mgr inż. Wacław Libront * Bobowa 2019

ZSO Bobowa, ul. Długoszowskich 1, 38-350 Bobowa, tel: 0183514009, fax: 0183530221, email: sekretariat@zsobobowa.eu, www: zsobobowa.eu

Lekcja 1

Konsola w C++

konsola
okrąg
zmienne
przypisanie
arytmetyka
typy
formatowanie
zadania
rozwiązania

Konsola - PRINTF i SCANF oraz COUT i CIN

W języku C mamy dwa mechanizmy do obsługi konsoli:

printf scanf z mnóstwem opcji i parametrów
cout cin według mnie wygodniejsze

W dalszej części będziemy posługiwać się wyłącznie poleceniami cout i cin z powodu bardziej "edukacyjnego" wyglądu.

Przykładowy prosty program konsolowy wykorzystujący te dwa mechanizmy

#include <cstdio>
#include <stdlib.h>
#include <iomanip>

using namespace std;

int main(){
  setlocale(LC_ALL, "");
  
  int liczba;
  printf("wczytaj całkowitą:");
  scanf("%i",&liczba);
  printf("wczytano: ");
  printf("%i\n",liczba);
  const float PI=3.1415926536;
  printf("%20.2f\n",PI);

  system("pause");
}

#include <stdlib.h>
#include <iostream>
#include <iomanip>

using namespace std;

int main(){
  setlocale(LC_ALL, "");
  
  int liczba;
  cout << "wczytaj całkowitą:";
  cin >> liczba;
  cout << "wczytano: " << liczba << endl;
  const float PI=3.1415926536;
  cout << fixed << setprecision(2);
  cout.width(20);
  cout << PI << endl;

  system("pause");
}

printf cout - wypisuje na ekranie teksty lub liczby
scanf cin - wczytujemy z klawiatury teksty lub liczby
za pomocą scanf wczytujemy do wskaźnika! zmiennej - o wskaźnikach w kolejnych lekcjach
formatowanie polega na wpisaniu odpowiednich parametrów do printf lub scanf
lub skorzystaniu z poleceń width, fixed i setprecision
wszystkie parametry w printf i scanf zapisane są zaczynają się od znaku "%"
przejście do nowego wiersza "\n" lub endl

Zadanie – okrąg

Wczytaj z klawiatury promień okręgu. Wylicz jego obwód oraz pole powierzchni.

Uwagi podczas pisania programu

Program został specjalnie rozbudowany o obszerne komentarze – w przyszłości można je zupełnie pomijać.
Wpisuj po jednym wierszu i kompiluj – będziesz mógł od razu wyszukać i usunąć błędy.
Szczególną uwagę zwracaj na cudzysłów przy tekstach, średniki na końcach instrukcji.

#include <stdlib.h>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cmath>

using namespace std;

int main(){
	
  // polskie znaki na ekranie
  setlocale(LC_ALL, "");
  // deklarowanie stałej PI typu rzeczywistego 
  const double PI = 3.1415;
  // deklarowanie trzech zmiennych typu rzeczywistego
  // nie zawierają żadnych konkretnych wartości
  double R,P,O;
  // komunikat na ekranie i przejście do nowego wiersza
  cout << "POLE i POWIERZCHNIA koła" << endl;
  // komunikat na ekranie – kursor na końcu tekstu
  cout << "Podaj promień: ";
  // do zmiennej R wczytujemy z klawiatury liczbę
  cin >> R;
  // W zmienej P zostanie obliczone pole powierzchni
  // można też P=PI*pow(R,2);
  P = PI * R * R;
  // w zmiennej O obwód okręgu
  O = 2 * PI * R;
  // komunikaty z wynikami obliczeń
  cout << "POLE=" << P << endl;
  cout << "OBWÓD=" << O << endl;
  // komunikat i oczekiwanie na klawisz ENTER
  system("pause"); 
}

Co program robi?

deklarujemy stałą PI oraz trzy zmienne R, P i O typu double
wypisujemy komunikaty na ekranie
wczytujemy promień okręgu do zmiennej R
obliczamy pole - zmienna P i obwód okręgu - zmienna O
wypisujemy na ekranie wyniki obliczeń

Stałe i zmienne
Stałe i zmienne, to „pojemniki” (miejsca w pamięci komputera), w których przechowywane są liczby, teksty i inne dane, w trakcie działania programu. Jak sama nazwa wskazuje, stałe nie mogą się zmieniać, a do zmiennych możemy wstawiać różne wartości – jednak zawsze takiego samego typu. Stałe i zmienne muszą być zawsze zadeklarowane przed ich użyciem (choć nie wszystkie języki programowania wymagają takiej deklaracji).

