Standardní knihovna

Z funkcí standardní knihovny jsme v průběhu seriálu již probrali standardní výstup a výstup, konverzi základních datových typů, práci s pamětí a řetězci, operace se soubory a v minulém dílu i práci se zásobníkem. Zbývá nám ještě detekce chyb, matematika v pohyblivé desetinné čárce, generování pseudonáhodných čísel, měření času, práce s jednotlivými znaky, hledání a třídění a funkce pro podporu ladění a ovládání chodu programu. Program používající pouze standardní knihovnu půjde na úrovni zdrojového kódu přenést prakticky na jakoukoli rozumnou platformu. Ukážeme si však také, že je celá řada oblastí, které standardní knihovna nepokrývá. Z těch nejdůležitějších bych jmenoval programování grafického uživatelského rozhraní, vlákna a procesy a jejich synchronizace a komunikace, sítě a pokročilejší práce se souborovým systémem. V těchto případech zpravidla programátor vybere, pro který typ operačního systému chce program vyvíjet a použije nativní knihovny. Obvykle není problém program napsat tak šel přeložit a fungoval například na všech běžných OS unixového typu nebo třeba na všech Windows od verze 95 výše a podobně. Multiplatformní programy pak obsahují podmíněný překlad (#ifdef) a konkrétní části kódu obsahují pro každý systém zvlášť nebo (častěji) použijí nějakou nestandardní multiplatformní knihovnu, která to udělá za ně.

Chybové stavy

Volání knihovní funkce nemusí být úspěšné. Většina funkcí je navržena tak, aby se volající z návratové hodnoty nebo výstupního parametru dozvěděl, že došlo k nějaké chybě, ale ne vždy je zřejmý i přesný typ chyby. Podrobnější informace lze získat z proměnné (norma C připouští i implementaci pomocí makra, které se chová jako proměnná) errno z hlavičkového souboru errno.h. Na počátku chodu programu je errno 0, ale neúspěšné volání (téměř) každé funkce ze standardní knihovny hodnotu errno nastaví na charakteristickou hodnotu. Zda konkrétní funkce errno nastavuje, zjistíte v manuálových stránkách. Po úspěšném volání není hodnota definována, neboť mohla být změněna již z dřívějška nebo nastavena nějakým vnořeným voláním.

Pokud knihovní funkce neuspěje a nastaví errno, volajícího zpravidla víc než kód chyby zajímá její popis. V errno.h jsou kromě errno deklarované také

const char *sys_errlist[];
int sys_nerr;

Tedy pole indexovatelné hodnotami errno až do sys_nerr - 1. Hlídat rozsah pole sys_errlist při každém ošetření chyby je jistě otravné, nehlídat ho zase nebezpečné, neboť v případě nekompatibility mezi verzemi knihoven se může errno dostat mimo rozsah pole. Lepší je použít funkci strerror ze string.h nebo v případě prostého výpisu na chybový výstup použít perror ze stdio.h.

Ukážeme si to na příkladu. Zkusíme otevřít pod běžným uživatelem /etc/passwd pro zápis na konec souboru. Když se nám to nepodaří, vypíšeme několika možnými způsoby na chybový výstup příslušnou hlášku.

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main(void) {
  FILE *f;
  int chyba;

  f = fopen("/etc/passwd", "a");
  if (f != NULL) {
    puts("Jak to, že se mi to podařilo?");
    fclose(f);
    return 0;
  }
  
  /* Uložím si errno, neboť fprintf a perror by jej mohly změnit */
  chyba = errno;

  /* První způsob */
  perror("nepodařilo se otevřít soubor");
  
  /* Druhý způsob*/
  fprintf(stderr, "nepodařilo se otevřít soubor: %s\n", strerror(chyba));

  /* Třetí způsob*/
  if (chyba >= 0 && chyba < sys_nerr)
    fprintf(stderr, "nepodařilo se otevřít soubor: %s\n",
      sys_errlist[chyba]);

  return 0;
}

Matematika

Hlavičkový soubor math.h nám zpřístupní celou řadu funkcí v typu double, které známe z matematiky. Při návrhu algoritmů s čísly v pohyblivé desetinné čárce je vždy třeba počítat s tím, že pracujeme s omezenou přesností (a tak například operátor == aplikovaný na výsledky nějakého výpočtu nemusí vrátit stejný výsledek jako v ideálním světě matematiky), navíc při konkrétních výpočtech hrozí kumulace zaokrouhlovací chyby a podobně.

Všechny uvedené goniometrické funkce pracují v radiánech. Řada funkcí není definovaná pro všechna reálná čísla, případně výsledek může být příliš velký. V tomto případě volání funkce nastaví errno na hodnotu EDOM respektive ERANGE.

Ukážeme si malý příklad. Pro všechny celočíselné hodnoty úhlu od 0 do pi spočítáme pomocí sin a cos polohu bodu na jednotkové kružnici a funkcí atan2 zpětně dopočítáme úhel oproti ose x a obě hodnoty úhlu porovnáme. Na mém počítači jsou vyjdou obě hodnoty zcela stejně, neboť se výsledek atan2 vypočítá na nejbližší v typu double reprezentovatelnou hodnotu, kterou je v našem případě příslušné celé číslo.

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define PI 3.14159

int main(void) {
  double rad1, stupnu, rad2, x, y;

  for (rad1 = 0.0; rad1 <= PI; rad1 += 1.0) {
    stupnu = (rad1 * 360.0) / (2 * PI);
    x = cos(rad1);
    y = sin(rad1);
    rad2 = atan2(y, x);
    printf(
      "radiány: %f, stupně %f, bod [%f, %f],"
        " znovu radiány %f\n",
      rad1, stupnu, x, y, rad2);
  }
  return 0;
}

Pokud jste měli při překladu problém s linkerem a nedostupností funkcí sin, cos a atan2, musíte pomocí -lm explicitně přilinkovat příslušnou část standardní knihovny.

gcc matematika.c -lm -o matematika

Pokračování příště

V příštím dílu budeme pokračovat v probírání standardní knihovny.