Bài giảng Ngôn ngữ lập trình C/C++

314 trang hapham 2680

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Ngôn ngữ lập trình C/C++", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_ngon_ngu_lap_trinh_cc.pdf

Nội dung text: Bài giảng Ngôn ngữ lập trình C/C++

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Khoa Công nghệ Thông tin PHẠM HỒNG THÁI Bài giảng NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C/C++ Hà Nội – 2003
LỜI NÓI ĐẦU Ngôn ngữ lập trình (NNLT) C/C++ là một trong những ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng mạnh và phổ biến hiện nay do tính mềm dẻo và đa năng của nó. Không chỉ các ứng dụng được viết trên C/C++ mà cả những chương trình hệ thống lớn đều được viết hầu hết trên C/C++. C++ là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng được phát triển trên nền tảng của C, không những khắc phục một số nhược điểm của ngôn ngữ C mà quan trọng hơn, C++ cung cấp cho người sử dụng (NSD) một phương tiện lập trình theo kỹ thuật mới: lập trình hướng đối tượng. Đây là kỹ thuật lập trình được sử dụng hầu hết trong các ngôn ngữ mạnh hiện nay, đặc biệt là các ngôn ngữ hoạt động trong môi truờng Windows như Microsoft Access, Visual Basic, Visual Foxpro Hiện nay NNLT C/C++ đã được đưa vào giảng dạy trong hầu hết các trường Đại học, Cao đẳng để thay thế một số NNLT đã cũ như FORTRAN, Pascal Tập bài giảng này được viết ra với mục đích đó, trang bị kiến thức và kỹ năng thực hành cho sinh viên bắt đầu học vào NNLT C/C++ tại Khoa Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội. Để phù hợp với chương trình, tập bài giảng này chỉ đề cập một phần nhỏ đến kỹ thuật lập trình hướng đối tượng trong C++, đó là các kỹ thuật đóng gói dữ liệu, phương thức và định nghĩa mới các toán tử. Tên gọi của tập bài giảng này nói lên điều đó, có nghĩa nội dung của bài giảng thực chất là NNLT C được mở rộng với một số đặc điểm mới của C++. Về kỹ thuật lập trình hướng đối tượng (trong C++) sẽ được trang bị bởi một giáo trình khác. Tuy nhiên để ngắn gọn, trong tập bài giảng này tên gọi C/C++ sẽ được chúng tôi thay bằng C++. Nội dung tập bài giảng này gồm 8 chương. Phần đầu gồm các chương từ 1 đến 6 chủ yếu trình bày về NNLT C++ trên nền tảng của kỹ thuật lập trình cấu trúc. Các chương còn lại (chương 7 và 8) sẽ trình bày các cấu trúc cơ bản trong C++ đó là kỹ thuật đóng gói (lớp và đối tượng) và định nghĩa phép toán mới cho lớp. Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và trình độ người viết có hạn nên chắc chắn không tránh khỏi sai sót, vì vậy rất mong nhận được sự góp ý của bạn đọc để bài giảng ngày càng một hoàn thiện hơn. Tác giả.
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ CHƯƠNG 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA C++ Các yếu tố cơ bản Môi trường làm việc của C++ Các bước để tạo và thực hiện một chương trình Vào/ra trong C++ I. CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN Một ngôn ngữ lập trình (NNLT) bậc cao cho phép người sử dụng (NSD) biểu hiện ý tưởng của mình để giải quyết một vấn đề, bài toán bằng cách diễn đạt gần với ngôn ngữ thông thường thay vì phải diễn đạt theo ngôn ngữ máy (dãy các kí hiệu 0,1). Hiển nhiên, các ý tưởng NSD muốn trình bày phải được viết theo một cấu trúc chặt chẽ thường được gọi là thuật toán hoặc giải thuật và theo đúng các qui tắc của ngôn ngữ gọi là cú pháp hoặc văn phạm. Trong giáo trình này chúng ta bàn đến một ngôn ngữ lập trình như vậy, đó là ngôn ngữ lập trình C++ và làm thế nào để thể hiện các ý tưởng giải quyết vấn đề bằng cách viết thành chương trình trong C++. Trước hết, trong mục này chúng ta sẽ trình bày về các qui định bắt buộc đơn giản và cơ bản nhất. Thông thường các qui định này sẽ được nhớ dần trong quá trình học ngôn ngữ, tuy nhiên để có một vài khái niệm tương đối hệ thống về NNLT C++ chúng ta trình bày sơ lược các khái niệm cơ bản đó. Người đọc đã từng làm quen với các NNLT khác có thể đọc lướt qua phần này. 1. Bảng ký tự của C++ Hầu hết các ngôn ngữ lập trình hiện nay đều sử dụng các kí tự tiếng Anh, các kí hiệu thông dụng và các con số để thể hiện chương trình. Các kí tự của những ngôn ngữ khác không được sử dụng (ví dụ các chữ cái tiếng Việt). Dưới đây là bảng kí tự được phép dùng để tạo nên những câu lệnh của ngôn ngữ C++. − Các chữ cái la tinh (viết thường và viết hoa): a z và A Z. Cùng một chữ cái nhưng viết thường phân biệt với viết hoa. Ví dụ chữ cái 'a' là khác với 'A'. − Dấu gạch dưới: _ − Các chữ số thập phân: 0, 1, . ., 9. 1
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ − Các ký hiệu toán học: +, -, *, /, % , &, ||, !, >, <, = − Các ký hiệu đặc biệt khác: , ;: [ ], {}, #, dấu cách, 2. Từ khoá Một từ khoá là một từ được qui định trước trong NNLT với một ý nghĩa cố định, thường dùng để chỉ các loại dữ liệu hoặc kết hợp thành câu lệnh. NSD có thể tạo ra những từ mới để chỉ các đối tượng của mình nhưng không được phép trùng với từ khoá. Dưới đây chúng tôi liệt kê một vài từ khoá thường gặp, ý nghĩa của các từ này, sẽ được trình bày dần trong các đề mục liên quan. auto, break, case, char, continue, default, do, double, else, externe, float, for, goto, if, int, long, register, return, short, sizeof, static, struct, switch, typedef, union, unsigned, while Một đặc trưng của C++ là các từ khoá luôn luôn được viết bằng chữ thường. 3. Tên gọi Để phân biệt các đối tượng với nhau chúng cần có một tên gọi. Hầu hết một đối tượng được viết ra trong chương trình thuộc 2 dạng, một dạng đã có sẵn trong ngôn ngữ (ví dụ các từ khoá, tên các hàm chuẩn ), một số do NSD tạo ra dùng để đặt tên cho hằng, biến, kiểu, hàm các tên gọi do NSD tự đặt phải tuân theo một số qui tắc sau: − Là dãy ký tự liên tiếp (không chứa dấu cách) và phải bắt đầu bằng chữ cái hoặc gạch dưới. − Phân biệt kí tự in hoa và thường. − Không được trùng với từ khóa. − Số lượng chữ cái dùng để phân biệt tên gọi có thể được đặt tuỳ ý. − Chú ý các tên gọi có sẵn của C++ cũng tuân thủ theo đúng qui tắc trên. Trong một chương trình nếu NSD đặt tên sai thì trong quá trình xử lý sơ bộ (trước khi chạy chương trình) máy sẽ báo lỗi (gọi là lỗi văn phạm). Ví dụ 1 : • Các tên gọi sau đây là đúng (được phép): i, i1, j, tinhoc, tin_hoc, luu_luong • Các tên gọi sau đây là sai (không được phép): 1i, tin hoc, luu-luong-nuoc • Các tên gọi sau đây là khác nhau: ha_noi, Ha_noi, HA_Noi, HA_NOI, 2
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ 4. Chú thích trong chương trình Một chương trình thường được viết một cách ngắn gọn, do vậy thông thường bên cạnh các câu lệnh chính thức của chương trình, NSD còn được phép viết vào chương trình các câu ghi chú, giải thích để làm rõ nghĩa hơn chương trình. Một chú thích có thể ghi chú về nhiệm vụ, mục đích, cách thức của thành phần đang được chú thích như biến, hằng, hàm hoặc công dụng của một đoạn lệnh Các chú thích sẽ làm cho chương trình sáng sủa, dễ đọc, dễ hiểu và vì vậy dễ bảo trì, sửa chữa về sau. Có 2 cách báo cho chương trình biết một đoạn chú thích: − Nếu chú thích là một đoạn kí tự bất kỳ liên tiếp nhau (trong 1 dòng hoặc trên nhiều dòng) ta đặt đoạn chú thích đó giữa cặp dấu đóng mở chú thích /* (mở) và */ (đóng). − Nếu chú thích bắt đầu từ một vị trí nào đó cho đến hết dòng, thì ta đặt dấu // ở vị trí đó. Như vậy // sử dụng cho các chú thích chỉ trên 1 dòng. Như đã nhắc ở trên, vai trò của đoạn chú thích là làm cho chương trình dễ hiểu đối với người đọc, vì vậy đối với máy các đoạn chú thích sẽ được bỏ qua. Lợi dụng đặc điểm này của chú thích đôi khi để tạm thời bỏ qua một đoạn lệnh nào đó trong chương trình (nhưng không xoá hẳn để khỏi phải gõ lại khi cần dùng đến) ta có thể đặt các dấu chú thích bao quanh đoạn lệnh này (ví dụ khi chạy thử chương trình, gỡ lỗi ), khi cần sử dụng lại ta có thể bỏ các dấu chú thích. Chú ý: Cặp dấu chú thích /* */ không được phép viết lồng nhau, ví dụ dòng chú thích sau là không được phép /* Đây là đoạn chú thích /* chứa đoạn chú thích này */ như đoạn chú thích con */ cần phải sửa lại như sau: • hoặc chỉ giữ lại cặp dấu chú thích ngoài cùng /* Đây là đoạn chú thích chứa đoạn chú thích này như đoạn chú thích con */ • hoặc chia thành các đoạn chú thích liên tiếp nhau /* Đây là đoạn chú thích */ /*chứa đoạn chú thích này*/ /*như đoạn chú thích con */ II. MÔI TRƯỜNG LÀM VIỆC CỦA C++ 1. Khởi động - Thoát khỏi C++ Khởi động C++ cũng như mọi chương trình khác bằng cách nhấp đúp chuột lên biểu tượng của chương trình. Khi chương trình được khởi động sẽ hiện ra giao diện gồm có menu công việc và một khung cửa sổ bên dưới phục vụ cho soạn thảo. Một con 3
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ trỏ nhấp nháy trong khung cửa sổ và chúng ta bắt đầu nhập nội dung (văn bản) chương trình vào trong khung cửa sổ soạn thảo này. Mục đích của giáo trình này là trang bị những kiến thức cơ bản của lập trình thông qua NNLT C++ cho các sinh viên mới bắt đầu nên chúng tôi vẫn chọn trình bày giao diện của các trình biên dịch quen thuộc là Turbo C hoặc Borland C. Về các trình biên dịch khác độc giả có thể tự tham khảo trong các tài liệu liên quan. Để kết thúc làm việc với C++ (soạn thảo, chạy chương trình ) và quay về môi trường Windows chúng ta ấn Alt-X. 2. Giao diện và cửa sổ soạn thảo a. Mô tả chung Khi gọi chạy C++ trên màn hình sẽ xuất hiện một menu xổ xuống và một cửa sổ soạn thảo. Trên menu gồm có các nhóm chức năng: File, Edit, Search, Run, Compile, Debug, Project, Options, Window, Help. Để kích hoạt các nhóm chức năng, có thể ấn Alt+chữ cái biểu thị cho menu của chức năng đó (là chữ cái có gạch dưới). Ví dụ để mở nhóm chức năng File ấn Alt+F, sau đó dịch chuyển hộp sáng đến mục cần chọn rồi ấn Enter. Để thuận tiện cho NSD, một số các chức năng hay dùng còn được gắn với một tổ hợp các phím cho phép người dùng có thể chọn nhanh chức năng này mà không cần thông qua việc mở menu như đã mô tả ở trên. Một số tổ hợp phím cụ thể đó sẽ được trình bày vào cuối phần này. Các bộ chương trình dịch hỗ trợ người lập trình một môi trường tích hợp tức ngoài chức năng soạn thảo, nó còn cung cấp nhiều chức năng, tiện ích khác giúp người lập trình vừa có thể soạn thảo văn bản chương trình vừa gọi chạy chương trình vừa gỡ lỗi Các chức năng liên quan đến soạn thảo phần lớn giống với các bộ soạn thảo khác (như WinWord) do vậy chúng tôi chỉ trình bày tóm tắt mà không trình bày chi tiết ở đây. b. Các chức năng soạn thảo Giống hầu hết các bộ soạn thảo văn bản, bộ soạn thảo của Turbo C hoặc Borland C cũng sử dụng các phím sau cho quá trình soạn thảo: − Dịch chuyển con trỏ: các phím mũi tên cho phép dịch chuyển con trỏ sang trái, phải một kí tự hoặc lên trên, xuống dưới 1 dòng. Để dịch chuyển nhanh có các phím như Home (về đầu dòng), End (về cuối dòng), PgUp, PgDn (lên, xuống một trang màn hình). Để dịch chuyển xa hơn có thể kết hợp các phím này cùng phím Control (Ctrl, ^) như ^PgUp: về đầu tệp, ^PgDn: về cuối tệp. − Chèn, xoá, sửa: Phím Insert cho phép chuyển chế độ soạn thảo giữa chèn và đè. Các phím Delete, Backspace cho phép xoá một kí tự tại vị trí con trỏ và 4
