Основы, программирования Fortran, C++, D

103 – прикладная математика и информатика
2013.10.26. Числовые объекты –

классы. Занятие № 8 Храмушин Василий Николаевич – V.Khramushin@SPBU.ru каф. компьютерного моделирования и многопроцессорных систем

структур, объединений, указателей. Адресная арифметика. Строки и литералы.
Массивы
Структуры
Битовые поля
Объединения
Указатели
Адресная арифметика
Связь

между массивами и указателями
Безтиповый (нетипизированный) указатель
Нулевой указатель
Строки и литералы

== Вычислительная математика:
++ векторы и тензоры аналитической геометрии и базовые операции с синтезированными вычислительными объектами

Дарья Сергеевна 709 1409 2109 2809 0510 1210 1910 2610
1. Власов Александр Александрович + + + + + + +
2. Данилов

Артем Дмитриевич + + + + – + +
3. Каюмова Диана Шамильевна + -- + + + + +
4. Колесова Александра Александровна + + + + -- + +
5. Лапин Егор Дмитриевич + + + + + + +
6. Леганькова Дарья Андреевна + + + + + + --
7. Минаева Ульяна Сергеевна + + + + -- + +
8. Мозин Виталий Романович + + + + -- + +
9. Пенкрат Андрей Олегович + + -- + -- -- --
10. Глотова Екатерина Андреевна + + -- + +
11. Пономарева Юлия Константиновна + + + + + + +
12. Сатина Алена Юрьевна + + + + + + +
13. Сафронов Вадим Викторович + -- -- -- -- -- +
14. Симанков Сергей Сергеевич + + + + + + --
15. Фатькина Анна Игоревна + + + + + + +
16. Федосеев Георгий Александрович + + + + -- + +

и методы их представления и практического использования в языках Fortran,

C, C++. (Свойства и методы, или элементы и функции-члены класса, формат объявления и практического использования, «.», «::» и «->» );
Модификаторы доступа к элементам класса, начальная инициализация, время жизни или автоматическое свертывание динамически распределяемых объектов (Модификаторы доступа к элементам класса, конструкторы и деструкторы)
Управление элементами класса, преобразование типов, статические данные, «дружеские» структуры и функции, формирование операторов и функций (методов), начальная инициализация параметров (варианты практического использования данных, операторов, функций и их перегрузка).
… практическое программирование начинается с построения числовых объектов и операций …

быть скобки с числами: dimension FIL( 6,2 )

! это ( x1,y2 ) - сначала левый
character*80 STR ! в фортране-77
C – – – – – – – – – – – – – – – – –
C – пример использования массивов в фортране
dimension A(2,3), V(10)
call SUBR(A,2,V)
. . .
subroutine SUBR(MATRIX,ROWS,VECTOR)
real MATRIX,VECTOR
integer ROWS
dimension MATRIX(ROWS,*),VECTOR(10),
+ LOCAL(2,4,8) ! – максимум 7 индексов
MATRIX(1,1) = VECTOR(5)
. . .
end

// простой массив чисел
typedef float[ny][nx] field; // двумерная

поверхность
typedef float[nz][ny][nx] space; // 3-мерное пространство
// nx=6, ny=3, nz – константные выражения
field F = { { 11,12,13,14,15,16 } // дислокация числовых , { 21,22,23,24,25,26 } // последовательностей
, { 31,32,33,34,35,36 } };
// то же, но без объявления типа агрегатных данных
float Fld[ny][] = { { 1,2 } , { 1,2,3,4 } , { 1,2,3,4,5,6,7 } };
// оптимальное построение списка из текстовых строк (!)
char *text[] = { "строка-1", "другая строка", "и",
"тому подобное", "произвольной длины" };

возможности управления памятью
typedef *float vector; // последовательность - вектор

чисел
typedef **float field; // вектор адресов – поле данных
typedef ***float space; // адресное поле – 3d пространство
// обращение к ОS на этапе выполнения программы
space Sp=NULL; // или: float ***Sp - такой агрегат
for( int k=0; k{ *(Sp[k])=(float**)malloc( ny*sizeof( float* ) ); for( int j=0; j} ... // освобождение памяти
for( int k=0; k{ for( int j=0; j free( Sp[k] );
} Sp=NULL;
double ****World = NULL; // пространство - время

на равенство
1.6. Конкатенация
1.7. Поэлементные операции
1.8. Сужение
1.9. Расширение
1.10. Присваивание значения свойству

