Внешние переменные
Программа на языке "C" состоит из набора внешних объек- тов, которые являются либо переменными, либо функциями. Тер- мин "внешний" используется главным образом в противопостав- ление термину "внутренний", которым описываются аргументы и автоматические переменные, определенные внурти функций. Внешние переменные определены вне какой-либо функции и, та- ким образом, потенциально доступны для многих функций. Сами функции всегда являются внешними, потому что правила языка "C" не разрешают определять одни функции внутри других. По умолчанию внешние переменные являются также и "глобальными", так что все ссылки на такую переменную, использующие одно и то же имя (даже из функций, скомпилированных независимо), будут ссылками на одно и то же. В этом смысле внешние пере- менные аналогичны переменным COмMON в фортране и EXTERNAL в PL/1. Позднее мы покажем, как определить внешние переменные и функции таким образом, чтобы они были доступны не глобаль- но, а только в пределах одного исходного файла.
В силу своей глобальной доступности внешние переменные предоставляют другую, отличную от аргументов и возвращаемых значений, возможность для обмена данными между функциями. Если имя внешней переменной каким-либо образом описано, то любая функция имеет доступ к этой переменной, ссылаясь к ней по этому имени. В случаях, когда связь между функциями осуществляется с помощью большого числа переменных, внешние переменные оказы- ваются более удобными и эффективными, чем использование длинных списков аргументов. Как, однако, отмечалось в главе 1, это соображение следует использовать с определенной осто- рожностью, так как оно может плохо отразиться на структуре программ и приводить к программам с большим числом связей по данным между функциями. Вторая причина использования внешних переменных связана с инициализацией. В частности, внешние массивы могут быть инициализированы а автоматические нет. Мы рассмотрим вопрос об инициализации в конце этой главы. Третья причина использования внешних переменных обуслов- лена их областью действия и временем существования. Автома- тические переменные являются внутренними по отношению к фун- кциям; они возникают при входе в функцию и исчезают при вы- ходе из нее. Внешние переменные, напротив, существуют посто- янно. Они не появляютя и не исчезают, так что могут сохра- нять свои значения в период от одного обращения к функции до другого. В силу этого, если две функции используют некоторые общие данные, причем ни одна из них не обращается к другой , то часто наиболее удобным оказывается хранить эти общие дан- ные в виде внешних переменных, а не передавать их в функцию и обратно с помощью аргументов. Давайте продолжим обсуждение этого вопроса на большом примере. Задача будет состоять в написании другой программы для калькулятора, лучшей,чем предыдущая. Здесь допускаются операции +,-,*,/ и знак = (для выдачи ответа).вместо инфикс- ного представления калькулятор будет использовать обратную польскую нотацию,поскольку ее несколько легче реализовать.в обратной польской нотации знак следует за операндами; инфик- сное выражение типа
(1-2)*(4+5)=
записывается в виде 12-45+*= круглые скобки при этом не нужны
Реализация оказывается весьма простой.каждый операнд по- мещается в стек; когда поступает знак операции,нужное число операндов (два для бинарных операций) вынимается,к ним при- меняется операция и результат направляется обратно в стек.так в приведенном выше примере 1 и 2 помещаются в стек и затем заменяются их разностью, -1.после этого 4 и 5 вво- дятся в стек и затем заменяются своей суммой,9.далее числа -1 и 9 заменяются в стеке на их произведение,равное -9.опе- рация = печатает верхний элемент стека, не удаляя его (так что промежуточные вычисления могут быть проверены). Сами операции помещения чисел в стек и их извлечения очень просты,но, в связи с включением в настоящую программу обнаружения ошибок и восстановления,они оказываются доста- точно длинными. Поэтому лучше оформить их в виде отдельных функций,чем повторять соответствующий текст повсюду в прог- рамме. Кроме того, нужна отдельная функция для выборки из ввода следующей операции или операнда. Таким образом, струк- тура программы имеет вид:
WHILE( поступает операция или операнд, а не конец IF ( число ) поместить его в стек еLSE IF ( операция ) вынуть операнды из стека выполнить операцию поместить результат в стек ELSE ошибка
Основной вопрос, который еще не был обсужден, заключает- ся в том,где поместить стек, т. Е. Какие процедуры смогут обращаться к нему непосредственно. Одна из таких возможнос- тей состоит в помещении стека в MAIN и передачи самого стека и текущей позиции в стеке функциям, работающим со стеком. Но функции MAIN нет необходимости иметь дело с переменными, уп- равляющими стеком; ей естественно рассуждать в терминах по- мещения чисел в стек и извлечения их оттуда. В силу этого мы решили сделать стек и связанную с ним информацию внешними переменными , доступными функциям PUSH (помещение в стек) и POP (извлечение из стека), но не MAIN. Перевод этой схемы в программу достаточно прост. Ведущая программа является по существу большим переключателем по ти- пу операции или операнду; это, по-видимому, более характер- ное применеие переключателя, чем то, которое было продемонс- трировано в главе 3.