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ trước vị trí con trỏ (xoá lùi). − Các thao tác với khối dòng: Để đánh dấu khối dòng (thực chất là khối kí tự liền nhau bất kỳ) ta đưa con trỏ đến vị trí đầu ấn Ctrl-KB và Ctrl-KK tại vị trí cuối. Cũng có thể thao tác nhanh hơn bằng cách giữ phím Shift và dùng các phím dịch chuyển con trỏ quét từ vị trí đầu đến vị trí cuối, khi đó khối kí tự đuợc đánh dấu sẽ chuyển mầu nền. Một khối được đánh dấu có thể dùng để cắt, dán vào một nơi khác trong văn bản hoặc xoá khỏi văn bản. Để thực hiện thao tác cắt dán, đầu tiên phải đưa khối đã đánh dấu vào bộ nhớ đệm bằng nhóm phím Shift-Delete (cắt), sau đó dịch chuyển con trỏ đến vị trí mới cần hiện nội dung vừa cắt và ấn tổ hợp phím Shift-Insert. Một đoạn văn bản được ghi vào bộ nhớ đệm có thể được dán nhiều lần vào nhiều vị trí khác nhau bằng cách lặp lại tổ hợp phím Shift-Insert tại các vị trí khác nhau trong văn bản. Để xoá một khối dòng đã đánh dấu mà không ghi vào bộ nhớ đệm, dùng tổ hợp phím Ctrl-Delete. Khi một nội dung mới ghi vào bộ nhớ đệm thì nó sẽ xoá (ghi đè) nội dung cũ đã có, do vậy cần cân nhắc để sử dụng phím Ctrl-Delete (xoá và không lưu lại nội dung vừa xoá vào bộ đệm) và Shift-Delete (xoá và lưu lại nội dung vừa xoá) một cách phù hợp. − Tổ hợp phím Ctrl-A rất thuận lợi khi cần đánh dấu nhanh toàn bộ văn bản. c. Chức năng tìm kiếm và thay thế Chức năng này dùng để dịch chuyển nhanh con trỏ văn bản đến từ cần tìm. Để thực hiện tìm kiếm bấm Ctrl-QF, tìm kiếm và thay thế bấm Ctrl-QA. Vào từ hoặc nhóm từ cần tìm vào cửa sổ Find, nhóm thay thế (nếu dùng Ctrl-QA) vào cửa sổ Replace và đánh dấu vào các tuỳ chọn trong cửa sổ bên dưới sau đó ấn Enter. Các tuỳ chọn gồm: không phân biệt chữ hoa/thường, tìm từ độc lập hay đứng trong từ khác, tìm trong toàn văn bản hay chỉ trong phần được đánh dấu, chiều tìm đi đến cuối hay ngược về đầu văn bản, thay thế có hỏi lại hay không hỏi lại Để dịch chuyển con trỏ đến các vùng khác nhau trong một menu hay cửa sổ chứa các tuỳ chọn ta sử dụng phím Tab. d. Các chức năng liên quan đến tệp − Ghi tệp lên đĩa: Chọn menu File\Save hoặc phím F2. Nếu tên tệp chưa có (còn mang tên Noname.cpp) máy sẽ yêu cầu cho tên tệp. Phần mở rộng của tên tệp được mặc định là CPP. − Soạn thảo tệp mới: Chọn menu File\New. Hiện ra cửa sổ soạn thảo trắng và tên file tạm thời lấy là Noname.cpp. − Soạn thảo tệp cũ: Chọn menu File\Open hoặc ấn phím F3, nhập tên tệp hoặc dịch chuyển con trỏ trong vùng danh sách tệp bên dưới đến tên tệp cần soạn rồi ấn Enter. Cũng có thể áp dụng cách này để soạn tệp mới khi không nhập 5
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ vào tên tệp cụ thể. − Ghi tệp đang soạn thảo lên đĩa với tên mới: Chọn menu File\Save As và nhập tên tệp mới vào rồi ấn Enter. e. Chức năng dịch và chạy chương trình − Ctrl-F9: Khởi động chức năng dịch và chạy toàn bộ chương trình. − F4: Chạy chương trình từ đầu đến dòng lệnh hiện tại (đang chứa con trỏ) − F7: Chạy từng lệnh một của hàm main(), kể cả các lệnh con trong hàm. − F8: Chạy từng lệnh một của hàm main(). Khi đó mỗi lời gọi hàm được xem là một lệnh (không chạy từng lệnh trong các hàm được gọi). Các chức năng liên quan đến dịch chương trình có thể được chọn thông qua menu Compile (Alt-C). f. Tóm tắt một số phím nóng hay dùng − Các phím kích hoạt menu: Alt+chữ cái đại diện cho nhóm menu đó. Ví dụ Alt-F mở menu File để chọn các chức năng cụ thể trong nó như Open (mở file), Save (ghi file lên đĩa), Print (in nội dung văn bản chương trình ra máy in), Alt-C mở menu Compile để chọn các chức năng dịch chương trình. − Các phím dịch chuyển con trỏ khi soạn thảo. − F1: mở cửa sổ trợ giúp. Đây là chức năng quan trọng giúp người lập trình nhớ tên lệnh, cú pháp và cách sử dụng. − F2: ghi tệp lên đĩa. − F3: mở tệp cũ ra sửa chữa hoặc soạn thảo tệp mới. − F4: chạy chương trình đến vị trí con trỏ. − F5: Thu hẹp/mở rộng cửa sổ soạn thảo. − F6: Chuyển đổi giữa các cửa sổ soạn thảo. − F7: Chạy chương trình theo từng lệnh, kể cả các lệnh trong hàm con. − F8: Chạy chương trình theo từng lệnh trong hàm chính. − F9: Dịch và liên kết chương trình. Thường dùng chức năng này để tìm lỗi cú pháp của chương trình nguồn trước khi chạy. − Alt-F7: Chuyển con trỏ về nơi gây lỗi trước đó. − Alt-F8: Chuyển con trỏ đến lỗi tiếp theo. 6
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ − Ctrl-F9: Chạy chương trình. − Ctrl-Insert: Lưu khối văn bản được đánh dấu vào bộ nhớ đệm. − Shift-Insert: Dán khối văn bản trong bộ nhớ đệm vào văn bản tại vị trí con trỏ. − Shift-Delete: Xoá khối văn bản được đánh dấu, lưu nó vào bộ nhớ đệm. − Ctrl-Delete: Xoá khối văn bản được đánh dấu (không lưu vào bộ nhớ đệm). − Alt-F5: Chuyển sang cửa sổ xem kết quả của chương trình vừa chạy xong. − Alt-X: thoát C++ về lại Windows. 3. Cấu trúc một chương trình trong C++ Một chương trình C++ có thể được đặt trong một hoặc nhiều file văn bản khác nhau. Mỗi file văn bản chứa một số phần nào đó của chương trình. Với những chương trình đơn giản và ngắn thường chỉ cần đặt chúng trên một file. Một chương trình gồm nhiều hàm, mỗi hàm phụ trách một công việc khác nhau của chương trình. Đặc biệt trong các hàm này có một hàm duy nhất có tên hàm là main(). Khi chạy chương trình, các câu lệnh trong hàm main() sẽ được thực hiện đầu tiên. Trong hàm main() có thể có các câu lệnh gọi đến các hàm khác khi cần thiết, và các hàm này khi chạy lại có thể gọi đến các hàm khác nữa đã được viết trong chương trình (trừ việc gọi quay lại hàm main()). Sau khi chạy đến lệnh cuối cùng của hàm main() chương trình sẽ kết thúc. Cụ thể, thông thường một chương trình gồm có các nội dung sau: − Phần khai báo các tệp nguyên mẫu: khai báo tên các tệp chứa những thành phần có sẵn (như các hằng chuẩn, kiểu chuẩn và các hàm chuẩn) mà NSD sẽ dùng trong chương trình. − Phần khai báo các kiểu dữ liệu, các biến, hằng do NSD định nghĩa và được dùng chung trong toàn bộ chương trình. − Danh sách các hàm của chương trình (do NSD viết, bao gồm cả hàm main()). Cấu trúc chi tiết của mỗi hàm sẽ được đề cập đến trong chương 4. Dưới đây là một đoạn chương trình đơn giản chỉ gồm 1 hàm chính là hàm main(). Nội dung của chương trình dùng in ra màn hình dòng chữ: Chào các bạn, bây giờ là 2 giờ. #include // khai báo tệp nguyên mẫu để void main() // được sử dụng toán tử in cout << { 7
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ int h = 2, // Khai báo và khởi tạo biến h = 2 cout << “Chào các bạn, bây giờ là ” << h << " giờ" ; // in ra màn hình } Dòng đầu tiên của chương trình là khai báo tệp nguyên mẫu iostream.h. Đây là khai báo bắt buộc vì trong chương trình có sử dụng phương thức chuẩn “cout <<” (in ra màn hình), phương thức này được khai báo và định nghĩa sẵn trong iostream.h. Không riêng hàm main(), mọi hàm khác đều phải bắt đầu tập hợp các câu lệnh của mình bởi dấu { và kết thúc bởi dấu }. Tập các lệnh bất kỳ bên trong cặp dấu này được gọi là khối lệnh. Khối lệnh là một cú pháp cần thiết trong các câu lệnh có cấu trúc như ta sẽ thấy trong các chương tiếp theo. 8
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Khoa Công nghệ Thông tin PHẠM HỒNG THÁI Bài giảng NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C/C++ C g C i i ả C++ (Ti ) III. CÁC BƢỚC ĐỂ TẠO VÀ THỰC HIỆN MỘT CHƢƠNG TRÌNH 1. Qui trình viết và thực hiện chƣơng trình Trước khi viết và chạy một chương trình thông thường chúng ta cần: 1. Xác định yêu cầu của chương trình. Nghĩa là xác định dữ liệu đầu vào (input) cung cấp cho chương trình và tập các dữ liệu cần đạt được tức đầu ra (output). Các tập hợp dữ liệu này ngoài các tên gọi còn cần xác định kiểu của nó.Ví dụ để giải một phương trình bậc 2 dạng: ax2 + bx + c = 0, cần báo cho chương trình biết dữ liệu đầu vào là a, b, c và đầu ra là nghiệm x1 và x2 của phương trình. Kiểu của a, b, c, x1, x2 là các số thực. 2. Xác định thuật toán giải. 3. Cụ thể hoá các khai báo kiểu và thuật toán thành dãy các lệnh, tức viết thành chương trình thông thường là trên giấy, sau đó bắt đầu soạn thảo vào trong máy. Quá trình này được gọi là soạn thảo chương trình nguồn. 4. Dịch chương trình nguồn để tìm và sửa các lỗi gọi là lỗi cú pháp. 5. Chạy chương trình, kiểm tra kết quả in ra trên màn hình. Nếu sai, sửa lại chương trình, dịch và chạy lại để kiểm tra. Quá trình này được thực hiện lặp đi lặp lại cho đến khi chương trình chạy tốt theo yêu cầu đề ra của NSD. 2. Soạn thảo tệp chƣơng trình nguồn Soạn thảo chương trình nguồn là một công việc đơn giản: gõ nội dung của chương trình (đã viết ra giấy) vào trong máy và lưu lại nó lên đĩa. Thông thường khi đã lưu lại chương trình lên đĩa lần sau sẽ không cần phải gõ lại. Có thể soạn chương trình nguồn trên các bộ soạn thảo (editor) khác nhưng phải chạy trong môi trường tích hợp
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ C++ (Borland C, Turbo C). Mục đích của soạn thảo là tạo ra một văn bản chương trình và đưa vào bộ nhớ của máy. Văn bản chương trình cần được trình bày sáng sủa, rõ ràng. Các câu lệnh cần gióng thẳng cột theo cấu trúc của lệnh (các lệnh chứa trong một lệnh cấu trúc được trình bày thụt vào trong so với điểm bắt đầu của lệnh). Các chú thích nên ghi ngắn gọn, rõ nghĩa và phù hợp. 3. Dịch chương trình Sau khi đã soạn thảo xong chương trình nguồn, bước tiếp theo thường là dịch (ấn tổ hợp phím Alt-F9) để tìm và sửa các lỗi gọi là lỗi cú pháp. Trong khi dịch C++ sẽ đặt con trỏ vào nơi gây lỗi (viết sai cú pháp) trong văn bản. Sau khi sửa xong một lỗi NSD có thể dùng Alt-F8 để chuyển con trỏ đến lỗi tiếp theo hoặc dịch lại. Để chuyển con trỏ về ngược lại lỗi trước đó có thể dùng Alt-F7. Quá trình sửa lỗi − dịch được lặp lại cho đến khi văn bản đã được sửa hết lỗi cú pháp. Sản phẩm sau khi dịch là một tệp mới gọi là chương trình đích có đuôi EXE tức là tệp mã máy để thực hiện.Tệp này có thể lưu tạm thời trong bộ nhớ phục vụ cho quá trình chạy chương trình hoặc lưu lại trên đĩa tuỳ theo tuỳ chọn khi dịch của NSD. Trong và sau khi dịch, C++ sẽ hiện một cửa sổ chứa thông báo về các lỗi (nếu có), hoặc thông báo chương trình đã được dịch thành công (không còn lỗi). Các lỗi này được gọi là lỗi cú pháp. Để dịch chương trình ta chọn menu \Compile\Compile hoặc \Compile\Make hoặc nhanh chóng hơn bằng cách ấn tổ hợp phím Alt-F9. 4. Chạy chương trình Ấn Ctrl-F9 để chạy chương trình, nếu chương trình chưa dịch sang mã máy, máy sẽ tự động dịch lại trước khi chạy. Kết quả của chương trình sẽ hiện ra trong một cửa sổ kết quả để NSD kiểm tra. Nếu kết quả chưa được như mong muốn, quay lại văn bản để sửa và lại chạy lại chương trình. Quá trình này được lặp lại cho đến khi chương trình chạy đúng như yêu cầu đã đề ra. Khi chương trình chạy, cửa sổ kết quả sẽ hiện ra tạm thời che khuất cửa sổ soạn thảo. Sau khi kết thúc chạy chương trình cửa sổ soạn thảo sẽ tự động hiện ra trở lại và che khuất cửa sổ kết quả. Để xem lại kết quả đã hiện ấn Alt-F5. Sau khi xem xong để quay lại cửa sổ soạn thảo ấn phím bất kỳ. IV. VÀO/RA TRONG C++ Trong phần này chúng ta làm quen một số lệnh đơn giản cho phép NSD nhập dữ liệu vào từ bàn phím hoặc in kết quả ra màn hình. Trong phần sau của giáo trình chúng ta sẽ khảo sát các câu lệnh vào/ra phức tạp hơn 9
