Programovanie (1) v C/C++
1-INF-127, ZS 2024/25
Prednáška 5: Rozdiel medzi revíziami
(→Oznamy) |
|||
Riadok 5: | Riadok 5: | ||
** Ak je pre vás cvičenie povinné a neprídete, dostanete -1 bod. | ** Ak je pre vás cvičenie povinné a neprídete, dostanete -1 bod. | ||
** Môžete prísť aj ak je pre vás cvičenie nepovinné, ale máte nejaké otázky. | ** Môžete prísť aj ak je pre vás cvičenie nepovinné, ale máte nejaké otázky. | ||
+ | * Ak by ste chceli zmeniť skupinu na utorkové cvičenia, vyplňte [https://forms.office.com/e/A1wwDiRS8P formulár] | ||
* Dnes polia, budúci pondelok hlavne ďalšie príklady a algoritmy s použitím tých častí Cčka, ktoré už poznáte | * Dnes polia, budúci pondelok hlavne ďalšie príklady a algoritmy s použitím tých častí Cčka, ktoré už poznáte | ||
Verzia zo dňa a času 19:18, 8. október 2024
Obsah
Oznamy
- Dokončenie predchádzajúcej prednášky (funkcie).
- Na piatkové cvičenia treba prísť, ak ste v utorok na cvičení nezískali aspoň 5 bodov.
- Na testovači máte v záložke Body, položke Piatkove_cvicenie uvedené predbežné body z utorkového cvičenia a napísané, či je alebo nie je pre vás piatkové cvičenie povinné.
- Ak je pre vás cvičenie povinné a neprídete, dostanete -1 bod.
- Môžete prísť aj ak je pre vás cvičenie nepovinné, ale máte nejaké otázky.
- Ak by ste chceli zmeniť skupinu na utorkové cvičenia, vyplňte formulár
- Dnes polia, budúci pondelok hlavne ďalšie príklady a algoritmy s použitím tých častí Cčka, ktoré už poznáte
Hľadanie chýb v programe
- Väčšina programov nefunguje na prvý krát, hľadanie chýb patrí medzi základné činnosti programátora
- Podobné chyby sa často opakujú, tréningom sa ich naučíte nájsť rýchlejšie
Ak program ani neskompiluje
- Kompilátor vypíše číslo riadku s chybou, čo vám ju môže pomôcť nájsť
- Občas je však chyba trochu inde, napr. niečo chýba o riadok vyššie
- Pokročilejšie prostredia, ako napr. Netbeans, vám vedia ukázať polohu chyby
- Ak kompilátor vypíše veľa chýb, opravte najskôr prvú, potom skompilujte znovu, ďalšie chyby môžu byť len dôsledkom prvej
- Ak neviete nájsť chybu pri kompilácii, skúste zakomentovať nejaké časti programu pomocou /* */, aby ste zúžili priestor, kde chyba môže byť
- Aj varovania kompilátora môžu poukazovať na chybu v programe
Ak program dáva zlé výsledky, "cyklí sa" alebo "padá"
- Môžete skúsiť program znovu prečítať, či nezbadáte chybu
- Pomáha dobrá čitateľnosť programov
- Alebo experimentami zistiť, kde sa jeho správanie prvýkrát začne odlišovať od toho, čo očakávate
- To sa dá robiť spúšťaním programu po krokoch v nástroji nazvanom debugger (nachádza sa napr. v Netbeans)
- Alternatíva k debuggeru je do programu pridať pomocné výpisy, ktoré vám prezradia, ktorá časť programu sa práve vykonáva a aké sú hodnoty dôležitých premenných
- Po nájdení chyby treba tieto pomocné výpisy odstrániť. Pozor, aby ste tým nespravili ďalšiu chybu
- Debugger alebo výpisy vám pomôžu nájsť chybu iba vtedy, ak máte predstavu o tom, ako by program mal fungovať a hľadáte, kde sa od nej skutočné správanie líši
- Pomáha vyrobiť si čo najmenší vstup, kde je zlý výsledok
Záznam typu struct
V príkladoch s obvodom trojuholníka a stredom úsečky sme funkciám posielali veľa parametrov (súradnice x a y)
void stred(double x1, double y1, double x2, double y2, double &xm, double &ym) {
xm = (x1 + x2) / 2;
ym = (y1 + y2) / 2;
}
Program bude krajší, ak si údaje o jednom bode spojíme do jedného záznamu
struct bod {
double x, y;
};
- Pomocou struct vytvoríme nový dátový typ bod, ktorý má zložky x a y
- V jednom struct-e môžu byť aj položky rôznych typov, napr.