#DEFINE MAXOP 20 /* MAX SIZE OF OPERAND, OPERАTOR * #DEFINE NUMBER '0' /* SIGNAL THAT NUMBER FOUND */ #DEFINE TOOBIG '9' /* SIGNAL THAT STRING IS TOO BIG *
MAIN() /* REVERSE POLISH DESK CALCULATOR */ /( INT TUPE; CHAR S[MAXOP]; DOUBLE OP2,ATOF(),POP(),PUSH();
WHILE ((TUPE=GETOP(S,MAXOP)) !=EOF); SWITCH(TUPE) /( CASE NUMBER: PUSH(ATOF(S)); BREAK; CASE '+': PUSH(POP()+POP()); BREAK; CASE '*': PUSH(POP()*POP()); BREAK; CASE '-': OP2=POP(); PUSH(POP()-OP2); BREAK; CASE '/': OP2=POP(); IF (OP2 != 0.0) PUSH(POP()/OP2); ELSE PRINTF("ZERO DIVISOR POPPED\N"); BREAK; CASE '=': PRINTF("\T%F\N",PUSH(POP())); BREAK; CASE 'C': CLEAR(); BREAK; CASE TOOBIG: PRINTF("%.20S ... IS TOO LONG\N",S) BREAK; /) /) #DEFINE MAXVAL 100 /* MAXIMUM DEPTH OF VAL STACK */
INT SP = 0; /* STACK POINTER */ DOUBLE VAL[MAXVAL]; /*VALUE STACK */ DOUBLE PUSH(F) /* PUSH F ONTO VALUE STACK */ DOUBLE F; /( IF (SP < MAXVAL) RETURN(VAL[SP++] =F); ELSE /( PRINTF("ERROR: STACK FULL\N"); CLEAR(); RETURN(0); /) /)
DOUBLE POP() /* POP TOP VALUE FROM STEACK */ /( IF (SP > 0) RETURN(VAL[--SP]); ELSE /( PRINTF("ERROR: STACK EMPTY\N"); CLEAR(); RETURN(0); /) /)
CLEAR() /* CLEAR STACK */ /( SP=0; /)
Команда C очищает стек с помощью функции CLEAR, которая также используется в случае ошибки функциями PUSH и POP. к функции GETOP мы очень скоро вернемся. Как уже говорилось в главе 1, переменная является внеш- ней, если она определена вне тела какой бы то ни было функ- ции. Поэтому стек и указатель стека, которые должны исполь- зоваться функциями PUSH, POP и CLEAR, определены вне этих трех функций. Но сама функция MAIN не ссылается ни к стеку, ни к указателю стека - их участие тщательно замаскировано. В силу этого часть программы, соответствующая операции = , ис- пользует конструкцию
PUSH(POP());
для того, чтобы проанализировать верхний элемент стека, не изменяя его. Отметим также, что так как операции + и * коммутативны, порядок, в котором объединяются извлеченные операнды, несу- щественен, но в случае операций - и / необходимо различать левый и правый операнды.
Упражнение 4-3
--------------- Приведенная основная схема допускает непосредственное расширение возможностей калькулятора. Включите операцию де- ления по модулю /%/ и унарный минус. Включите команду "сте- реть", которая удаляет верхний элемент стека. Введите коман- ды для работы с переменными. /Это просто, если имена пере- менных будут состоять из одной буквы из имеющихся двадцати шести букв/.