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ 1. Vào dữ liệu từ bàn phím Để nhập dữ liệu vào cho các biến có tên biến_1, biến_2, biến_3 chúng ta sử dụng câu lệnh: cin >> biến_1 ; cin >> biến_2 ; cin >> biến_3 ; hoặc: cin >> biến_1 >> biến_2 >> biến_3 ; biến_1, biến_2, biến_3 là các biến được sử dụng để lưu trữ các giá trị NSD nhập vào từ bàn phím. Khái niệm biến sẽ được mô tả cụ thể hơn trong chương 2, ở đây biến_1, biến_2, biến_3 được hiểu là các tên gọi để chỉ 3 giá trị khác nhau. Hiển nhiên có thể nhập dữ liệu nhiều hơn 3 biến bằng cách tiếp tục viết tên biến vào bên phải sau dấu >> của câu lệnh. Khi chạy chương trình nếu gặp các câu lệnh trên chương trình sẽ "tạm dừng" để chờ NSD nhập dữ liệu vào cho các biến. Sau khi NSD nhập xong dữ liệu, chương trình sẽ tiếp tục chạy từ câu lệnh tiếp theo sau của các câu lệnh trên. Cách thức nhập dữ liệu của NSD phụ thuộc vào loại giá trị của biến cần nhập mà ta gọi là kiểu, ví dụ nhập một số có cách thức khác với nhập một chuỗi kí tự. Giả sử cần nhập độ dài hai cạnh của một hình chữ nhật, trong đó cạnh dài được qui ước bằng tên biến cd và chiều rộng được qui ước bởi tên biến cr. Câu lệnh nhập sẽ như sau: cin >> cd >> cr ; Khi máy dừng chờ nhập dữ liệu NSD sẽ gõ giá trị cụ thể của các chiều dài, rộng theo đúng thứ tự trong câu lệnh. Các giá trị này cần cách nhau bởi ít nhất một dấu trắng (ta qui ước gọi dấu trắng là một trong 3 loại dấu được nhập bởi các phím sau: phím spacebar (dấu cách), phím tab (dấu tab) hoặc phím Enter (dấu xuống dòng)). Các giá trị NSD nhập vào cũng được hiển thị trên màn hình để NSD dễ theo dõi. Ví dụ nếu NSD nhập vào 23 11 ↵ thì chương trình sẽ gán giá trị 23 cho biến cd và 11 cho biến cr. Chú ý: giả sử NSD nhập 2311 ↵ (không có dấu cách giữa 23 và 11) thì chương trình sẽ xem 2311 là một giá trị và gán cho cd. Máy sẽ tạm dừng chờ NSD nhập tiếp giá trị cho biến cr. 2. In dữ liệu ra màn hình Để in giá trị của các biểu thức ra màn hình ta dùng câu lệnh sau: cout << bt_1 ; 10
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ cout > cd trước đó) và ta cần biết giá trị này là bao nhiêu thì có thể sử dụng câu lệnh in ra màn hình. cout << "Chiều dài là" << cd << "mét" ; Khi đó trên màn hình sẽ hiện ra dòng chữ: "Chiều dài là 23 mét". Như vậy trong trường hợp này ta phải dùng đến ba lần dấu phép toán << chứ không phải một như câu lệnh trên. Ngoài ra phụ thuộc vào giá trị hiện được lưu trong biến cd, chương trình sẽ in ra số chiều dài thích hợp chứ không chỉ in cố định thành "chiều dài là 23 mét". Ví dụ nếu cd được nhập là 15 thì lệnh trên sẽ in câu "chiều dài là 15 mét". Một giá trị cần in không chỉ là một biến như cd, cr, mà còn có thể là một biểu thức, điều này cho phép ta dễ dàng yêu cầu máy in ra diện tích và chu vi của hình chữ nhật khi đã biết cd và cr bằng các câu lệnh sau: cout << "Diện tích = " << cd * cr ; cout << "Chu vi = " << 2 * (cd + cr) ; hoặc gộp tất cả thành 1 câu lệnh: cout << Diện tích = " << cd * cr << ‘\n’ << " Chu vi = " << 2 * (cd + cr) ; ở đây có một kí tự đặc biệt: đó là kí tự '\n' kí hiệu cho kí tự xuống dòng, khi gặp kí tự này chương trình sẽ in các phần tiếp theo ở đầu dòng kế tiếp. Do đó kết quả của câu lệnh trên là 2 dòng sau đây trên màn hình: 11
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ Diện tích = 253 Chu vi = 68 ở đây 253 và 68 lần lượt là các giá trị mà máy tính được từ các biểu thức cd * cr, và 2 * (cd + cr) trong câu lệnh in ở trên. Chú ý: để sử dụng các câu lệnh nhập và in trong phần này, đầu chương trình phải có dòng khai báo #include . Thông thường ta hay sử dụng lệnh in để in câu thông báo nhắc NSD nhập dữ liệu trước khi có câu lệnh nhập. Khi đó trên màn hình sẽ hiện dòng thông báo này rồi mới tạm dừng chờ dữ liệu nhập vào từ bàn phím. Nhờ vào thông báo này NSD sẽ biết phải nhập dữ liệu, nhập nội dung gì và như thế nào ví dụ: cout > cd; cout > cr; khi đó máy sẽ in dòng thông báo "Hãy nhập chiều dài: " và chờ sau khi NSD nhập xong 23 ↵, máy sẽ thực hiện câu lệnh tiếp theo tức in dòng thông báo "Và nhập chiều rộng: " và chờ đến khi NSD nhập xong 11 ↵ chương trình sẽ tiếp tục thực hiện các câu lệnh tiếp theo. Ví dụ 2 : Từ các thảo luận trên ta có thể viết một cách đầy đủ chương trình tính diện tích và chu vi của một hình chữ nhật. Để chương trình có thể tính với các bộ giá trị khác nhau của chiều dài và rộng ta cần lưu giá trị này vào trong các biến (ví dụ cd, cr). #include // khai báo tệp nguyên mẫu để dùng được cin, cout void main() // đây là hàm chính của chương trình { float cd, cr ; // khai báo các biến có tên cd, cr để chứa độ dài các cạnh cout > cd ; // nhập dữ liệu cout > cr ; cout << "Diện tích = " << cd * cr << '\n' ; // in kết quả cout << "Chu vi = " << 2 * (cd + cr) << '\n'; return ; } Chương trình này có thể gõ vào máy và chạy. Khi chạy đến câu lệnh nhập, chương trình dừng để chờ nhận chiều dài và chiều rộng, NSD nhập các giá trị cụ thể, chương trình sẽ tiếp tục thực hiện và in ra kết quả. Thông qua câu lệnh nhập dữ liệu và 2 biến cd, cr NSD có thể yêu cầu chương trình cho kết quả của một hình chữ nhật bất 12
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ kỳ chứ không chỉ trong trường hợp hình có chiều dài 23 và chiều rộng 11 như trong ví dụ cụ thể trên. 3. Định dạng thông tin cần in ra màn hình Một số định dạng đơn giản được chúng tôi trình bày trước ở đây. Các định dạng chi tiết và phức tạp hơn sẽ được trình bày trong các phần sau của giáo trình. Để sử dụng các định dạng này cần khai báo file nguyên mẫu ở đầu chương trình bằng chỉ thị #include . − endl: Tương đương với kí tự xuống dòng '\n'. − setw(n): Bình thường các giá trị được in ra bởi lệnh cout // để sử dụng cout // để sử dụng các định dạng #include // để sử dụng các hàm clrscr() và getch() void main() { clrscr(); // xoá màn hình cout << "CHI TIÊU" << endl << "===" << endl ; cout << setiosflags(ios::showpoint) << setprecision(2) ; cout << "Sách vở" << setw(20) << 123.456 << endl; cout << "Thức ăn" << setw(20) << 2453.6 << endl; cout << "Quần áo lạnh" << setw(15) << 3200.0 << endl; 13
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ getch(); // tạm dừng (để xem kết quả) return ; // kết thúc thực hiện hàm main() } Chương trình này khi chạy sẽ in ra bảng sau: CHI TIÊU === Sách vở 123.46 Thức ăn 2453.60 Quần áo lạnh 3200.00 Chú ý: toán tử nhập >> chủ yếu làm việc với dữ liệu kiểu số. Để nhập kí tự hoặc xâu kí tự, C++ cung cấp các phương thức (hàm) sau: − cin.get(c): cho phép nhập một kí tự vào biến kí tự c, − cin.getline(s,n): cho phép nhập tối đa n-1 kí tự vào xâu s. các hàm trên khi thực hiện sẽ lấy các kí tự còn lại trong bộ nhớ đệm (của lần nhập trước) để gán cho c hoặc s. Do toán tử cin >> x sẽ để lại kí tự xuống dòng trong bộ đệm nên kí tự này sẽ làm trôi các lệnh sau đó như cin.get(c), cin.getline(s,n) (máy không dừng để nhập cho c hoặc s). Vì vậy trước khi sử dụng các phương thức cin.get(c) hoặc cin.getline(s,n) nên sử dụng phương thức cin.ignore(1) để lấy ra kí tự xuống dòng còn sót lại trong bộ đệm. Ví dụ đoạn lệnh sau cho phép nhập một số nguyên x (bằng toán tử >>) và một kí tự c (bằng phương thức cin.get(c)): int x; char c; cin >> x; cin.ignore(1); cin.get(c); 4. Vào/ra trong C Trong phần trên chúng tôi đã trình bày 2 toán tử vào/ra và một số phương thức, hàm nhập và định dạng trong C++. Phần này chúng tôi trình bày các câu lênh nhập xuất theo khuôn dạng cũ trong C. Hiển nhiên các câu lệnh này vẫn dùng được trong chương trình viết bằng C++, tuy nhiên chỉ nên sử dụng hoặc các câu lệnh của C++ hoặc của C, không nên dùng lẫn lộn cả hai vì dễ gây nhầm lẫn. Do đó mục này chỉ có 14
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ giá trị tham khảo để bạn đọc có thể hiểu được các câu lệnh vào/ra trong các chương trình viết theo NNLT C cũ. a. In kết quả ra màn hình Để in các giá trị bt_1, bt_2, , bt_n ra màn hình theo một khuôn dạng mong muốn ta có thể sử dụng câu lệnh sau đây: printf(dòng định dạng, bt_1, bt_2, , bt_n) ; trong đó dòng định dạng là một dãy kí tự đặt trong cặp dấu nháy kép (“”) qui định khuôn dạng cần in của các giá trị bt_1, bt_2, , bt_n. Các bt_i có thể là các hằng, biến hay các biểu thức tính toán. Câu lệnh trên sẽ in giá trị của các bt_i này theo thứ tự xuất hiện của chúng và theo qui định được cho trong dòng định dạng. Ví dụ, giả sử x = 4, câu lệnh: printf(“%d %0.2f”, 3, x + 1) ; sẽ in các số 3 và 5.00 ra màn hình, trong đó 3 được in dưới dạng số nguyên (được qui định bởi “%d”) và x + 1 (có giá trị là 5) được in dưới dạng số thực với 2 số lẻ thập phân (được qui định bởi “%0.2f”). Cụ thể, các kí tự đi sau kí hiệu % dùng để định dạng việc in gồm có: d in số nguyên dưới dạng hệ thập phân o in số nguyên dạng hệ 8 x, X in số nguyên dạng hệ 16 u in số nguyên dạng không dấu c in kí tự s in xâu kí tự e, E in số thực dạng dấu phẩy động f in số thực dạng dấu phẩy tĩnh − Các kí tự trên phải đi sau dấu %. Các kí tự nằm trong dòng định dạng nếu không đi sau % thì sẽ được in ra màn hình. Muốn in % phải viết 2 lần (tức %%). Ví dụ câu lệnh: printf(“Tỉ lệ học sinh giỏi: %0.2f %%”, 32.486) ; sẽ in câu “Tỉ lệ học sinh giỏi: “, tiếp theo sẽ in số 32.486 được làm tròn đến 2 số lẻ thập phân lấp vào vị trí của “%0.2f”, và cuối cùng sẽ in dấu “%” (do có %% trong dòng định dạng). Câu được in ra màn hình sẽ là: Tỉ lệ học sinh giỏi: 32.49% Chú ý: Mỗi bt_i cần in phải có một định dạng tương ứng trong dòng định dạng. 15
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ Ví dụ câu lệnh trên cũng có thể viết: printf(“%s %0.2f” , “Tỉ lệ học sinh giỏi: “, 32.486); trong câu lệnh này có 2 biểu thức cần in. Biểu thức thứ nhất là xâu kí tự “Tỉ lệ học sinh giỏi:” được in với khuôn dạng %s (in xâu kí tự) và biểu thức thứ hai là 32.486 được in với khuôn dạng %0.2f (in số thực với 2 số lẻ phần thập phân). − Nếu giữa kí tự % và kí tự định dạng có số biểu thị độ rộng cần in thì giá trị in ra sẽ được gióng cột sang lề phải, để trống các dấu cách phía trước. Nếu độ rộng âm (thêm dấu trừ − phía trước) sẽ gióng cột sang lề trái. Nếu không có độ rộng hoặc độ rộng bằng 0 (ví dụ %0.2f) thì độ rộng được tự điều chỉnh đúng bằng độ rộng của giá trị cần in. − Dấu + trước độ rộng để in giá trị số kèm theo dấu (dương hoặc âm) − Trước các định dạng số cần thêm kí tự l (ví dụ ld, lf) khi in số nguyên dài long hoặc số thực với độ chính xác gấp đôi double. Ví dụ 4 : main() { int i = 2, j = 3 ; printf(“Chương trình tính tổng 2 số nguyên:\ni + j = %d”, i+j); } sẽ in ra: Chương trình tính tổng 2 số nguyên: i + j = 5. b. Nhập dữ liệu từ bàn phím scanf(dòng định dạng, biến_1, biến_2, , biến_n) ; Lệnh này cho phép nhập dữ liệu vào cho các biến biến_1, , biến_n. Trong đó dòng định dạng chứa các định dạng về kiểu biến (nguyên, thực, kí tự ) được viết như trong mô tả câu lệnh printf. Các biến được viết dưới dạng địa chỉ của chúng tức có dấu & trước mỗi tên biến. Ví dụ câu lệnh: scanf(“%d %f %ld”, &x, &y, &z) ; cho phép nhập giá trị cho các biến x, y, z trong đó x là biến nguyên, y là biến thực và z là biến nguyên dài (long). Câu lệnh: 16