struct bod {
double x,y;
int id;
bool visible;
};
- Môžeme vytvárať premenné typu bod, napr. bod a, b;
- K položkám bodu pristupujeme pomocou bodky, napr. a.x = 4.0;
- Do funkcií body posielame radšej referenciou, aby sa zbytočne nekopírovalo veľa hodnôt
Nasledujúci program načíta súradnice troch bodov, spočíta obvod trojuholníka a stredy všetkých troch strán.
#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
struct bod {
double x, y; // suradnice bodu v rovine
};
double dlzka(bod &bod1, bod &bod2) {
// funkcia vrati dlzku usecky z bodu 1 do bodu 2
double dx = bod1.x - bod2.x;
double dy = bod1.y - bod2.y;
return sqrt(dx * dx + dy * dy);
}
void stred(bod &bod1, bod &bod2, bod &stred) {
// funkcia do bodu stred spocita stred usecky z bodu 1 do bodu 2
stred.x = (bod1.x + bod2.x) / 2;
stred.y = (bod1.y + bod2.y) / 2;
}
void vypisBod(bod &b) {
// funkcia vypise suradnice bodu v zatvorke a koniec riadku
cout << "(" << b.x << "," << b.y << ")" << endl;
}
int main() {
// nacitame suradnice vrcholov trojuholnika
bod A, B, C;
cout << "Zadaj suradnice vrcholu A oddelene medzerou: ";
cin >> A.x >> A.y;
cout << "Zadaj suradnice vrcholu B oddelene medzerou: ";
cin >> B.x >> B.y;
cout << "Zadaj suradnice vrcholu C oddelene medzerou: ";
cin >> C.x >> C.y;
// spocitame dlzky stran
double da = dlzka(B, C);
double db = dlzka(A, C);
double dc = dlzka(A, B);
// vypiseme obvod
cout << "Obvod trojuholnika ABC: " << da + db + dc << endl;
// spocitame stredy stran
bod stredAB;
stred(A, B, stredAB);
bod stredAC;
stred(A, C, stredAC);
bod stredBC;
stred(B, C, stredBC);
// vypiseme stredy stran
cout << "Stred strany AB: ";
vypisBod(stredAB);
cout << "Stred strany AC: ";
vypisBod(stredAC);
cout << "Stred strany BC: ";
vypisBod(stredBC);
}
Príklad behu programu:
Zadaj suradnice vrcholu A oddelene medzerou: 0 0 Zadaj suradnice vrcholu B oddelene medzerou: 0 3 Zadaj suradnice vrcholu C oddelene medzerou: 4 0 Obvod trojuholnika ABC: 12 Stred strany AB: (0,1.5) Stred strany AC: (2,0) Stred strany BC: (2,1.5)
Spracovanie väčšieho množstva dát
Naše programy doteraz spracovávali len malý počet vstupných dát načítaných od užívateľa (napr. súradnice troch bodov). Často však chceme pracovať s väčším množstvom dát
- Dnes si ukážeme, ako uložiť väčšie množstvo dát do poľa
- Na niektoré úlohy však pole nepotrebujeme - údaje môžeme spracovávať rovno ako ich užívateľ zadáva (takéto príklady sme už videli na cvičeniach)
V nasledujúcich príkladoch užívateľ zadá číslo N a potom N celých čísel
- Predstavme si napríklad, že učiteľ zadá body, ktoré študenti dostali na písomke (napr. celé čísla v rozsahu 0..10)
- Z týchto bodov chceme spočítať nejaké štatistiky
Priemer
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int N;
cout << "Zadaj pocet cisel: ";
cin >> N;
int sucet = 0;
cout << "Zadavaj cisla: ";
for (int i = 0; i < N; i++) {
int x;
cin >> x;
sucet += x;
}
double priemer = sucet / (double) N;
cout << "Priemer je " << priemer << "." << endl;
}
- Čo by sa stalo, keby sme vo výpočte priemeru vynechali (double)?
