента. Каждый элемент контейнера имеет свой индекс (за исключением контейнера list ); как и в массивах, отсчет начинается с "0" . Но, в отличие от C-массивов, имеющих фиксированный размер, последовательные контейнеры – динамические массивы (за исключением контейнера array ). К последовательным контейнерам относятся классы:

    arrayvectordeque list forward_list

Контейнер array предоставляет максимальную эффективность при работе с массивом фиксированного размера. Контейнер vector ведет себя как array , но может автоматически увеличиваться по мере необходимости (является динамическим массивом, как и все остальные контейнеры, кроме array ). vector позволяет осуществлять быструю вставку и удаление в конце массива, в то время как контейнер deque с обоих концов. Но эффективность доступа к элементам у вектора выше, чем у дека. Контейнер list предоставляет эффективную вставку элементов в любой позиции, но не поддерживает произвольный доступ к элементам.

Ассоциативные контейнеры

Ассоциативные контейнеры реализуют упорядоченные структуры данных с возможностью быстрого поиска. Достигается это автоматической сортировкой элементов (по умолчанию – по возрастанию) и принципиально иным способом внутреннего представления данных, основанного на сбалансированном бинарном дереве. К ассоциативным контейнерам относятся:

Класс set (множество) представляет собой упорядоченный контейнер, соответствующий математическому понятию множества. set хранит упорядоченное множество уникальных ключей (или просто – значений).
Класс map (словарь) реализует упорядоченный ассоциативный массив пар элементов, состоящих из уникальных ключей и соответствующих им значений. Контейнеры multiset и multimap допускают существование нескольких ключей с одинаковым значением.
Помимо упорядоченных ассоциативных контейнеров, имеются неупорядоченные структуры данных (хеш-массивы) с возможностью быстрого поиска:

    unordered_set unordered_map unordered_multiset unordered_multimap
Контейнеры-адаптеры

Контейнеры-адаптеры (container adaptor) — это обёртки над другими контейнерами, предоставляющие особые наборы операций. Оборачиваемый контейнер может быть задан как дополнительный параметр шаблона. Если параметр не задан, будет использоваться, специфический для адаптера, контейнер по умолчанию. К контейнерам-адаптерам относятся:

    stackqueue priority_queue

Контейнер stack (стек) реализует структуру данных в которой элементы добавляются и удаляются в вершине стека (т. е. с одного конца). Массив элементов, организован по принципу LIFO (англ. last in — first out, «последним пришёл — первым вышел»). Контейнер queue (очередь) реализует структуру данных в которой добавление элемента возможно только в конец очереди, а выборка — из начала очереди, при этом выбранный элемент из очереди удаляется.
Контейнер priority_queue (очередь с приоритетами) поддерживает операции, аналогичные классу stack, но вставка элементов предполагает их неявную сортировку, так что операция извлечения элемента извлекает всегда минимальный (или максимальный, если определена соответствующая функция сравнения) элемент коллекции.

Псевдо-контейнеры

Подведем черту упоминанием еще одного типа контейнеров – псевдо-контейнеров. Это особый вид контейнеров, которые созданы для специфичных элементов на основе каркаса для проектирования новых контейнеров, предоставляемого библиотекой стандартных шаблонов. К псевдо-контейнерам относятся:

Интеллектуальные указатели

В контейнерах, для хранения элементов, используется семантика передачи объектов по значению. Другими словами, при добавлении, контейнер получает копию элемента. Следовательно, может возникнуть перерасход памяти. Если создание копии нежелательно, то используют контейнер указателей на элементы. Присвоение элементов реализуется с помощью операции присваивания, а их уничтожение происходит с использованием деструктора. Но в этом таится опасность. Например, не совпадают время жизни объекта и время жизни указателя на этот объект, возникают утечки памяти. Чтобы избежать таких проблем используются интеллектуальные (умные) указатели. “Интеллектуальными” они называются так потому, что позволяют избежать, выше упомянутых, проблем. Однако, они не дают 100% гарантии, что не появятся подобные проблемы в результате непродуманности алгоритма. Существует два основных типа умных указателей:

    shared_ptr unique_ptr

Несколько указателей shared_ptr могут владеть одним и тем же объектом. Объект будет уничтожен, когда последний, указывающий на него, умный указатель будет уничтожен. unique_ptr получает единоличное владение объектом через его указатель, и разрушает объект, когда unique_ptr выходит из области видимости. Примеры использования интеллектуальных указателей мы рассмотрим позднее.

Ссылка на основную публикацию
Формула частота в excel
При анализе данных периодически возникает задача подсчитать количество значений, попадающих в заданные интервалы "от и до" (в статистике их называют...
Уравнение плоскости по двум пересекающимся прямым
УСЛОВИЕ: Составить уравнение плоскости, проходящей через две параллельные прямые x-2/3=y+1/2=z-3/-2 x-1/3=y-2/2=z+3/-2 Добавил yelymcheav , просмотры: ☺ 1976 ⌚ 2019-05-14 15:35:56....
Уравнение баланса мощностей формула
При решений электротехнических задач, часто нужно проверить правильность найденных значений. Для этого в науке ТОЭ, существует так называемый баланс мощностей....
Формула тейлора с остатком в форме пеано
Формулировка: Если существует , то представима в следующем виде: Это выражение называется формулой Тейлора с остаточным членом в форме Пеано...
Adblock detector