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ scanf(“%2d %f %lf %3s”, &i, &x, &d, s); cho phép nhập giá trị cho các biến i, x, d, s, trong đó i là biến nguyên có 2 chữ số, f là biến thực (độ dài tùy ý), d là biến nguyên dài và s là xâu kí tự có 3 kí tự. Giả sử NSD nhập vào dãy dữ liệu: 12345 67abcd ↵ thì các biến trên sẽ được gán các giá trị như sau: i = 12, x = 345, d = 67 và s = “abc”. Kí tự d và dấu enter (↵) sẽ được lưu lại trong bộ nhớ và tự động gán cho các biến của lần nhập sau. Cuối cùng, chương trình trong ví dụ 3 được viết lại với printf() và scanf() như sau: Ví dụ 5 : #include // để sử dụng các hàm printf() và scanf() #include // để sử dụng các hàm clrscr() và getch() void main() { clrscr(); // xoá màn hình printf("CHI TIÊU\n===\n") ; printf("Sách vở %20.2f\n" , 123.456) ; printf("Thức ăn %20.2f\n" , 2453.6) ; printf(“Quần áo lạnh %15.2f\n" , 3200.0) ; getch(); // tạm dừng (để xem kết quả) return ; // kết thúc thực hiện hàm main() } BÀI TẬP 1. Những tên gọi nào sau đây là hợp lệ: − x − 123variabe − tin_hoc − toan tin − so-dem − RADIUS − one.0 − number# − Radius − nam2000 2. Bạn hãy thử viết một chương trình ngắn nhất có thể được. 3. Tìm các lỗi cú pháp trong chương trình sau: 17
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ #include (iostream.h) void main(); / Giải phương trình bậc 1 { cout #include main() { int nam; char a, b, c, d, e; clrscr(); cin >> nam ; ; cin.get(a); cin.get(b); cin.get(c); ; ; 18
Chương 1. Các khái niệm cơ bản của C++ // in kết quả cout << a << << << << << " nam " << ; getch(); }
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh CHƯƠNG 2 KIỂU DỮ LIỆU, BIỂU THỨC VÀ CÂU LỆNH Kiểu dữ liệu đơn giản Hằng - khai báo và sử dụng hằng Biến - khai báo và sử dụng biến Phép toán, biểu thức và câu lệnh Thư viện các hàm toán học I. KIỂU DỮ LIỆU ĐƠN GIẢN 1. Khái niệm về kiểu dữ liệu Thông thường dữ liệu hay dùng là số và chữ. Tuy nhiên việc phân chia chỉ 2 loai dữ liệu là không đủ. Để dễ dàng hơn cho lập trình, hầu hết các NNLT đều phân chia dữ liệu thành nhiều kiểu khác nhau được gọi là các kiểu cơ bản hay chuẩn. Trên cơ sở kết hợp các kiểu dữ liệu chuẩn, NSD có thể tự đặt ra các kiểu dữ liệu mới để phục vụ cho chương trình giải quyết bài toán của mình. Có nghĩa lúc đó mỗi đối tượng được quản lý trong chương trình sẽ là một tập hợp nhiều thông tin hơn và được tạo thành từ nhiều loại (kiểu) dữ liệu khác nhau. Dưới đây chúng ta sẽ xét đến một số kiểu dữ liệu chuẩn được qui định sẵn bởi C++. Một biến như đã biết là một số ô nhớ liên tiếp nào đó trong bộ nhớ dùng để lưu trữ dữ liệu (vào, ra hay kết quả trung gian) trong quá trình hoạt động của chương trình. Để quản lý chặt chẽ các biến, NSD cần khai báo cho chương trình biết trước tên biến và kiểu của dữ liệu được chứa trong biến. Việc khai báo này sẽ làm chương trình quản lý các biến dễ dàng hơn như trong việc phân bố bộ nhớ cũng như quản lý các tính toán trên biến theo nguyên tắc: chỉ có các dữ liệu cùng kiểu với nhau mới được phép làm toán với nhau. Do đó, khi đề cập đến một kiểu chuẩn của một NNLT, thông thường chúng ta sẽ xét đến các yếu tố sau: − tên kiểu: là một từ dành riêng để chỉ định kiểu của dữ liệu. − số byte trong bộ nhớ để lưu trữ một đơn vị dữ liệu thuộc kiểu này: Thông thường số byte này phụ thuộc vào các trình biên dịch và hệ thống máy khác nhau, ở đây ta chỉ xét đến hệ thống máy PC thông dụng hiện nay. − Miền giá trị của kiểu: Cho biết một đơn vị dữ liệu thuộc kiểu này sẽ có thể lấy 20
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh giá trị trong miền nào, ví dụ nhỏ nhất và lớn nhất là bao nhiêu. Hiển nhiên các giá trị này phụ thuộc vào số byte mà hệ thống máy qui định cho từng kiểu. NSD cần nhớ đến miền giá trị này để khai báo kiểu cho các biến cần sử dụng một cách thích hợp. Dưới đây là bảng tóm tắt một số kiểu chuẩn đơn giản và các thông số của nó được sử dụng trong C++. Loại dữ liệu Tên kiểu Số ô nhớ Miền giá trị Kí tự char 1 byte − 128 127 unsigned char 1 byte 0 255 Số nguyên int 2 byte − 32768 32767 unsigned int 2 byte 0 65535 short 2 byte − 32768 32767 long 4 byte − 215 215 – 1 Số thực float 4 byte ± 10 -37 . . ± 10 +38 double 8 byte ± 10 -307 . . ± 10 +308 Bảng 1. Các loại kiểu đơn giản Trong chương này chúng ta chỉ xét các loại kiểu đơn giản trên đây. Các loại kiểu có cấu trúc do người dùng định nghĩa sẽ được trình bày trong các chương sau. 2. Kiểu ký tự Một kí tự là một kí hiệu trong bảng mã ASCII. Như đã biết một số kí tự có mặt chữ trên bàn phím (ví dụ các chữ cái, chữ số) trong khi một số kí tự lại không (ví dụ kí tự biểu diễn việc lùi lại một ô trong văn bản, kí tự chỉ việc kết thúc một dòng hay kết thúc một văn bản). Do vậy để biểu diễn một kí tự người ta dùng chính mã ASCII của kí tự đó trong bảng mã ASCII và thường gọi là giá trị của kí tự. Ví dụ phát biểu "Cho kí tự 'A'" là cũng tương đương với phát biểu "Cho kí tự 65" (65 là mã ASCII của kí tự 'A'), hoặc "Xoá kí tự xuống dòng" là cũng tương đương với phát biểu "Xoá kí tự 13" vì 13 là mã ASCII của kí tự xuống dòng. Như vậy một biến kiểu kí tự có thể được nhận giá trị theo 2 cách tương đương - chữ hoặc giá trị số: ví dụ giả sử c là một biến kí tự thì câu lệnh gán c = 'A' cũng tương đương với câu lệnh gán c = 65. Tuy nhiên để sử dụng giá trị số của một kí tự c nào đó ta phải yêu cầu đổi c sang giá trị số bằng câu lệnh int(c). Theo bảng trên ta thấy có 2 loại kí tự là char với miền giá trị từ -128 đến 127 và 21
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh unsigned char (kí tự không dấu) với miền giá trị từ 0 đến 255. Trường hợp một biến được gán giá trị vượt ra ngoài miền giá trị của kiểu thì giá trị của biến sẽ được tính theo mã bù − (256 − c). Ví dụ nếu gán cho char c giá trị 179 (vượt khỏi miền giá trị đã được qui định của char) thì giá trị thực sự được lưu trong máy sẽ là − (256 − 179) = −77. Ví dụ 1 : char c, d ; // c, d được phép gán giá trị từ -128 đến 127 unsigned e ; // e được phép gán giá trị từ 0 đến 255 c = 65 ; d = 179 ; // d có giá trị ngoài miền cho phép e = 179; f = 330 ; // f có giá trị ngoài miền cho phép cout << c << int(c) ; // in ra chữ cái 'A' và giá trị số 65 cout << d << int(d) ; // in ra là kí tự '|' và giá trị số -77 cout << e << int(e) // in ra là kí tự '|' và giá trị số 179 cout << f << int(f) // in ra là kí tự 'J' và giá trị số 74 Chú ý: Qua ví dụ trên ta thấy một biến nếu được gán giá trị ngoài miền cho phép sẽ dẫn đến kết quả không theo suy nghĩ thông thường. Do vậy nên tuân thủ qui tắc chỉ gán giá trị cho biến thuộc miền giá trị mà kiểu của biến đó qui định. Ví dụ nếu muốn sử dụng biến có giá trị từ 128 255 ta nên khai báo biến dưới dạng kí tự không dấu (unsigned char), còn nếu giá trị vượt quá 255 ta nên chuyển sang kiểu nguyên (int) chẳng hạn. 3. Kiểu số nguyên Các số nguyên được phân chia thành 4 loại kiểu khác nhau với các miền giá trị tương ứng được cho trong bảng 1. Đó là kiểu số nguyên ngắn (short) tương đương với kiểu số nguyên (int) sử dụng 2 byte và số nguyên dài (long int) sử dụng 4 byte. Kiểu số nguyên thường được chia làm 2 loại có dấu (int) và không dấu (unsigned int hoặc có thể viết gọn hơn là unsigned). Qui tắc mã bù cũng được áp dụng nếu giá trị của biến vượt ra ngoài miền giá trị cho phép, vì vậy cần cân nhắc khi khai báo kiểu cho các biến. Ta thường sử dụng kiểu int cho các số nguyên trong các bài toán với miền giá trị vừa phải (có giá trị tuyệt đối bé hơn 32767), chẳng hạn các biến đếm trong các vòng lặp, 4. Kiểu số thực Để sử dụng số thực ta cần khai báo kiểu float hoặc double mà miền giá trị của chúng được cho trong bảng 1. Các giá trị số kiểu double được gọi là số thực với độ chính xác gấp đôi vì với kiểu dữ liệu này máy tính có cách biểu diễn khác so với kiểu 22
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh float để đảm bảo số số lẻ sau một số thực có thể tăng lên đảm bảo tính chính xác cao hơn so với số kiểu float. Tuy nhiên, trong các bài toán thông dụng thường ngày độ chính xác của số kiểu float là đủ dùng. Như đã nhắc đến trong phần các lệnh vào/ra ở chương 1, liên quan đến việc in ấn số thực ta có một vài cách thiết đặt dạng in theo ý muốn, ví dụ độ rộng tối thiểu để in một số hay số số lẻ thập phân cần in Ví dụ 2 : Chương trình sau đây sẽ in diện tích và chu vi của một hình tròn có bán kính 2cm với 3 số lẻ. #include #include void main() { float r = 2 ; // r là tên biến dùng để chứa bán kính cout << "Diện tích = " << setiosflags(ios::showpoint) ; cout << setprecision(3) << r * r * 3.1416 ; getch() ; } II. HẰNG - KHAI BÁO VÀ SỬ DỤNG HẰNG Hằng là một giá trị cố định nào đó ví dụ 3 (hằng nguyên), 'A' (hằng kí tự), 5.0 (hằng thực), "Ha noi" (hằng xâu kí tự). Một giá trị có thể được hiểu dưới nhiều kiểu khác nhau, do vậy khi viết hằng ta cũng cần có dạng viết thích hợp. 1. Hằng nguyên − kiểu short, int: 3, -7, − kiểu unsigned: 3, 123456, − kiểu long, long int: 3L, -7L, 123456L, (viết L vào cuối mỗi giá trị) Các cách viết trên là thể hiện của số nguyên trong hệ thập phân, ngoài ra chúng còn được viết dưới các hệ đếm khác như hệ cơ số 8 hoặc hệ cơ số 16. Một số nguyên trong cơ số 8 luôn luôn được viết với số 0 ở đầu, tương tự với cơ số 16 phải viết với 0x ở đầu. Ví dụ ta biết 65 trong cơ số 8 là 101 và trong cơ số 16 là 41, do đó 3 cách viết 65, 0101, 0x41 là như nhau, cùng biểu diễn giá trị 65. 23