Maximum
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int max, x, N;
cout << "Zadaj pocet cisel: ";
cin >> N;
cout << "Zadavajte cisla: ";
max = ?
for (int i = 0; i < N; i++) {
cin >> x;
if (x > max) {
max = x;
}
}
cout << endl << "Maximum je " << max << endl;
}
Ako ale začať? Ako nastaviť maximum na začiatok?
- Jedna možnosť je nastaviť ho na nejakú veľmi malú hodnotu, aby sa iste neskôr zmenila. Ale čo ak používateľ dá všetky čísla ešte menšie?
- Riešením je použiť najmenšie možné číslo. Ale to je príliš viazané na konkrétny rozsah, nebude fungovať po zmene typu premenných.
- Ďalšia možnosť je si pamätať, že ešte nemáme správne nastavené maximum a po načítaní prvého čísla ho nastaviť alebo spracovať prvé číslo zvlášť (mimo cyklu).
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int max, x, N;
cout << "Zadaj pocet cisel: ";
cin >> N;
cout << "Zadavajte cisla: ";
cin >> x; // načítanie prvého čísla
max = x;
for (int i = 1; i < N; i++) { // cyklus cez N-1 ďalších čísel
cin >> x;
if (x > max) {
max = x;
}
}
cout << endl << "Maximum je " << max << endl;
}
Cvičenie:
- Ako by sme program rozšírili tak, aby vedel vypísať aj koľké číslo v poradí bolo najväčšie?
- Čo treba v programe zmeniť, ak chceme hľadať minimum namiesto maxima?
Prvé použitie poľa: podpriemer / nadpriemer
Chceme spočítať priemer a o každom vstupnom čísle vypísať, či je nadpriemerné alebo podpriemerné.
- Priemer vieme až keď načítame všetky čísla, musíme si ich teda zapamätať
- Na to používame tabuľky, ktoré sa volajú polia.
- Na začiatok pre jednoduchosť predpokladajme, že vopred vieme, že počet údajov N je napr. 20 (N teda nenačítavame)
- Príkaz int a[20]; vytvorí pole s 20 premennými typu int, ku ktorým pristupujeme a[0], a[1], ..., a[19]
- pozor, a[20] neexistuje
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
const int N = 20; // premennu N uz nebude mozne menit, ma konstantnu hodnotu 20
int a[N];
double sucet = 0;
cout << "Zadavajte " << N << " cisel: ";
for (int i = 0; i < N; i++) {
cin >> a[i];
sucet += a[i];
}
double priemer = sucet / N;
cout << "Priemer je " << priemer << "." << endl;
for (int i = 0; i < N; i++) {
if (a[i] > priemer) {
cout << a[i] << ": vacsie ako priemer." << endl;
} else if (a[i] < priemer) {
cout << a[i] << ": mensie ako priemer." << endl;
} else {
cout << a[i] << ": priemer." << endl;
}
}
}
Na zamyslenie:
- Pozor, chyby pri zaokrúhľovaní môžu spôsobiť, že niekedy priemerné číslo bude považované za nad/podpriemerné
- Vedeli by ste program prerobiť tak, aby používal iba premenné typu int a nerobil žiadnu chybu v zaokrúhľovaní?
- Môže aj po takejto zmene niekedy dať zlú odpoveď?
Polia
Rozsah poľa je konštantný výraz väčší ako 0. Prvky sa indexujú od 0 po počet - 1
int a[10];
const int N=20;
double b[N];
Ak nepoznáme vopred počet prvkov, ktoré chceme dať do poľa, môžeme odhadnúť, že ich nebude viac ako NMax, ktoré definujeme ako konštantu v programe.
- Vytvoríme pole veľkosti NMax, použijeme z neho len prých N hodnôt
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
const int NMax = 1000;
int p[NMax];
int N;
cout << "Zadaj pocet cisel: ";
cin >> N;
if (N > NMax) {
cout << "Prilis velke N" << endl;
return 1; // ukončíme funkciu main a tým aj program
}
cout << "Zadavajte " << N << " cisel: ";
...