.length
2. Фиксированные массивы
2.1. Длина
2.2. Проверка границ
2.3. Получение срезов
2.4. Копирование и неявные преобразования
2.5. Проверка на равенство
2.6. Конкатенация
2.7. Поэлементные операции
3. Многомерные массивы
4. Ассоциативные массивы
4.1. Длина
4.2. Чтение и запись ячеек
4.3. Копирование
4.4. Проверка на равенство
4.5. Удаление элементов
4.6. Перебор элементов
4.7. Пользовательские типы
5. Строки
5.1. Кодовые точки
5.2. Кодировки
5.3. Знаковые типы
5.4. Массивы знаков + бонусы = строки
6. Собрат - указатель

// полный контроль массивов
int[] vector new int[nx];
auto vector new int[nx];
auto copy = vector.dup;
// ссылка на сегмент массива
auto segm = vector[2..$-2];

// срез массива с его заменой
vector = vector[$/2 .. $];
// расширение массива конкатенацией
vector ~= [42.0, 12.0];
// ассоциативные массивы - списки
int[string] ls=["key":1, "line":0];
auto sl = [1:"ass", 5:"ags", 6:"xyz"];
// непосредственное изменение длины
vector.length += nx/2;

// и многое, многое другое

VAR1, VAR2
// Язык С – классика в структуризации данных
typedef

struct{ double x,y; }POINT; // тип данных
POINT Geo={ 60,30 },*xGeo=&Geo;
// -- то же самое в стиле а-ля С++
struct POINT { double x,y; POINT *next; } Geo={ 60,30,NULL }, *xGeo=&Geo;
// -- рекурсивное указание на структуру в чистом С
struct node { int data; struct node *next; };
// в С++ инициализация данных только в конструкторах

единственный и неповторимый
struct TimeAndDate
{ unsigned hours :5; // часы от

0 до 24
unsigned mins :6; // минуты
unsigned secs :6; // секунды от 0 до 60
unsigned weekDay :3; // день недели
unsigned monthDay :5; // день месяца от 1 до 31
unsigned month :4; // месяц от 1 до 12
unsigned year :7; // год от 0 до 100
};
// Структура TimeAndDate требует 36 бит,
// т.е. 5 байт и 4 запасных бита (байт = 8 бит).

big endian – весь мир
{ unsigned char io[4]; // little

endian – Intel-x86
unsigned int IO;
};
// объединение индексов для ускорения поиска
union place //
{ struct { int x,y }; // анонимные структуры !!
long long xy; // все на 8 байт = 64 бит
};
// интеллектуальный типаж – во всех «бочках» - «затычка»
struct unidata32
{ enum { _void, _int, _real, _string } _tag; // это слово и
union{ void *v; int i; real r; string s; };// еще 4 байта
};

числового объекта или функции
// работа с адресами досталась C++

в наследство от С
// - определена переменная типа int:
int x;
// "указатель" на целое число:
int* xptr;
// присвоить xptr адрес x:
xptr = &x;
// указатель на функцию для косвенного обращения:
int foo(long x), bar(long x), (*functptr)(long x);
functptr = &foo; (*functptr)(2);
functptr = &bar; (*functptr)(4);

D содержит все адресные операции из С, как плохой стиль, заменяемый более естественными функциями для сложных структур данных

*yptr = &y;

// сравниваем указатели
if(xptr==yptr){ cout<<"Указатели равны"<< endl;}
else { cout<<"Указатели не равны"<< endl; }
// сравниваем значения, на которые указывают указатели
if(*xptr==*yptr){ cout<<"Значения равны"< else { cout<< "Значения не равны" <//
// использование указателей для работы с массивами
int array[100], sum = 0, *ptr=NULL;
for( ptr=array; ptr

не возращающей данных
// адресная ссылка void* – без указания типа

данных
// на этапе компиляции
//
void printbytes( void* ptr, int nbytes )
{ if (nbytes == 1) { char* cptr=(char*)ptr; cout<<*cptr; } else
if (nbytes == 2) { short* sptr=(short*)ptr; cout<<*sptr; }else
if (nbytes == 4) { long* lptr=(long*)ptr; cout<<*lptr; } else
{ cout << "Неверное значение аргумента"; }
}

литералов нет – есть форматы ввода/вывода character NAME*8 /’слово678’/
C, C++:
#include char

string[8] = "слово67”;
/* memchr memcmp memcpy memmove memset strcat strchr strcmp strcoll strcpy strcspn strerror strlen strncat strncmp strncpy strpbrk strrchr strspn strstr strtok */
#include int count = 0; // подсчет количества цифр в строке while(*str != 0) // признак конца строки – ноль { if (isdigit(*str++)) // проверить байт в str, count++; // и сдвинуть указатель на следующий байт
}
D:
Import std.utf, std.string; wstring Msg="Русское слово”; // здесь есть все и с избытком