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh 2. Hằng thực Một số thực có thể được khai báo dưới dạng kiểu float hoặc double và các giá trị của nó có thể được viết dưới một trong hai dạng. a. Dạng dấu phảy tĩnh Theo cách viết thông thường. Ví dụ: 3.0, -7.0, 3.1416, b. Dạng dấu phảy động Tổng quát, một số thực x có thể được viết dưới dạng: men hoặc mEn, trong đó m được gọi là phần định trị, n gọi là phần bậc (hay mũ). Số men biểu thị giá trị x = m x 10n. Ví dụ số π = 3.1416 có thể được viết: π = = 0.031416e2 = 0.31416e1 = 3.1416e0 = 31.416e−1 = 314.16e−2 = vì π = 0.031416 x 102 = 0.31416 x 101 = 3.1416 x 100 = Như vậy một số x có thể được viết dưới dạng mEn với nhiều giá trị m, n khác nhau, phụ thuộc vào dấu phảy ngăn cách phần nguyên và phần thập phân của số. Do vậy cách viết này được gọi là dạng dấu phảy động. 3. Hằng kí tự a. Cách viết hằng Có 2 cách để viết một hằng kí tự. Đối với các kí tự có mặt chữ thể hiện ta thường sử dụng cách viết thông dụng đó là đặt mặt chữ đó giữa 2 dấu nháy đơn như: 'A', '3', ' ' (dấu cách) hoặc sử dụng trực tiếp giá trị số của chúng. Ví dụ các giá trị tương ứng của các kí tự trên là 65, 51 và 32. Với một số kí tự không có mặt chữ ta buộc phải dùng giá trị (số) của chúng, như viết 27 thay cho kí tự được nhấn bởi phím Escape, 13 thay cho kí tự được nhấn bởi phím Enter Để biểu diễn kí tự bằng giá trị số ta có thể viết trực tiếp (không dùng cặp dấu nháy đơn) giá trị đó dưới dạng hệ số 10 (như trên) hoặc đặt chúng vào cặp dấu nháy đơn, trường hợp này chỉ dùng cho giá trị viết dưới dạng hệ 8 hoặc hệ 16 theo mẫu sau: − '\kkk': không quá 3 chữ số trong hệ 8. Ví dụ '\11' biểu diễn kí tự có mã 9. − '\xkk': không quá 2 chữ số trong hệ 16. Ví dụ '\x1B' biểu diễn kí tự có mã 27. Tóm lại, một kí tự có thể có nhiều cách viết, chẳng hạn 'A' có giá trị là 65 (hệ 10) hoặc 101 (hệ 8) hoặc 41 (hệ 16), do đó kí tự 'A' có thể viết bởi một trong các dạng sau: 65, 0101, 0x41 hoặc 'A' , '\101' , '\x41' Tương tự, dấu kết thúc xâu có giá trị 0 nên có thể viết bởi 0 hoặc '\0' hoặc '\x0', trong các cách này cách viết '\0' được dùng thông dụng nhất. 24
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh b. Một số hằng thông dụng Đối với một số hằng kí tự thường dùng nhưng không có mặt chữ tương ứng, hoặc các kí tự được dành riêng với nhiệm vụ khác, khi đó thay vì phải nhớ giá trị của chúng ta có thể viết theo qui ước sau: '\n' : biểu thị kí tự xuống dòng (cũng tương đương với endl) '\t' : kí tự tab '\a' : kí tự chuông (tức thay vì in kí tự, loa sẽ phát ra một tiếng 'bíp') '\r' : xuống dòng '\f' : kéo trang '\\' : dấu \ '\?' : dấu chấm hỏi ? '\'' : dấu nháy đơn ' '\"' : dấu nháy kép " '\kkk' : kí tự có mã là kkk trong hệ 8 '\xkk' : kí tự có mã là kk trong hệ 16 Ví dụ: cout để biểu diễn dấu cách. Ví dụ trong giáo trình này dấu cách (có giá trị là 32) được viết ' ' (dấu nháy đơn bao một dấu cách) hoặc rõ ràng hơn bằng cách viết theo qui ước ", "" là các hằng xâu kí tự, trong đó "" là xâu không chứa kí tự nào, các xâu " " hoặc "A" có độ dài 1 còn xâu "Lớp K43*" có độ dài 8. Chú ý phân biệt giữa 2 cách viết 'A' và "A", tuy chúng cùng biểu diễn chữ cái A nhưng chương trình sẽ hiểu 'A' là một kí tự còn "A" là một xâu kí tự (do vậy chúng được bố trí khác nhau trong bộ nhớ cũng như cách sử dụng chúng là khác nhau). Tương tự ta không được viết '' (2 dấu nháy đơn liền nhau) vì không có khái niệm kí tự 25
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh "rỗng". Để chỉ xâu rỗng (không có kí tự nào) ta phải viết "" (2 dấu nháy kép liền nhau). Tóm lại một giá trị có thể được viết dưới nhiều kiểu dữ liệu khác nhau và do đó cách sử dụng chúng cũng khác nhau. Ví dụ liên quan đến khái niệm 3 đơn vị có thể có các cách viết sau tuy nhiên chúng hoàn toàn khác nhau: − 3 : số nguyên 3 đơn vị − 3L : số nguyên dài 3 đơn vị − 3.0 : số thực 3 đơn vị − '3' : chữ số 3 − "3" : xâu chứa kí tự duy nhất là 3 5. Khai báo hằng Một giá trị cố định (hằng) được sử dụng nhiều lần trong chương trình đôi khi sẽ thuận lợi hơn nếu ta đặt cho nó một tên gọi, thao tác này được gọi là khai báo hằng. Ví dụ một chương trình quản lý sinh viên với giả thiết số sinh viên tối đa là 50. Nếu số sinh viên tối đa không thay đổi trong chương trình ta có thể đặt cho nó một tên gọi như sosv chẳng hạn. Trong suốt chương trình bất kỳ chỗ nào xuất hiện giá trị 50 ta đều có thể thay nó bằng sosv. Tương tự C++ cũng có những tên hằng được đặt sẵn, được gọi là các hằng chuẩn và NSD có thể sử dụng khi cần thiết. Ví dụ hằng π được đặt sẵn trong C++ với tên gọi M_PI. Việc sử dụng tên hằng thay cho hằng có nhiều điểm thuận lợi như sau: − Chương trình dễ đọc hơn, vì thay cho các con số ít có ý nghĩa, một tên gọi sẽ làm NSD dễ hình dung vai trò, nội dung của nó. Ví dụ, khi gặp tên gọi sosv NSD sẽ hình dung được chẳng hạn, "đây là số sinh viên tối đa trong một lớp", trong khi số 50 có thể là số sinh viên mà cũng có thể là tuổi của một sinh viên nào đó. − Chương trình dễ sửa chữa hơn, ví dụ bây giờ nếu muốn thay đổi chương trình sao cho bài toán quản lý được thực hiện với số sinh viên tối đa là 60, khi đó ta cần tìm và thay thế hàng trăm vị trí xuất hiện của 50 thành 60. Việc thay thế như vậy dễ gây ra lỗi vì có thể không tìm thấy hết các số 50 trong chương trình hoặc thay nhầm số 50 với ý nghĩa khác như tuổi của một sinh viên nào đó chẳng hạn. Nếu trong chương trình sử dụng hằng sosv, bây giờ việc thay thế trở nên chính xác và dễ dàng hơn bằng thao tác khai báo lại giá trị hằng sosv bằng 60. Lúc đó trong chương trình bất kỳ nơi nào gặp tên hằng sosv đều được chương trình hiểu với giá trị 60. Để khai báo hằng ta dùng các câu khai báo sau: 26
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh #define tên_hằng giá_trị_hằng ; hoặc: const tên_hằng = giá_trị_hằng ; Ví dụ: #define sosv 50 ; #define MAX 100 ; const sosv = 50 ; Như trên đã chú ý một giá trị hằng chưa nói lên kiểu sử dụng của nó vì vậy ta cần khai báo rõ ràng hơn bằng cách thêm tên kiểu trước tên hằng trong khai báo const, các hằng khai báo như vậy được gọi là hằng có kiểu. Ví dụ: const int sosv = 50 ; const float nhiet_do_soi = 100.0 ; III. BIẾN - KHAI BÁO VÀ SỬ DỤNG BIẾN 1. Khai báo biến Biến là các tên gọi để lưu giá trị khi làm việc trong chương trình. Các giá trị được lưu có thể là các giá trị dữ liệu ban đầu, các giá trị trung gian tạm thời trong quá trình tính toán hoặc các giá trị kết quả cuối cùng. Khác với hằng, giá trị của biến có thể thay đổi trong quá trình làm việc bằng các lệnh đọc vào từ bàn phím hoặc gán. Hình ảnh cụ thể của biến là một số ô nhớ trong bộ nhớ được sử dụng để lưu các giá trị của biến. Mọi biến phải được khai báo trước khi sử dụng. Một khai báo như vậy sẽ báo cho chương trình biết về một biến mới gồm có: tên của biến, kiểu của biến (tức kiểu của giá trị dữ liệu mà biến sẽ lưu giữ). Thông thường với nhiều NNLT tất cả các biến phải được khai báo ngay từ đầu chương trình hay đầu của hàm, tuy nhiên để thuận tiện C++ cho phép khai báo biến ngay bên trong chương trình hoặc hàm, có nghĩa bất kỳ lúc nào NSD thấy cần thiết sử dụng biến mới, họ có quyền khai báo và sử dụng nó từ đó trở đi. Cú pháp khai báo biến gồm tên kiểu, tên biến và có thể có hay không khởi tạo giá trị ban đầu cho biến. Để khởi tạo hoặc thay đổi giá trị của biến ta dùng lệnh gán (=). a. Khai báo không khởi tạo tên_kiểu tên_biến_1 ; tên_kiểu tên_biến_2 ; 27
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh tên_kiểu tên_biến_3 ; Nhiều biến cùng kiểu có thể được khai báo trên cùng một dòng: tên_kiểu tên_biến_1, tên_biến_2, tên_biến_3 ; Ví dụ: void main() { int i, j ; // khai báo 2 biến i, j có kiểu nguyên float x ; // khai báo biến thực x char c, d[100] ; // biến kí tự c, xâu d chứa tối đa 100 kí tự unsigned int u ; // biến nguyên không dấu u } b. Khai báo có khởi tạo Trong câu lệnh khai báo, các biến có thể được gán ngay giá trị ban đầu bởi phép toán gán (=) theo cú pháp: tên_kiểu tên_biến_1 = gt_1, tên_biến_2 = gt_2, tên_biến_3 = gt_3 ; trong đó các giá trị gt_1, gt_2, gt_3 có thể là các hằng, biến hoặc biểu thức. Ví dụ: const int n = 10 ; void main() { int i = 2, j , k = n + 5; // khai báo i và khởi tạo bằng 2, k bằng 15 float eps = 1.0e-6 ; // khai báo biến thực epsilon khởi tạo bằng 10-6 char c = 'Z'; // khai báo biến kí tự c và khởi tạo bằng 'A' char d[100] = "Tin học"; // khai báo xâu kí tự d chứa dòng chữ "Tin học" } 2. Phạm vi của biến Như đã biết chương trình là một tập hợp các hàm, các câu lệnh cũng như các khai báo. Phạm vi tác dụng của một biến là nơi mà biến có tác dụng, tức hàm nào, câu lệnh 28
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh nào được phép sử dụng biến đó. Một biến xuất hiện trong chương trình có thể được sử dụng bởi hàm này nhưng không được bởi hàm khác hoặc bởi cả hai, điều này phụ thuộc chặt chẽ vào vị trí nơi biến được khai báo. Một nguyên tắc đầu tiên là biến sẽ có tác dụng kể từ vị trí nó được khai báo cho đến hết khối lệnh chứa nó. Chi tiết cụ thể hơn sẽ được trình bày trong chương 4 khi nói về hàm trong C++. 3. Gán giá trị cho biến (phép gán) Trong các ví dụ trước chúng ta đã sử dụng phép gán dù nó chưa được trình bày, đơn giản một phép gán mang ý nghĩa tạo giá trị mới cho một biến. Khi biến được gán giá trị mới, giá trị cũ sẽ được tự động xoá đi bất kể trước đó nó chứa giá trị nào (hoặc chưa có giá trị, ví dụ chỉ mới vừa khai báo xong). Cú pháp của phép gán như sau: tên_biến = biểu thức ; Khi gặp phép gán chương trình sẽ tính toán giá trị của biểu thức sau đó gán giá trị này cho biến. Ví dụ: int n, i = 3; // khởi tạo i bằng 3 n = 10; // gán cho n giá trị 10 cout << n <<", " << i << endl; // in ra: 10, 3 i = n / 2; // gán lại giá trị của i bằng n/2 = 5 cout << n <<", " << i << endl; // in ra: 10, 5 Trong ví dụ trên n được gán giá trị bằng 10; trong câu lệnh tiếp theo biểu thức n/2 được tính (bằng 5) và sau đó gán kết quả cho biến i, tức i nhận kết quả bằng 5 dù trước đó nó đã có giá trị là 2 (trong trường hợp này việc khởi tạo giá trị 2 cho biến i là không có ý nghĩa). Một khai báo có khởi tạo cũng tương đương với một khai báo và sau đó thêm lệnh gán cho biến (ví dụ int i = 3 cũng tương đương với 2 câu lệnh int i; i = 3) tuy nhiên về mặt bản chất khởi tạo giá trị cho biến vẫn khác với phép toán gán như ta sẽ thấy trong các phần sau. 4. Một số điểm lưu ý về phép gán Với ý nghĩa thông thường của phép toán (nghĩa là tính toán và cho lại một giá trị) thì phép toán gán còn một nhiệm vụ nữa là trả lại một giá trị. Giá trị trả lại của phép toán gán chính là giá trị của biểu thức sau dấu bằng. Lợi dụng điều này C++ cho phép chúng ta gán "kép" cho nhiều biến nhận cùng một giá trị bởi cú pháp: biến_1 = biến_2 = = biến_n = gt ; với cách gán này tất cả các biến sẽ nhận cùng giá trị gt. Ví dụ: int i, j, k ; i = j = k = 1; Biểu thức gán trên có thể được viết lại như (i = (j = (k = 1))), có nghĩa đầu tiên để thực hiện phép toán gán giá trị cho biến i chương trình phải tính biểu thức (j = (k = 1)), tức phải tính k = 1, đây là phép toán gán, gán giá trị 1 cho k và trả lại giá trị 1, giá trị trả lại này sẽ được gán cho j và trả lại giá trị 1 để tiếp tục gán cho i. Ngoài việc gán kép như trên, phép toán gán còn được phép xuất hiện trong bất kỳ biểu thức nào, điều này cho phép trong một biểu thức có phép toán gán, nó không chỉ tính toán mà còn gán giá trị cho các biến, ví dụ n = 3 + (i = 2) sẽ cho ta i = 2 và n = 5. Việc sử dụng nhiều chức năng của một câu lệnh làm cho chương trình gọn gàng hơn (trong một
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh số trường hợp) nhưng cũng trở nên khó đọc, chẳng hạn câu lệnh trên có thể viết tách thành 2 câu lệnh i = 2; n = 3 + i; sẽ dễ đọc hơn ít nhất đối với các bạn mới bắt đầu tìm hiểu về lập trình.