Čo ak ako veľkosť poľa použijeme premennú N, ktorú si prečítame od používateľa alebo inak spočítame za behu?
int N;
cout << "Zadaj pocet cisel: ";
cin >> N;
int p[N];
- V starších verziách C resp. C++ to nefunguje, aj keď niektoré novšie kompilátory to zvládajú
- Na prednáškach tento spôsob nebudeme používať
- Pole veľkosti N, ktorá nie je konštanta, sa naučíme vytvárať inak v druhej polovici semestra
Vytvorenie a inicializácia poľa
V definícii môžeme pole inicializovať zoznamom prvkov.
// spravne: inicializacia zoznamom
int A[4] = {3, 6, 8, 10};
// spravne: definicia bez inicializacie
int B[4];
// nespravne, pole tu nedefinujeme:
// B[4] = {3, 6, 8, 10};
// spravne - menime prvky existujuceho pola:
B[0] = 3; B[1] = 6; B[2] = 8; B[3] = 10;
Indexovanie hodnotou mimo intervalu
Pozor, kompilátor nekontroluje indexy prvkov
int a[10];
a[10] = 1234;
- Skompiluje, ale hodnota 1234 sa zapíše do pamäti na zlé miesto
- Môže to mať nepredvídateľné následky: prepísanie obsahu iných premenných (chybný výpočet alebo „nevysvetliteľné“ správanie sa programu) alebo dokonca prepísanie časti kódu vášho programu
Kopírovanie a testovanie rovnosti
V prípade, že chceme vytvoriť pole, ktoré je kópiou už existujúceho poľa, ponúka sa možnosť príkazu priradenia b=a;. Takýto príkaz však neskompiluje – nedá sa takto priraďovať, treba kopírovať prvok po prvku.
for (int i=0; i < 10; i++) {
b[i] = a[i];
}
Polia sa tiež nedajú porovnávať pomocou operátora ==. Podmienku if (a==b) { cout << "rovnake"; }. síce skompilujete, ale nikdy to nebude pravda – neporovná sa obsah poľa, ale niečo úplne iné (adresy polí v pamäti). Treba opäť porovnávať prvok po prvku.
bool rovne = true;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
rovne = rovne && a[i] == b[i];
}
if (rovne) {
cout << "Rovnaju sa" << endl;
}
Ten istý kúsok programu môžeme napísať napr. aj takto:
bool rovne = true;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if(a[i] != b[i]) {
rovne = false;
break;
}
}
if (rovne) {
cout << "Rovnaju sa" << endl;
}
Výskyty čísel 0...9
Na vstupe je číslo N a N celých čísel od 0 do 9 a chceme vedieť, koľkokrát sa jednotlivé čísla na vstupe vyskytli.
Prvý prístup:
- vstupné čísla uložíme do poľa
- pre každú hodnotu i od 0 po 9 prejdeme pole a spočítame počet výskytov i
Druhý prístup:
- samotné vstupné čísla neukladáme do poľa, spracovávame ich po jednom
- vytvoríme si pole počítadiel dĺžky 10, v ktorom p[i] bude počet výskytov čísla i
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int p[10]; // pole dlzky 10
int N;
cout << "Zadajte pocet cisel: ";
cin >> N;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
p[i] = 0; // inicializácia poľa p[0]=0; p[1]=0; ... p[9]=0;
}
cout << "Zadavajte " << N << "cisel z intervalu 0-9: ";
for (int i = 0; i < N; i++) {
int x;
cin >> x;
if (x >= 0 && x < 10) { // test, či je číslo z požadovaného rozsahu
p[x]++; // zvýšime počítadlo pre hodnotu x
}
}
cout << endl;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
cout << "Pocet vyskytov " << i << " je " << p[i] << endl; // výpis
}
}
Odbočka: grafická knižnica SVGdraw
- Aplikácie s grafickým rozhraním budeme programovať až budúci semester
- V tomto semestri, ale budeme kresliť obrázky v SVG formáte pomocou jednoduchej knižnice SVGdraw
- Knižnicu si stiahnite a nainštalujte podľa návodu
- Na začiatku programu zapnite knižnicu pomocou #include "SVGdraw.h"
- Tu je malý ukážkový program, ktorý vykreslí zelený štvorec a v ňom červený kruh:
#include "SVGdraw.h"
int main() {
/* Vytvor obrázok s šírkou 150 a výškou 100 a
* ulož ho do súboru stvorec.svg*/
SVGdraw drawing(150, 100, "stvorec.svg");
/* Nastav farbu vyfarbovania na zelenú. */
drawing.setFillColor("green");
/* Vykresli štvorec s ľavým horným
* rohom v bode (20,10)
* a s dĺžkou strany 80,
* t.j. pravým dolným rohom 100,90 */
drawing.drawRectangle(20,10,80,80);
/* Nastav farbu vyfarbovania na červenú */
drawing.setFillColor("red");
/* Vykresli kruh so stredom
* v bode (60,50) a polomerom 40. */
drawing.drawEllipse(60,50,40,40);
/* Ukonči vypisovanie obrázka. */
drawing.finish();
}
Kreslíme kruhy
Nasledujúci program náhodne vygeneruje súradnice niekoľkých kruhov a vykreslí ich pomocou knižnice SVGdraw.