C, C++, D. Ключевые проблемы управления оперативной памятью и совершенствования

подходов к использованию больших агрегатов в процессе развития языков программирования (Статические и динамические массивы, числовые поля и последовательности адресных ссылок);
Структуры, битовые поля и объединения, как средства низкоуровневого программирования с использованием новейших средств структуризации алгоритмов (числовые объекты и оптимизация вычислительных процессов);
Указатели, адресная арифметика и пакеты программ для работы с текстами и нетипизированными объектами (особенности построения строковых пакетов, достоинства и недостатки прямого управления массивами и структурами данных ).
… реальное программирование начинается с определения методов интерактивной визуализации и контроля состояния числовых объектов и вычислительных процессов…

памяти в C++, способы их решения. Ссылки и указатели. Распределение

памяти под переменные, управление памятью с помощью переопределения операторов new и delete..
Автоматические переменные
Статические переменные
Динамическое выделение памяти
Выделение памяти под строки
Рекомендации по использованию указателей и динамического распределения памяти
Ссылки
Распределение памяти при передаче аргументов функции
Рекомендации по передаче аргументов

== Вычислительная математика:
++ векторы и тензоры аналити-ческой геометрии и базовые операции с синтезированными вычислительными объектами

интерактивной визуализации (openGL, GLFW, Window-Place).
2. Построение одного сложного или нескольких

геометрических объектов (кривые и поверхности, пространственные объекты);
3. Реализация программного комплекса с сопутствующей документаций и предметными комментариями в исходном тексте программы (Fortran, C, C++, D).

ними операций для эффективной реализации вычислительных процессов с прозрачной системой

отладки и контроля качества результатов (конвертация, структуризация и нормализация числовых структур );
2. Поиск канонических/простейших математических и алгоритмических моделей для достижения адекватных численных решений при всех вариантах контекстного окружения (предельно краткие и функционально связанные процедуры предметной области);
3. Построение системы транзакций для анализа всех этапов моделирования и представления обоснованных (ожидаемых) и наглядных результатов (расширяемый интерактивный графический комплекс).

с использованием виртуальных процедур C++ и многооконного интерфейса Windows со

стековым наложением графических и текстовых фрагментов.

Определение графического окна
//
struct Screen: Basis
{ Screen(): Basis(), inDraw( NULL ){}

// конструктор с полем [-1:1,-1:1,-1:1]
Screen( Real Size ): Basis( Size ), inDraw( NULL ){}

void line( const Vector& a, const Vector& b, const GLubyte *color=NULL );
void cubic( Basis& Model, bool painting ); // QUADS:LINE_STRIP
void arrow( const Vector& a, const Vector& b, Real l=0.1, const GLubyte *color=NULL );
void axis( Real L );
//
// и т.д. всякие прочие прямые и обратные - графические и текстовые операции
//
void Lighting(); // начальная настройка контекста OpenGL с подключением мышки
bool(*inDraw)(); // это для мышки, дабы зря не разгонять процессор по таймеру
};

отчета о НИР являются:
- титульный лист;
- список исполнителей;
- реферат;
- содержание;
-

нормативные ссылки;
- определения;
- обозначения и сокращения;
- введение;
- основная часть;
- заключение;
- список источников;
- приложения.

Общепринятая форма научного творчества:
1 стр. Титульный лист;
2 стр. Расширенное название, аннотация (1 абзац), ключевые слова
3 стр. Реферат, список обозначений.
4 стр. Введение, постановка задачи
5 стр. Основная часть 3-4 с.
Последняя стр. Заключение, список использованных источников, приложения.
Не печатать! Выслать на V.Khramushin@SPBU.ru

предложениями по сути работы, заключение о пользе и предназначении документа.
1.

Введение: Постановка проблемы и целей исследования, краткий обзор или упоминание известных аналогов с предложениями об авторском подходе к достижению результата.
2. Названное изложение (сути и путей решения) : Собственно описание основной идеи, новых теорем и законов в избранной теоретической области, с подробным и точным представлением методов достижения изначально объявленных целей.
3. Заключение (изложение сути и путей решения) : Обоснование пионерских путей развития начатого исследования, либо пенсионерское хвастовство/сетование на абсолютное решение и заклинание всяких интересов к проблеме.