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Khoa Công nghệ Thông tin PHẠM HỒNG THÁI Bài giảng NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C/C++ ti p th o ) IV. PHÉP TOÁN, BIỂU THỨC VÀ CÂU LỆNH 1. Phép toán: C++ có rất nhiều phép toán loại 1 ngôi, 2 ngôi và thậm chí cả 3 ngôi. Để hệ thống, chúng tôi tạm phân chia thành các lớp và trình bày chỉ một số trong chúng. Các phép toán còn lại sẽ được tìm hiểu dần trong các phần sau của giáo trình. Các thành phần tên gọi tham gia trong phép toán được gọi là hạng thức hoặc toán hạng, các kí hiệu phép toán được gọi là toán tử. Ví dụ trong phép toán a + b; a, b được gọi là toán hạng và + là toán tử. Phép toán 1 ngôi là phép toán chỉ có một toán hạng, ví dụ −a (đổi dấu số a), &x (lấy địa chỉ của biến x) Một số kí hiệu phép toán cũng được sử dụng chung cho cả 1 ngôi lẫn 2 ngôi (hiển nhiên với ngữ nghĩa khác nhau), ví dụ kí hiệu − được sử dụng cho phép toán trừ 2 ngôi a − b, hoặc phép & còn được sử dụng cho phép toán lấy hội các bit (a & b) của 2 số nguyên a và b a. Các phép toán số học: +, -, *, /, % − Các phép toán + (cộng), − (trừ), * (nhân) được hiểu theo nghĩa thông thường trong số học. − Phép toán a / b (chia) được thực hiện theo kiểu của các toán hạng, tức nếu cả hai toán hạng là số nguyên thì kết quả của phép chia chỉ lấy phần nguyên, ngược lại nếu 1 trong 2 toán hạng là thực thì kết quả là số thực. Ví dụ: 13/5 = 2 // do 13 và 5 là 2 số nguyên 13.0/5 = 13/5.0 = 13.0/5.0 = 2.6 // do có ít nhất 1 toán hạng là thực
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh − Phép toán a % b (lấy phần dư) trả lại phần dư của phép chia a/b, trong đó a và b là 2 số nguyên. Ví dụ: 13%5 = 3 // phần dư của 13/5 5%13 = 5 // phần dư của 5/13 b. Các phép toán tự tăng, giảm: i++, ++i, i , i − Phép toán ++i và i++ sẽ cùng tăng i lên 1 đơn vị tức tương đương với câu lệnh i = i+1. Tuy nhiên nếu 2 phép toán này nằm trong câu lệnh hoặc biểu thức thì ++i khác với i++. Cụ thể ++i sẽ tăng i, sau đó i mới được tham gia vào tính toán trong biểu thức. Ngược lại i++ sẽ tăng i sau khi biểu thức được tính toán xong (với giá trị i cũ). Điểm khác biệt này được minh hoạ thông qua ví dụ sau, giả sử i = 3, j = 15. Phép toán Tương đương Kết quả i = ++j ; // tăng trước j = j + 1 ; i = j ; i = 16 , j = 16 i = j++ ; // tăng sau i = j ; j = j + 1 ; i = 15 , j = 16 j = ++i + 5 ; i = i + 1 ; j = i + 5 ; i = 4, j = 9 j = i++ + 5 ; j = i + 5; i = i + 1; i = 4, j = 8 Ghi chú: Việc kết hợp phép toán tự tăng giảm vào trong biểu thức hoặc câu lệnh (như ví dụ trong phần sau) sẽ làm chương trình gọn nhưng khó hiểu hơn. c. Các phép toán so sánh và lôgic Đây là các phép toán mà giá trị trả lại là đúng hoặc sai. Nếu giá trị của biểu thức là đúng thì nó nhận giá trị 1, ngược lại là sai thì biểu thức nhận giá trị 0. Nói cách khác 1 và 0 là giá trị cụ thể của 2 khái niệm "đúng", "sai". Mở rộng hơn C++ quan niệm một giá trị bất kỳ khác 0 là "đúng" và giá trị 0 là "sai". • Các phép toán so sánh == (bằng nhau), != (khác nhau), > (lớn hơn), = (lớn hơn hoặc bằng), <= (nhỏ hơn hoặc bằng). Hai toán hạng của các phép toán này phải cùng kiểu. Ví dụ: 3 == 3 hoặc 3 == (4 -1) // nhận giá trị 1 vì đúng 3 == 5 // = 0 vì sai 3 != 5 // = 1 3 + (5 < 2) // = 3 vì 5<2 bằng 0 31
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh 3 + (5 >= 2) // = 4 vì 5>=2 bằng 1 Chú ý: cần phân biệt phép toán gán (=) và phép toán so sánh (==). Phép gán vừa gán giá trị cho biến vừa trả lại giá trị bất kỳ (là giá trị của toán hạng bên phải), trong khi phép so sánh luôn luôn trả lại giá trị 1 hoặc 0. • Các phép toán lôgic: && (và), || (hoặc ), ! (không, phủ định) Hai toán hạng của loại phép toán này phải có kiểu lôgic tức chỉ nhận một trong hai giá trị "đúng" (được thể hiện bởi các số nguyên khác 0) hoặc "sai" (thể hiện bởi 0). Khi đó giá trị trả lại của phép toán là 1 hoặc 0 và được cho trong bảng sau: a b a && b a || b ! a 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 Tóm lại: − Phép toán "và" đúng khi và chỉ khi hai toán hạng cùng đúng − Phép toán "hoặc" sai khi và chỉ khi hai toán hạng cùng sai − Phép toán "không" (hoặc "phủ định") đúng khi và chỉ khi toán hạng của nó sai. Ví dụ: 3 && (4 > 5) // = 0 vì có hạng thức (4>5) sai (3 >= 1) && (7) // = 1 vì cả hai hạng thức cùng đúng !1 // = 0 ! (4 + 3 = 6) // = 1 vì có một hạng thức (5) đúng (5 = 6) // = 0 vì cả hai hạng thức đều sai Chú ý: việc đánh giá biểu thức được tiến hành từ trái sang phải và sẽ dừng khi biết kết quả mà không chờ đánh giá hết biểu thức. Cách đánh giá này sẽ cho những kết quả phụ khác nhau nếu trong biểu thức ta "tranh thủ" đưa thêm vào các phép toán tự tăng giảm. Ví dụ cho i = 2, j = 3, xét 2 biểu thức sau đây: x = (++i 5) cho kết quả x = 0 , i = 3 , j = 4 32
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh y = (++j > 5 && ++i 5 để đánh giá được biểu thức. Do vậy sau khi đánh giá xong cả i và j đều được tăng 1 (i=3, j=4). Trong khi đó với biểu thức sau do ++j > 5 là sai nên chương trình có thể kết luận được toàn bộ biểu thức là sai mà không cần tính tiếp ++i 5 sẽ dừng và vì vậy chỉ có biến j được tăng 1, từ đó ta có i = 2, j = 4 khác với kết quả của biểu thức trên. Ví dụ này một lần nữa nhắc ta chú ý kiểm soát kỹ việc sử dụng các phép toán tự tăng giảm trong biểu thức và trong câu lệnh. 2. Các phép gán • Phép gán thông thường: Đây là phép gán đã được trình bày trong mục trước. • Phép gán có điều kiện: biến = (điều_kiện) ? a: b ; điều_kiện là một biểu thức logic, a, b là các biểu thức bất kỳ cùng kiểu với kiểu của biến. Phép toán này gán giá trị a cho biến nếu điều kiện đúng và b nếu ngược lại. Ví dụ: x = (3 + 4 b) ? a: b // x = số lớn nhất trong 2 số a, b. • Cách viết gọn của phép gán: Một phép gán dạng x = x @ a ; có thể được viết gọn dưới dạng x @= a trong đó @ là các phép toán số học, xử lý bit Ví dụ: thay cho viết x = x + 2 có thể viết x += 2; hoặc x = x/2 ; x = x*2 có thể được viết lại như x /= 2; x *= 2; Cách viết gọn này có nhiều thuận lợi khi viết và đọc chương trình nhất là khi tên biến quá dài hoặc đi kèm nhiều chỉ số thay vì phải viết hai lần tên biến trong câu lệnh thì chỉ phải viết một lần, điều này tránh viết lặp lại tên biến dễ gây ra sai sót. Ví dụ thay vì viết: ngay_quoc_te_lao_dong = ngay_quoc_te_lao_dong + 365; có thể viết gọn hơn bởi: ngay_quoc_te_lao_dong += 365; 33
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh hoặc thay cho viết : Luong[Nhanvien[3][2*i+1]] = Luong[Nhanvien[3][2*i+1]] * 290 ; có thể được viết lại bởi: Luong[Nhanvien[3][2*i+1]] *= 290; 3. Biểu thức Biểu thức là dãy kí hiệu kết hợp giữa các toán hạng, phép toán và cặp dấu () theo một qui tắc nhất định. Các toán hạng là hằng, biến, hàm. Biểu thức cung cấp một cách thức để tính giá trị mới dựa trên các toán hạng và toán tử trong biểu thức. Ví dụ: (x + y) * 2 - 4 ; 3 - x + sqrt(y) ; (-b + sqrt(delta)) / (2*a) ; a. Thứ tự ưu tiên của các phép toán Để tính giá trị của một biểu thức cần có một trật tự tính toán cụ thể và thống nhất. Ví dụ xét biểu thức x = 3 + 4 * 2 + 7 − nếu tính theo đúng trật tự từ trái sang phải, ta có x = ((3+4) * 2) + 7 = 21, − nếu ưu tiên dấu + được thực hiện trước dấu *, x = (3 + 4) * (2 + 7) = 63, − nếu ưu tiên dấu * được thực hiện trước dấu +, x = 3 + (4 * 2) + 7 = 18. Như vậy cùng một biểu thức tính x nhưng cho 3 kết quả khác nhau theo những cách hiểu khác nhau. Vì vậy cần có một cách hiểu thống nhất dựa trên thứ tự ưu tiên của các phép toán, tức những phép toán nào sẽ được ưu tiên tính trước và những phép toán nào được tính sau C++ qui định trật tự tính toán theo các mức độ ưu tiên như sau: 1. Các biểu thức trong cặp dấu ngoặc () 2. Các phép toán 1 ngôi (tự tăng, giảm, lấy địa chỉ, lấy nội dung con trỏ ) 3. Các phép toán số học. 4. Các phép toán quan hệ, logic. 5. Các phép gán. Nếu có nhiều cặp ngoặc lồng nhau thì cặp trong cùng (sâu nhất) được tính trước. Các phép toán trong cùng một lớp có độ ưu tiên theo thứ tự: lớp nhân (*, /, &&), lớp cộng (+, −, ||). Nếu các phép toán có cùng thứ tự ưu tiên thì chương trình sẽ thực hiện từ trái sang phải. Các phép gán có độ ưu tiên cuối cùng và được thực hiện từ phải sang trái. Ví dụ. theo mức ưu tiên đã qui định, biểu thức tính x trong ví dụ trên sẽ được tính như x = 3 + (4 * 2) + 7 = 18. 34
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh Phần lớn các trường hợp muốn tính toán theo một trật tự nào đó ta nên sử dụng cụ thể các dấu ngoặc (vì các biểu thức trong dấu ngoặc được tính trước). Ví dụ: − Để tính Δ = b2 - 4ac ta viết delta = b * b − 4 * a * c ; −b + Δ − Để tính nghiệm phương trình bậc 2: x = viết : x = −b + sqrt(delta) / 2a 2*a; là sai vì theo mức độ ưu tiên x sẽ được tính như −b + ((sqrt(delta)/2) * a) (thứ tự tính sẽ là phép toán 1 ngôi đổi dấu −b, đến phép chia, phép nhân và cuối cùng là phép cộng). Để tính chính xác cần phải viết (−b + sqrt(delta)) / (2*a). − Cho a = 1, b = 2, c = 3. Biểu thức a += b += c cho giá trị c = 3, b = 5, a = 6. Thứ tự tính sẽ là từ phải sang trái, tức câu lệnh trên tương đương với các câu lệnh sau: a = 1 ; b = 2 ; c = 3 ; b = b + c ; // b = 5 a = a + b ; // a = 6 Để rõ ràng, tốt nhất nên viết biểu thức cần tính trước trong các dấu ngoặc. b. Phép chuyển đổi kiểu Khi tính toán một biểu thức phần lớn các phép toán đều yêu cầu các toán hạng phải cùng kiểu. Ví dụ để phép gán thực hiện được thì giá trị của biểu thức phải có cùng kiểu với biến. Trong trường hợp kiểu của giá trị biểu thức khác với kiểu của phép gán thì hoặc là chương trình sẽ tự động chuyển kiểu giá trị biểu thức về thành kiểu của biến được gán (nếu được) hoặc sẽ báo lỗi. Do vậy khi cần thiết NSD phải sử dụng các câu lệnh để chuyển kiểu của biểu thức cho phù hợp với kiểu của biến. − Chuyển kiểu tự động: về mặt nguyên tắc, khi cần thiết các kiểu có giá trị thấp sẽ được chương trình tự động chuyển lên kiểu cao hơn cho phù hợp với phép toán. Cụ thể phép chuyển kiểu có thể được thực hiện theo sơ đồ như sau: char ↔ int → long int → float → double Ví dụ: int i = 3; float f ; f = i + 2; trong ví dụ trên i có kiểu nguyên và vì vậy i+2 cũng có kiểu nguyên trong khi f có kiểu thực. Tuy vậy phép toán gán này là hợp lệ vì chương trình sẽ tự động chuyển kiểu 35
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh cuả i+2 (bằng 5) sang kiểu thực (bằng 5.0) rồi mới gán cho f. − Ép kiểu: trong chuyển kiểu tự động, chương trình chuyển các kiểu từ thấp đến cao, tuy nhiên chiều ngược lại không thể thực hiện được vì nó có thể gây mất dữ liệu. Do đó nếu cần thiết NSD phải ra lệnh cho chương trình. Ví dụ: int i; float f = 3 ; // tự động chuyển 3 thành 3.0 và gán cho f i = f + 2 ; // sai vì mặc dù f + 2 = 5 nhưng không gán được cho i Trong ví dụ trên để câu lệnh i = f+2 thực hiện được ta phải ép kiểu của biểu thức f+2 về thành kiểu nguyên. Cú pháp tổng quát như sau: (tên_kiểu)biểu_thức // cú pháp cũ trong C hoặc: tên_kiểu(biểu_thức) // cú pháp mới trong C++ trong đó tên_kiểu là kiểu cần được chuyển sang. Như vậy câu lệnh trên phải được viết lại: i = int(f + 2) ; khi đó f+2 (bằng 5.0) được chuyển thành 5 và gán cho i. Dưới đây ta sẽ xét một số ví dụ về lợi ích của việc ép kiểu. • Phép ép kiểu từ một số thực về số nguyên sẽ cắt bỏ tất cả phần thập phân của số thực, chỉ để lại phần nguyên. Như vậy để tính phần nguyên của một số thực x ta chỉ cần ép kiểu của x về thành kiểu nguyên, có nghĩa int(x) là phần nguyên của số thực x bất kỳ. Ví dụ để kiểm tra một số nguyên n có phải là số chính phương, ta cần tính căn bậc hai của n. Nếu căn bậc hai x của n là số nguyên thì n là số chính phương, tức nếu int(x) = x thì x nguyên và n là chính phương, ví dụ: int n = 10 ; float x = sqrt(n) ; // hàm sqrt(n) trả lại căn bậc hai của số n if (int(x) == x) cout > c ; cout << "Mã của kí tự vừa nhập là " << int(c) ; 36
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh Ghi chú: Xét ví dụ sau: int i = 3 , j = 5 ; float x ; x = i / j * 10; // x = 6 ? cout > x >> y ; x = 3 + x ; y = (x = sqrt(x)) + 1 ; cout << x ; cout << y ; Các câu lệnh được phép viết trên cùng một hoặc nhiều dòng. Một số câu lệnh được gọi là lệnh có cấu trúc, tức bên trong nó lại chứa dãy lệnh khác. Dãy lệnh này phải được bao giữa cặp dấu ngoặc {} và được gọi là khối lệnh. Ví dụ tất cả các lệnh trong một hàm (như hàm main()) luôn luôn là một khối lệnh. Một đặc điểm của khối lệnh là các biến được khai báo trong khối lệnh nào thì chỉ có tác dụng trong khối lệnh đó. Chi tiết hơn về các đặc điểm của lệnh và khối lệnh sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo của giáo trình. 37