- Údaje o jednom kruhu si uloží do záznamu struct kruh, v programe používame pole takýchto kruhov.
- Navyše o každom kruhu zistí, či sa pretína s iným kruhom, a ak áno, pri vykresľovaní ho orámuje červenou farbou.
#include "SVGdraw.h"
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <cmath>
struct kruh {
int x, y; /* suradnice stredu */
int polomer; /* polomer kruhu */
bool pretinaSa; /* pretína sa s iným? */
};
void generujKruh(kruh &k, int velkost, int polomer) {
/* inicializuj kruh s nahodnou polohou
* a danym polomerom */
k.x = rand() % (velkost - 2 * polomer)
+ polomer;
k.y = rand() % (velkost - 2 * polomer)
+ polomer;
k.polomer = polomer;
}
bool pretinajuSa(kruh &k1, kruh &k2) {
/* zisti, ci sa dva kruhy pretinaju */
int dx = k1.x - k2.x;
int dy = k1.y - k2.y;
double d2 = sqrt(dx * dx + dy * dy);
return d2 <= k1.polomer + k2.polomer;
}
int main() {
const int pocet = 10; /* počet kruhov */
const int velkost = 300; /* veľkosť obrázku */
const int polomer = 15; /* polomer kruhu */
/* inicializácia generátora
* pseudonáhodných čísel */
srand(time(NULL));
/* inicializácia obrázku */
SVGdraw drawing(velkost, velkost, "kruhy.svg");
/* pole kruhov */
kruh kruhy[pocet];
for (int i = 0; i < pocet; i++) {
/* kazdemu kruhu vygeneruj nahodnu polohu */
generujKruh(kruhy[i], velkost, polomer);
}
/* zisti, ktoré kruhy pretínajú iné kruhy */
for (int i = 0; i < pocet; i++) {
kruhy[i].pretinaSa = false;
for (int j = 0; j < pocet; j++) {
if (i != j && pretinajuSa(kruhy[i],
kruhy[j])) {
kruhy[i].pretinaSa = true;
}
}
}
/* vykresluj kruhy */
drawing.setFillColor("gray");
for (int i = 0; i < pocet; i++) {
if (kruhy[i].pretinaSa) {
drawing.setLineColor("red");
} else {
drawing.setLineColor("black");
}
drawing.drawEllipse(kruhy[i].x,
kruhy[i].y,
kruhy[i].polomer,
kruhy[i].polomer);
}
/* ukoncenie vykreslovania */
drawing.finish();
}
Polia: zhrnutie
- Pole je tabuľka hodnôt. V poli dĺžky n máme hodnoty p[0], p[1], ..., p[n-1]
- Kopírovanie a porovnávanie polí si musíme naprogramovať
- C resp. C++ nekontrolujú, či index nie je mimo rozsahu poľa
Ďalšie príklady na prácu s poľom
- Načítajte pole čísel a vypíšte ho v opačnom poradí.
- Skúste poradie povymieňať priamo v poli a nie iba pri výpise.
- Načítajte pole čísel, náhodne ich premiešajte a zase vypíšte.