– //alglib.net – алгоритмы и документация.
3. http://num-anal.srcc.msu.ru/lib_na/libnal.htm/ – НИВЦ МГУ
4.

http://www.gnu.org/software/gsl GNU Scientific Library/ Edition 1.16 July 2013
5. Math Graphics Library / Ver.2.1.3.1, May-8, 2013 г. http://mathgl.sf.net
6. GLFW is an Open Source, multi-platform library for creating windows with OpenGL contexts and managing input and events. http://www.GLFW.org/
7. Контекстно-зависимая среда построения трехмерной графики OpenGL с использованием виртуальных процедур C++ и многооконного интерфейса Windows со стековым наложением графических и текстовых фрагментов http://shipdesign.ru/SoftWare/2010615850.html
Книги:
8. Майкл Ласло. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++, М.: «Издательство Бином», 1997. 301с.
9. В.Н.Храмушин. Трехмерная тензорная математика вычислительных экспериментов в гидромеханике. ДВО РАН. 2005. – 212 с. http://shipdesign.ru/Khram/Tensor.html

разработки
MinGW – компиляторы Fortran, C, C++, (D)
MinGW\bin – исполняемые модули

(*.exe, *.dll)
MinGW\include – прототипы стандартных пакетов (*.h)
MinGW\lib – библиотеки программ Win32 и Сlib (*.а)

Классный компьютер
login: student101e, password: student101e \\ws101-operator\Shared folder\Khram\GL

примерах Fortran(57), Algol(58), В(69), C(72), C++(83), D(2001) и др;
Машинно-зависимые типы

данных (стек, статика, куча), особенности их использования, скорость доступа и эффективность выполнения операций на линейном процессоре.
Компиляция и интерпретация, достоинства в использовании и проблемы реализации формализованных и специальных языков программирования (декларативные алгоритмы и функциональные языки искусственного интеллекта)
21 сентября. «Операции»:
Ключевые слова и зарезервированные идентификаторы языков программирования (объявление данных и исполняемые операторы – Алгол – Фортран, С, С++, Ди);
Математические и логические операции исторических языков программирования (математические и программные выражения)
Приоритеты и последовательность константных и исполняемых выражений (литералы времени компиляции и интерпретация выражений на этапах сборки и исполнения программы).
… только суть – что и зачем?

описания данных и выполняемые команды);
Типовое построение среды компиляции и сборки

программ на алгоритмических языках программирования (структура библиотек на примере проекта GCC.GNU)
Реализация простейшей интерактивной графики в среде GLFW и Glut для OpenGL (особенности исполнения программы, управляемой внешними прерываниями). … и то уже не просто …
5 октября. Функции:
Алгоритмическое и функциональное программирование (реентерабельность, рекурсия, демоны и драйверы….);
Виды процедур функций в алгоритмических языках программирования, особенности реализации (процедуры, функции, операторы)
Соглашения о связях – правила передачи параметров в процедурных блоках программы … (по адресу, по значению?).
… начало элементарного программирования …

устройства и организации памяти компьютера (логические, целые, беззнаковые, плавающие, х16-32-64

числа);
Форма записи числовых констант с вариантами уточнения их аппаратного представления (восьмеричные, десятичные, шестнадцатеричные целые, битовые поля или плавающие числа с фиксированной точкой и экспонентой)
Алфавит, символьные кодировки и варианты именованных перечислений и макроопределений (шрифты Dos, Win и UTF, последовательности и макроопределения). … далее объектно-ориентированное программирование …
19 октября. «Объекты»:
Сложные числовые объекты – структуры данных и методы их представления и практического использования в языках Fortran, C, C++. (Свойства и методы, или элементы и функции-члены класса, формат объявления и практического использования, «.», «::» и «->» );
Модификаторы доступа к элементам класса, начальная инициализация, время жизни или автоматическое свертывание динамически распределяемых объектов (Модификаторы доступа к элементам класса, конструкторы и деструкторы)
Управление элементами класса, преобразование типов, статические данные, «дружеские» структуры и функции, формирование операторов и классных функций (методов), начальная инициализация параметров (варианты практического использования данных, операторов, функций и их перегрузка).
… практическое программирование начинается с построения числовых объектов и операций …

высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет»
Каюмова Диана Шамильевна
Компиляция и интерпретация (достоинства

в использовании и проблемы реализации формализованных и специальных языков программирования )
Самостоятельная работа по курсу «Основы программирования» Специальность: 010501.65 «Прикладная математика и информатика»
Научный руководитель: к.т.н. Храмушин В. Н. ___________ Студентка гр. 103. Каюмова Д. Ш. ___________
Санкт-Петербург 2013