Dnešním dílem zahájíme zběžný výklad standardní knihovny, respektive toho, co nám z ní ještě zbývá probrat. Začneme chybovými stavy a proměnnou errno a podíváme se také na matematiku v pohyblivé desetinné čárce.
31.10.2005 07:00 | Jan Němec | czytane 34184×
RELATED ARTICLES
KOMENTARZE
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.
double ceil(double x) | horní celá část |
double floor(double x) | dolní celá část |
double modf(double x, double *pi) | desetinná a celá část |
double frexp(double x, int *pexp) | normalizovaný základ a mocnina dvou |
double ldexp(double x, int *exp) | x * 2exp |
double fabs(double x) | absolutní hodnota x |
double fmod(double x, double y) | zbytek po dělení x / y |
double pow(double x, double y) | xy |
double sqrt(double x) | odmocnina x |
double exp(double x) | ex |
double log(double x) | přirozený logaritmus x |
double log10(double x) | desítkový logaritmus x |
double sin(double x) | sinus x |
double cos(double x) | kosinus x |
double tan(double x) | tangens x |
double asin(double x) | arkussinus x |
double acos(double x) | arkuskosinus x |
double atan(double x) | arkustangens x |
double atan2(double y, double x) | úhel daný polopřímkou [0, 0], [x, y] |
double sinh(double x) | hyperbolický sinus |
double cosh(double x) | hyperbolický kosinus |
double tanh(double x) | hyperbolický kotangens |
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.