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh V. THƯ VIỆN CÁC HÀM TOÁN HỌC Trong phần này chúng tôi tóm tắt một số các hàm toán học hay dùng. Các hàm này đều được khai báo trong file nguyên mẫu math.h. 1. Các hàm số học • abs(x), labs(x), fabs(x) : trả lại giá trị tuyệt đối của một số nguyên, số nguyên dài và số thực. • pow(x, y) : hàm mũ, trả lại giá trị x lũy thừa y (xy). • exp(x) : hàm mũ, trả lại giá trị e mũ x (ex). • log(x), log10(x) : trả lại lôgarit cơ số e và lôgarit thập phân của x (lnx, logx) . • sqrt(x) : trả lại căn bậc 2 của x. • atof(s_number) : trả lại số thực ứng với số viết dưới dạng xâu kí tự s_number. 2. Các hàm lượng giác • sin(x), cos(x), tan(x) : trả lại các giá trị sinx, cosx, tgx. BÀI TẬP 1. Viết câu lệnh khai báo biến để lưu các giá trị sau: − Tuổi của một người − Số lượng cây trong thành phố − Độ dài cạnh một tam giác − Khoảng cách giữa các hành tinh − Một chữ số − Nghiệm x của phương trình bậc 1 − Một chữ cái − Biệt thức Δ của phương trình bậc 2 2. Viết câu lệnh nhập vào 4 giá trị lần lượt là số thực, nguyên, nguyên dài và kí tự. In ra màn hình các giá trị này để kiểm tra. 3. Viết câu lệnh in ra màn hình các dòng sau (không kể các số thứ tự và dấu: ở đầu mỗi dòng) 1: Bộ Giáo dục và Đào tạo Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam 2: 38
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh 3: Sở Giáo dục Hà Nội Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Chú ý: khoảng trống giữa chữ Đào tạo và Cộng hoà (dòng 1) là 2 tab. Dòng 2: để trống. 4. Viết chương trình nhập vào một kí tự. In ra kí tự đó và mã ascii của nó. 5. Viết chương trình nhập vào hai số thực. In ra hai số thực đó với 2 số lẻ và cách nhau 5 cột. 6. Nhập, chạy và giải thích kết quả đạt được của đoạn chương trình sau: #include void main() { char c1 = 200; unsigned char c2 = 200 ; cout << "c1 = " << c1 << ", c2 = " << c2 << "\n" ; cout << "c1+100 = " << c1+100 << ", c2+100 = " << c2+100 ; } 7. Nhập a, b, c. In ra màn hình dòng chữ phương trình có dạng ax^2 + bx + c = 0, trong đó các giá trị a, b, c chỉ in 2 số lẻ (ví dụ với a = 5.141, b = −2, c = 0.8 in ra 5.14 x^2 −2.00 x + 0.80). 8. Viết chương trình tính và in ra giá trị các biểu thức sau với 2 số lẻ: 1 a. 3+ 3 + 3 b. 1 2+ 1 2+ 2 9. Nhập a, b, c là các số thực. In ra giá trị của các biểu thức sau với 3 số lẻ: a. a2 − 2b + ab/c c. 3a − b3 − 2 c b2 − 4 ac b. d. a2 / b−4 a / bc + 1 2a 10. In ra tổng, tích, hiệu và thương của 2 số được nhập vào từ bàn phím. 11. In ra trung bình cộng, trung bình nhân của 3 số được nhập vào từ bàn phím. 12. Viết chương trình nhập cạnh, bán kính và in ra diện tích, chu vi của các hình: vuông, chữ nhật, tròn. 13. Nhập a, b, c là độ dài 3 cạnh của tam giác (chú ý đảm bảo tổng 2 cạnh phải lớn 39
Chương 2. Kiểu dữ liệu, biểu thức và câu lệnh hơn cạnh còn lại). Tính chu vi, diện tích, độ dài 3 đường cao, 3 đường trung tuyến, 3 đường phân giác, bán kính đường tròn nội tiếp, ngoại tiếp lần lượt theo các công thức sau: C = 2p = a + b + c ; S = p( p− a )( p − b )( p − c ) ; 2S 1 2 h = ; ma = 2b2+ 2 c 2 − a 2 ; ga = bcp( p− a ) ; a a 2 b+ c S abc r = ; R = ; p 4S 14. Tính diện tích và thể tích của hình cầu bán kính R theo công thức: S = 4πR2 ; V = RS/3 15. Nhập vào 4 chữ số. In ra tổng của 4 chữ số này và chữ số hàng chục, hàng đơn vị của tổng (ví dụ 4 chữ số 3, 1, 8, 5 có tổng là 17 và chữ số hàng chục là 1 và hàng đơn vị là 7, cần in ra 17, 1, 7). 16. Nhập vào một số nguyên (có 4 chữ số). In ra tổng của 4 chữ số này và chữ số đầu, chữ số cuối (ví dụ số 3185 có tổng các chữ số là 17, đầu và cuối là 3 và 5, kết quả in ra là: 17, 3, 5). 17. Hãy nhập 2 số a và b. Viết chương trình đổi giá trị của a và b theo 2 cách: − dùng biến phụ t: t = a; a = b; b = t; − không dùng biến phụ: a = a + b; b = a - b; a = a - b; In kết quả ra màn hình để kiểm tra. 18. Viết chương trình đoán số của người chơi đang nghĩ, bằng cách yêu cầu người chơi nghĩ một số, sau đó thực hiện một loạt các tính toán trên số đã nghĩ rồi cho biết kết quả. Máy sẽ in ra số mà người chơi đã nghĩ. (ví dụ yêu cầu người chơi lấy số đã nghĩ nhân đôi, trừ 4, bình phương, chia 2 và trừ 7 rồi cho biết kết quả, máy sẽ in ra số người chơi đã nghĩ). 19. Một sinh viên gồm có các thông tin: họ tên, tuổi, điểm toán (hệ số 2), điểm tin (hệ số 1). Hãy nhập các thông tin trên cho 2 sinh viên. In ra bảng điểm gồm các chi tiết nêu trên và điểm trung bình của mỗi sinh viên. 20. Một nhân viên gồm có các thông tin: họ tên, hệ số lương, phần trăm phụ cấp (theo lưong) và phần trăm phải đóng BHXH. Hãy nhập các thông tin trên cho 2 nhân viên. In ra bảng lương gồm các chi tiết nêu trên và tổng số tiền cuối cùng mỗi nhân viên được nhận. 40
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng CHƯƠNG 3 CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VÀ DỮ LIỆU KIỂU MẢNG Cấu trúc rẽ nhánh Cấu trúc lặp Mảng dữ liệu Mảng hai chiều I. CẤU TRÚC RẼ NHÁNH Nói chung việc thực hiện chương trình là hoạt động tuần tự, tức thực hiện từng lệnh một từ câu lệnh bắt đầu của chương trình cho đến câu lệnh cuối cùng. Tuy nhiên, để việc lập trình hiệu quả hơn hầu hết các NNLT bậc cao đều có các câu lệnh rẽ nhánh và các câu lệnh lặp cho phép thực hiện các câu lệnh của chương trình không theo trình tự tuần tự như trong văn bản. Phần này chúng tôi sẽ trình bày các câu lệnh cho phép rẽ nhánh như vậy. Để thống nhất mỗi câu lệnh được trình bày về cú pháp (tức cách viết câu lệnh), cách sử dụng, đặc điểm, ví dụ minh hoạ và một vài điều cần chú ý khi sử dụng lệnh. 1. Câu lệnh điều kiện if a. Ý nghĩa Một câu lệnh if cho phép chương trình có thể thực hiện khối lệnh này hay khối lệnh khác phụ thuộc vào một điều kiện được viết trong câu lệnh là đúng hay sai. Nói cách khác câu lệnh if cho phép chương trình rẽ nhánh (chỉ thực hiện 1 trong 2 nhánh). b. Cú pháp − if (điều kiện) { khối lệnh 1; } else { khối lệnh 2; } − if (điều kiện) { khối lệnh 1; } Trong cú pháp trên câu lệnh if có hai dạng: có else và không có else. điều kiện là một biểu thức lôgic tức nó có giá trị đúng (khác 0) hoặc sai (bằng 0). Khi chương trình thực hiện câu lệnh if nó sẽ tính biểu thức điều kiện. Nếu điều kiện đúng chương trình sẽ tiếp tục thực hiện các lệnh trong khối lệnh 1, ngược lại nếu 41
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng điều kiện sai chương trình sẽ thực hiện khối lệnh 2 (nếu có else) hoặc không làm gì (nếu không có else). c. Đặc điểm − Đặc điểm chung của các câu lệnh có cấu trúc là bản thân nó chứa các câu lệnh khác. Điều này cho phép các câu lệnh if có thể lồng nhau. − Nếu nhiều câu lệnh if (có else và không else) lồng nhau việc hiểu if và else nào đi với nhau cần phải chú ý. Qui tắc là else sẽ đi với if gần nó nhất mà chưa được ghép cặp với else khác. Ví dụ câu lệnh if (n>0) if (a>b) c = a; else c = b; là tương đương với if (n>0) { if (a>b) c = a; else c = b;} d. Ví dụ minh hoạ Ví dụ 1 : Bằng phép toán gán có điều kiện có thể tìm số lớn nhất max trong 2 số a, b như sau: max = (a > b) ? a: b ; hoặc max được tìm bởi dùng câu lệnh if: if (a > b) max = a; else max = b; Ví dụ 2 : Tính năm nhuận. Năm thứ n là nhuận nếu nó chia hết cho 4, nhưng không chia hết cho 100 hoặc chia hết 400. Chú ý: một số nguyên a là chia hết cho b nếu phần dư của phép chia bằng 0, tức a%b == 0. #include void main() { int nam; cout > nam ; if (nam%4 == 0 && year%100 !=0 || nam%400 == 0) cout << nam << "la nam nhuan” ; else cout << nam << "la nam khong nhuan” ; } Ví dụ 3 : Giải phương trình bậc 2. Cho phương trình ax2 + bx + c = 0 (a ≠ 0), tìm x. 42
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng #include // tệp chứa các phương thức vào/ra #include // tệp chứa các hàm toán học void main() { float a, b, c; // khai báo các hệ số float delta; float x1, x2; // 2 nghiem cout > a >> b >> c ; // qui ước nhập a ≠ 0 delta = b*b - 4*a*c ; if (delta < 0) cout << “ph. trình vô nghiệm\n” ; else if (delta==0) cout<<“ph. trình có nghiệm kép:" << -b/(2*a) << '\n'; else { x1 = (-b+sqrt(delta))/(2*a); x2 = (-b-sqrt(delta))/(2*a); cout << “nghiem 1 = " << x1 << " và nghiem 2 = " << x2 ; } } Chú ý: do C++ quan niệm "đúng" là một giá trị khác 0 bất kỳ và "sai" là giá trị 0 nên thay vì viết if (x != 0) hoặc if (x == 0) ta có thể viết gọn thành if (x) hoặc if (!x) vì nếu (x != 0) đúng thì ta có x ≠ 0 và vì x ≠ 0 nên (x) cũng đúng. Ngược lại nếu (x) đúng thì x ≠ 0, từ đó (x != 0) cũng đúng. Tương tự ta dễ dàng thấy được (x == 0) là tương đương với (!x). 2. Câu lệnh lựa chọn switch a. Ý nghĩa Câu lệnh if cho ta khả năng được lựa chọn một trong hai nhánh để thực hiện, do đó nếu sử dụng nhiều lệnh if lồng nhau sẽ cung cấp khả năng được rẽ theo nhiều nhánh. Tuy nhiên trong trường hợp như vậy chương trình sẽ rất khó đọc, do vậy C++ còn cung cấp một câu lệnh cấu trúc khác cho phép chương trình có thể chọn một trong nhiều nhánh để thực hiện, đó là câu lệnh switch. b. Cú pháp 43
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng switch (biểu thức điều khiển) { case biểu_thức_1: dãy lệnh 1 ; case biểu_thức_2: dãy lệnh 2 ; case : ; case biểu_thức_n: dãy lệnh n ; default: dãy lệnh n+1; } − biểu thức điều khiển: phải có kiểu nguyên hoặc kí tự, − các biểu_thức_i: được tạo từ các hằng nguyên hoặc kí tự, − các dãy lệnh có thể rỗng. Không cần bao dãy lệnh bởi cặp dấu {}, − nhánh default có thể có hoặc không và vị trí của nó có thể nằm bất kỳ trong câu lệnh (giữa các nhánh case), không nhất thiết phải nằm cuối cùng. c. Cách thực hiện Để thực hiện câu lệnh switch đầu tiên chương trình tính giá trị của biểu thức điều khiển (btđk), sau đó so sánh kết quả của btđk với giá trị của các biểu_thức_i bên dưới lần lượt từ biểu thức đầu tiên (thứ nhất) cho đến biểu thức cuối cùng (thứ n), nếu giá trị của btđk bằng giá trị của biểu thức thứ i đầu tiên nào đó thì chương trình sẽ thực hiện dãy lệnh thứ i và tiếp tục thực hiện tất cả dãy lệnh còn lại (từ dãy lệnh thứ i+1) cho đến hết (gặp dấu ngoặc đóng } của lệnh switch). Nếu quá trình so sánh không gặp biểu thức (nhánh case) nào bằng với giá trị của btđk thì chương trình thực hiện dãy lệnh trong default và tiếp tục cho đến hết (sau default có thể còn những nhánh case khác). Trường hợp câu lệnh switch không có nhánh default và btđk không khớp với bất cứ nhánh case nào thì chương trình không làm gì, coi như đã thực hiện xong lệnh switch. Nếu muốn lệnh switch chỉ thực hiện nhánh thứ i (khi btđk = biểu_thức_i) mà không phải thực hiện thêm các lệnh còn lại thì cuối dãy lệnh thứ i thông thường ta đặt thêm lệnh break; đây là lệnh cho phép thoát ra khỏi một lệnh cấu trúc bất kỳ. d. Ví dụ minh hoạ Ví dụ 1 : In số ngày của một tháng bất kỳ nào đó được nhập từ bàn phím. int th; cout > th ; switch (th) 44
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng { case 1: case 3: case 5: case 7: case 8: case 10: case 12: cout > a >> b ; cout > dau ; switch (dau) { case '+': c = a + b ; break ; case '−': c = a - b ; break ; case 'x': case '.': case '*': c = a * b ; break ; case ':': case '/': c = a / b ; break ; } cout << setiosflags(ios::showpoint) << setprecision(4) ; // in 4 số lẻ 45
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng cout ; Vị trí chương trình chuyển đến thực hiện là đoạn lệnh đứng sau nhãn và dấu hai chấm (:). c. Ví dụ minh hoạ Ví dụ 3 : Nhân 2 số nguyên theo phương pháp Ấn độ. Phương pháp Ấn độ cho phép nhân 2 số nguyên bằng cách chỉ dùng các phép toán nhân đôi, chia đôi và cộng. Các phép nhân đôi và chia đôi thực chất là phép toán dịch bit về bên trái (nhân) hoặc bên phải (chia) 1 bit. Đây là các phép toán cơ sở trong bộ xử lý, do vậy dùng phương pháp này sẽ làm cho việc nhân các số nguyên được thực hiện rất nhanh. Có thể tóm tắt phương pháp như sau: Giả sử cần nhân m với n. Kiểm tra m nếu lẻ thì cộng thêm n vào kq (đầu tiên kq được khởi tạo bằng 0), sau đó lấy m chia 2 và n nhân 2. Quay lại kiểm tra m và thực hiện như trên. Quá trình dừng khi không thể chia đôi m được nữa (m = 0), khi đó kq là kết quả cần tìm (tức kq = m*n). Để dễ hiểu phương pháp này chúng ta tiến hành tính trên ví dụ với các số m, n cụ thể. Giả sử m = 21 và n = 11. Các bước tiến hành được cho trong bảng dưới đây: Bước m (chia 2) n (nhân 2) kq (khởi tạo kq = 0) 1 21 11 m lẻ, cộng thêm 11 vào kq = 0 + 11 = 11 2 10 22 m chẵn, bỏ qua 3 5 44 m lẻ, cộng thêm 44 vào kq = 11 + 44 = 55 46
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng 4 2 88 m chẵn, bỏ qua 5 1 176 m lẻ, cộng thêm 176 vào kq = 55 + 176 = 231 6 0 m = 0, dừng cho kết quả kq = 231 Sau đây là chương trình được viết với câu lệnh goto. void main() { long m, n, kq = 0; // Các số cần nhân và kết quả kq cout > m >> n ; lap: // đây là nhãn để chương trình quay lại if (m%2) kq += n; // nếu m lẻ thì cộng thêm n vào kq m = m >> 1; // dịch m sang phải 1 bit tức m = m / 2 n = n << 1; // dịch m sang trái 1 bit tức m = m * 2 if (m) goto lap; // quay lại nếu m ≠ 0 cout << “m nhân n =” << kq ; } II. CẤU TRÚC LẶP Một trong những cấu trúc quan trọng của lập trình cấu trúc là các câu lệnh cho phép lặp nhiều lần một đoạn lệnh nào đó của chương trình. Chẳng hạn trong ví dụ về bài toán nhân theo phương pháp Ấn độ, để lặp lại một đoạn lệnh chúng ta đã sử dụng câu lệnh goto. Tuy nhiên như đã lưu ý việc dùng nhiều câu lệnh này làm chương trình rất khó đọc. Do vậy cần có những câu lệnh khác trực quan hơn và thực hiện các phép lặp một cách trực tiếp. C++ cung cấp cho chúng ta 3 lệnh lặp như vậy. Về thực chất 3 lệnh này là tương đương (cũng như có thể dùng goto thay cho cả 3 lệnh lặp này), tuy nhiên để chương trình viết được sáng sủa, rõ ràng, C++ đã cung cấp nhiều phương án cho NSD lựa chọn câu lệnh khi viết chương trình phù hợp với tính chất lặp. Mỗi bài toán lặp có một đặc trưng riêng, ví dụ lặp cho đến khi đã đủ số lần định trước thì dừng hoặc lặp cho đến khi một điều kiện nào đó không còn thoả mãn nữa thì dừng việc sử dụng câu lệnh lặp phù hợp sẽ làm cho chương trình dễ đọc và dễ bảo trì hơn. Đây là ý nghĩa chung của các câu lệnh lặp, do vậy trong các trình bày về câu lệnh tiếp theo sau đây chúng ta sẽ không cần phải trình bày lại ý nghĩa của chúng. 1. Lệnh lặp for 47
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng a. Cú pháp for (dãy biểu thức 1 ; điều kiện lặp ; dãy biểu thức 2) { khối lệnh lặp; } − Các biểu thức trong các dãy biểu thức 1, 2 cách nhau bởi dấu phảy (,). Có thể có nhiều biểu thức trong các dãy này hoặc dãy biểu thức cũng có thể trống. − Điều kiện lặp: là biểu thức lôgic (có giá trị đúng, sai). − Các dãy biểu thức và/hoặc điều kiện có thể trống tuy nhiên vẫn giữ lại các dấu chấm phảy (;) để ngăn cách các thành phần với nhau. b. Cách thực hiện Khi gặp câu lệnh for trình tự thực hiện của chương trình như sau: • Thực hiện dãy biểu thức 1 (thông thường là các lệnh khởi tạo cho một số biến), • Kiểm tra điều kiện lặp, nếu đúng thì thực hiện khối lệnh lặp → thực hiện dãy biểu thức 2 → quay lai kiểm tra điều kiện lặp và lặp lại quá trình trên cho đến bước nào đó việc kiểm tra điều kiện lặp cho kết quả sai thì dừng. Tóm lại, biểu thức 1 sẽ được thực hiện 1 lần duy nhất ngay từ đầu quá trình lặp sau đó thực hiện các câu lệnh lặp và dãy biểu thức 2 cho đến khi nào không còn thoả điều kiện lặp nữa thì dừng. c. Ví dụ minh hoạ Ví dụ 1 : Nhân 2 số nguyên theo phương pháp Ấn độ void main() { long m, n, kq; // Các số cần nhân và kết quả kq cout > m >> n ; for (kq = 0 ; m ; m >>= 1, n <<= 1) if (m%2) kq += n ; cout << “m nhân n =” << kq ; } So sánh ví dụ này với ví dụ dùng goto ta thấy chương trình được viết rất gọn. Để bạn đọc dễ hiểu câu lệnh for, một lần nữa chúng ta nhắc lại cách hoạt động của nó thông qua ví dụ này, trong đó các thành phần được viết trong cú pháp là như sau: − Dãy biểu thức 1: kq = 0, − Điều kiện lặp: m. Ở đây điều kiện là đúng nếu m ≠ 0 và sai nếu m = 0. 48
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng − Dãy biểu thức 2: m >>= 1 và n > 1 (tương đương với m = m / 2) và n = n << 1 (tương đương với n = n * 2). − Khối lệnh lặp: chỉ có một lệnh duy nhất if (m%2) kq += n ; (nếu phần dư của m chia 2 là khác 0, tức m lẻ thì cộng thêm n vào kq). Cách thực hiện của chương trình như sau: • Đầu tiên thực hiện biểu thức 1 tức gán kq = 0. Chú ý rằng nếu kq đã được khởi tạo trước bằng 0 trong khi khai báo (giống như trong ví dụ 6) thì thành phần biểu thức 1 ở đây có thể để trống (nhưng vẫn giữ lại dấu ; để phân biệt với các thành phần khác). • Kiểm tra điều kiện: giả sử m ≠ 0 (tức điều kiện đúng) for sẽ thực hiện lệnh lặp tức kiểm tra nếu m lẻ thì cộng thêm n vào cho kq. • Quay lại thực hiện các biểu thức 2 tức chia đôi m và nhân đôi n và vòng lặp được tiếp tục lại bắt đầu bằng việc kiểm tra m • Đến một bước lặp nào đó m sẽ bằng 0 (vì bị chia đôi liên tiếp), điều kiện không thoả, vòng lặp dừng và cho ta kết quả là kq. Ví dụ 2 : Tính tổng của dãy các số từ 1 đến 100. Chương trình dùng một biến đếm i được khởi tạo từ 1, và một biến kq để chứa tổng. Mỗi bước lặp chương trình cộng i vào kq và sau đó tăng i lên 1 đơn vị. Chương trình còn lặp khi nào i còn chưa vượt qua 100. Khi i lớn hơn 100 chương trình dừng. Sau đây là văn bản chương trình. void main() { int i, kq = 0; for (i = 1 ; i <= 100 ; i ++) kq += i ; cout << "Tổng = " << kq; } Ví dụ 3 : In ra màn hình dãy số lẻ bé hơn một số n nào đó được nhập vào từ bàn phím. Chương trình dùng một biến đếm i được khởi tạo từ 1, mỗi bước lặp chương trình sẽ in i sau đó tăng i lên 2 đơn vị. Chương trình còn lặp khi nào i còn chưa vượt qua n. Khi i lớn hơn n chương trình dừng. Sau đây là văn bản chương trình. void main() { int n, i ; 49
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng cout > n ; for (i = 1 ; i >= 1, n >= 1; n 100) break; } Tóm lại, việc sử dụng dạng viết nào của for phụ thuộc vào thói quen của NSD, tuy nhiên việc viết đầy đủ các thành phần của for làm cho việc đọc chương trình trở nên dễ dàng hơn. e. Lệnh for lồng nhau Trong dãy lệnh lặp có thể chứa cả lệnh for, tức các lệnh for cũng được phép lồng nhau như các câu lệnh có cấu trúc khác. Ví dụ 4 : Bài toán cổ: vừa gà vừa chó bó lại cho tròn đếm đủ 100 chân. Hỏi có mấy gà 50
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng và mấy con chó, biết tổng số con là 36. Để giải bài toán này ta gọi g là số gà và c là số chó. Theo điều kiện bài toán ta thấy g có thể đi từ 0 (không có con nào) và đến tối đa là 50 (vì chỉ có 100 chân), tương tự c có thể đi từ 0 đến 25. Như vậy ta có thể cho g chạy từ 0 đến 50 và với mỗi giá trị cụ thể của g lại cho c chạy từ 0 đến 25, lần lượt với mỗi cặp (g, c) cụ thể đó ta kiểm tra 2 điều kiện: g + c == 36 ? (số con) và 2g + 4c == 100 ? (số chân). Nếu cả 2 điều kiện đều thoả thì cặp (g, c) cụ thể đó chính là nghiệm cần tìm. Từ đó ta có chương trình với 2 vòng for lồng nhau, một vòng for cho g và một vòng cho c. void main() { int g, c ; for (g = 0 ; g 25 thì kết thúc vòng lặp trong quay về vòng lặp ngoài tăng g lên 1, lại thực hiện vòng lặp trong với g=1 này (tức lại cho c chạy từ 0 đến 25). Khi g của vòng lặp ngoài vượt quá 50 thì dừng. Từ đó ta thấy số vòng lặp của chương trình là 50 x 25 = 1000 lần lặp. Chú ý: Có thể giảm bớt số lần lặp bằng nhận xét số gà không thể vượt quá 36 (vì tổng số con là 36). Một vài nhận xét khác cũng có thể làm giảm số vòng lặp, tiết kiệm thời gian chạy của chương trình. Bạn đọc tự nghĩ thêm các phương án giải khác để giảm số vòng lặp đến ít nhất. Ví dụ 5 : Tìm tất cả các phương án để có 100đ từ các tờ giấy bạc loại 10đ, 20đ và 50đ. main() { int t10, t20, t50; // số tờ 10đ, 20đ, 50đ sopa = 0; // số phương án for (t10 = 0 ; t10 <= 10 ; t10++) for (t20 = 0 ; t20 <= 5 ; t20++) for (t50 = 0 ; t50 <= 2 ; t50++) 51
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng if (t10*10 + t20*20 + t50*50 == 100) // nếu thoả thì { sopa++; // tăng số phương án if (t10) cout << t10 << "tờ 10đ “ ; // in số tờ 10đ nếu ≠ 0 if (t20) cout << "+" << t20 << "tờ 20đ “ ; // thêm số tờ 20đ nếu≠0 if (t50) cout << "+" << t50 << "tờ 50đ “ ; // thêm số tờ 50đ nếu≠0 cout << '\n' ; // xuống dòng } cout << “Tong so phuong an = ” << sopa ; } 2. Lệnh lặp while a. Cú pháp while (điều kiện) { khối lệnh lặp ; } b. Thực hiện Khi gặp lệnh while chương trình thực hiện như sau: đầu tiên chương trình sẽ kiểm tra điều kiện, nếu đúng thì thực hiện khối lệnh lặp, sau đó quay lại kiểm tra điều kiện và tiếp tục. Nếu điều kiện sai thì dừng vòng lặp. Tóm lại có thể mô tả một cách ngắn gọn về câu lệnh while như sau: lặp lại các lệnh trong khi điều kiện vẫn còn đúng. c. Đặc điểm − Khối lệnh lặp có thể không được thực hiện lần nào nếu điều kiện sai ngay từ đầu. − Để vòng lặp không lặp vô hạn thì trong khối lệnh thông thường phải có ít nhất một câu lệnh nào đó gây ảnh hưởng đến kết quả của điều kiện, ví dụ làm cho điều kiện đang đúng trở thành sai. − Nếu điều kiện luôn luôn nhận giá trị đúng (ví dụ biểu thức điều kiện là 1) thì trong khối lệnh lặp phải có câu lệnh kiểm tra dừng và lệnh break. d. Ví dụ minh hoạ Ví dụ 1 : Nhân 2 số nguyên theo phương pháp Ấn độ void main() { 52
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng long m, n, kq; // Các số cần nhân và kết quả kq cout > m >> n ; kq = 0 ; while (m) { if (m%2) kq += n ; m >>= 1; n >= 1, lệnh này sẽ ảnh hưởng đến điều kiện (m), đến lúc nào đó m bằng 0 tức (m) là sai và chương trình sẽ dừng lặp. Câu lệnh while (m) cũng có thể được thay bằng while (1) như sau: void main() { long m, n, kq; // Các số cần nhân và kết quả kq cout > m >> n ; kq = 0 ; while (1) { if (m%2) kq += n ; m >>= 1; n <<= 1; if (!m) break ; // nếu m = 0 thì thoát khỏi vòng lặp } cout << “m nhân n =” << kq ; } Ví dụ 2 : Bài toán cổ: vừa gà vừa chó bó lại cho tròn đếm dủ 100 chân. Hỏi có mấy gà và mấy con chó, biết tổng số con là 36. void main() 53
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng { int g, c ; g = 0 ; while (g n và lặp lại. Vòng lặp dừng khi m = n. void main() { int m, n, r; cout > m >> n ; if (m n) m = r; else { m = n ; n = r ; } } cout << "UCLN = " << m ; } Ví dụ 4 : Tìm nghiệm xấp xỉ của phương trình ex − 1.5 = 0, trên đoạn [0, 1] với độ chính xác 10-6 bằng phương pháp chia đôi. Để viết chương trình này chúng ta nhắc lại phương pháp chia đôi. Cho hàm f(x) liên tục và đổi dấu trên một đoạn [a, b] nào đó (tức f(a), f(b) trái dấu nhau hay f(a)*f(b) 54
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng 0). Sau đây là chương trình. void main() { float a = 0, b = 1, c; // các điểm mút a, b và điểm giữa c float fa, fc; // giá trị của f(x) tại các điểm a, c while (b-a > 1.0e-6) // trong khi độ dài đoạn còn lớn hơn ε { c = (a + b)/2; // tìm điểm c giữa đoạn [a,b] fa = exp(a) - 1.5; fc = exp(c) - 1.5; // tính f(a) và f(c) if (fa*fc == 0) break; // f(c) = 0 tức c là nghiệm if (fa*fc > 0) a = c; else b = c; } cout 0) a = c; else b = c; dùng để kiểm tra f(a) và f(c), nếu cùng dấu (f(a)*f(c) > 0) thì hàm f(x) phải trái dấu trên đoạn con [c, b] do đó đặt lại đoạn này là [a, b] (để quay lại vòng lặp) tức đặt a = c và b giữ nguyên, ngược lại nếu hàm f(x) trái dấu trên đoạn con [a, c] thì đặt lại b = c còn a giữ nguyên. Sau đó vòng lặp quay lại kiểm tra độ dài đoạn [a, b] (mới) nếu đã bé hơn độ xấp xỉ thì dừng và lấy c làm nghiệm xấp xỉ, nếu không thì tính lại c và tiếp tục quá trình. Để tính f(a) và f(c) chương trình đã sử dụng hàm exp(x), đây là hàm cho lại kết quả ex, để dùng hàm này hoặc các hàm toán học nói chung, cần khai báo file nguyên 55
Chương 3. Cấu trúc điều khiển và dữ liệu kiểu mảng mẫu math.h. 3. Lệnh lặp do while a. Cú pháp do { khối lệnh lặp } while (điều kiện) ; b. Thực hiện Đầu tiên chương trình sẽ thực hiện khối lệnh lặp, tiếp theo kiểm tra điều kiện, nếu điều kiện còn đúng thì quay lại thực hiện khối lệnh và quá trình tiếp tục cho đến khi điều kiện trở thành sai thì dừng. c. Đặc điểm Các đặc điểm của câu lệnh do while cũng giống với câu lệnh lặp while trừ điểm khác biệt, đó là khối lệnh trong do while sẽ được thực hiện ít nhất một lần, trong khi trong câu lệnh while có thể không được thực hiện lần nào (vì lệnh while phải kiểm tra điều kiện trước khi thực hiện khối lệnh, do đó nếu điều kiện sai ngay từ đầu thì lệnh sẽ dừng, khối lệnh không được thực hiện lần nào. Trong khi đó lệnh do while sẽ thực hiện khối lệnh rồi mới kiểm tra điều kiện lặp để cho phép thực hiện tiếp hoặc dừng). d. Ví dụ minh hoạ π2 1 1 1 1 Ví dụ 1 : Tính xấp xỉ số pi theo công thức Euler = + + + + , với 6 122 23 2 n2 1 3 có phải là số nguyên tố ta lần lượt chia n cho các số i đi 56