Instrukcja przypisania
Zapis P = PI * R * R; oznacza, że:

obliczana jest wartość wyrażenia po prawej stronie PI * R * R,
pod symbole PI i R podstawiane są odpowiednie stałe zadeklarowane w programie lub wczytane z klawiatury
obliczona wartość wstawiana jest (przypisywana) do zmiennej po lewej stronie

Podstawowe operacje arytmetyczne

+ dodawanie 2 + 2 = 4
- odejmowanie 4 - 2 = 2
* mnożenie 2 * 2 = 4
/ dzielenie całkowite 6 / 4 = 1 składniki są liczbami całkowitymi
/ dzielenie rzeczywiste 6.0 / 4.0= 1.5 składniki rzeczywiste
% dzielenie modulo 6 % 5 = 1 reszta z dzielenia całkowitego

Kilka słów o dzieleniu
Instrukcja cout << 1+1/3 wyświetli na ekranie konsoli 1 (jeden), ale już instrukcja cout << 1.0+1.0/3.0 wyświetli 1.333333. W pierwszym przypadku używamy do dzielenia liczb całkowitych i kompilator języka C++ "myli" że wynik też ma być w tym samym typie. W drugim przykładzie informujemy kompilator, że dzielimy liczby rzeczywiste i kompilator podaje wynik rzeczywisty. W identyczny sposób kompilator reaguje na działania, gdy mamy do czynienia ze zmiennymi (lub stałymi). Instrukcje int J, D; cout << J+J/D Jeśli w zmiennych J i D znajdą się liczby 1 i 3 (na przykład wczytane z klawiatury), to wynik na ekranie konsoli 1 (jeden), Ale jeśli zadeklarujemy zmienne rzeczywiste i z klawiatury wpiszemy 1.0 i 3.0, double J, D; cout << J+J/D; wynik będzie też rzeczywisty 1.3333333.

cout << 1+1/3 		// 1
cout << 1.0+1.0/3.0 	// 1.333333

int J=1; 
int D=3; 
cout << J+J/D 		// 1
double J=1;
double D=3; 
cout << J+J/D 		// 1

double J=1.0;
double D=3.0; 
cout << J+J/D 		// 1.33333

Podstawowe typy zmiennych i stałych
Aby przeprowadzić jakiekolwiek obliczenia potrzebne są zmienne (i ewentualnie stałe). W zmiennych przechowywane są liczby teksty, daty, znaki, teksty i inne, bardziej złożone struktury. Po co? Upraszczamy obliczenia, przechowujemy wynik obliczeń dla kolejnych obliczeń, itp. Informacja przechowywana w zmiennej może się zmieniać (jak sama nazwa wskazuje. W jednym miejscu programu w zmiennej X może być przechowywana liczba 5, a zaraz potem liczba 7. Tej zmiany dokonujemy za pomocą instrukcji przypisania.

Ważne jest to, że w konkretnej zmiennej, przechowywane są informacje tylko określonego typu, tzn. jeśli zadeklarowaliśmy zmienną typu int, to mogą w niej być przechowywane liczby całkowite. Po co to wszystko? Wyjaśnienie jest krótkie - aby programista popełniał mniej błędów i program był bardziej spójny. Oczywiście istnieją takie języki programowania, w których do tej samej zmiennej można przypisywać różne informacje (różne typy) i kompilator sobie doskonale z tym radzi.

Ze stałymi jest podobnie, ale, jak sama nazwa wskazuje, definiujemy typ i wartość stałej jeden raz (z reguły na początku programu) i nie możemy jej zmieniać. Na przykład, taką rolę pełni liczba PI.

I jeszcze jedna ważna informacja. Stałe i zmienne muszą być deklarowane w kodzie źródłowym zawsze przed ich użyciem. Najpierw kompilator "zapoznaje się", a potem może ich używać.

int liczby całkowite, np. -1, 0, 3 (4 bajty) -2³¹...2³¹ - 1, przedział [-2147483648, 2147483647]
long liczby całkowite, np. -1, 0, 3 (4 bajty) -2³¹...2³¹ - 1, przedział [-2147483648, 2147483647]
float liczby rzeczywiste, np. 3.141592 (4 bajty), dokładność 6 - 7 cyfr po przecinku
double liczby rzeczywiste, np. 3.141592 (8 bajtów), dokładność 15 - 16 cyfr po przecinku
char znaki, np. „a” lub „0” (1 bajt)
string napisy, np. „Ala ma kota” (tyle bajtów ile znaków)
bool zmienne logiczne (prawda lub fałsz) (1 bajt)

Istnieje jeszcze wiele innych typów podstawowych, z reguły rozszerzających te opisane wyżej. Dla naszych potrzeb wystarczy te 6 elementarnych. Podstawowa różnica dotyczy ilości bajtów pamięci, który zajmuje zmienna w pamięci. W obecnych czasach nie ma to praktycznie żadnego znaczenia, ale kiedy komputery posiadały na przykład 64 kB (64 000 B) pamięci i wszystkie skomplikowane obliczenia musiały się tym zadowolić.

Formatowanie wyników obliczeń
W języku C++ dość nieprecyzyjnie (w dodatku kilkoma sposobami) opisano możliwości formatowania wypisywanych wyników na ekranie monitora. Instrukcje printf i scanf posiadają całą listę parametrów. Instrukcje cout i cin swój własny zestaw poleceń. Aby nie komplikować, będziemy posługiwać się biblioteką iomanip i instrukcjami fixed, setprecision i setw. W różnych opracowaniach książkowych i internetowych możesz spotkać się z wieloma innymi – pomocy szukaj w internecie!

Zadanie

PI
Zadeklaruj stałą PI o wartości 4,1415629536 i wypisz ją na ekranie z dwoma miejscami po przecinku, przesuniętą o 10 pół od poprzedniego napisu (lewego brzegu ekranu).

Wynik na ekranie konsoli

#include <iomanip> 
...
const double PI = 3.1415926536;
cout << fixed << setprecision(2);
cout << "PI=";
cout << setw(10) << PI <<  endl;

Ogólne uwagi do pisanych programów

nie możesz deklarowanych dwa razy takich samych zmiennych i stałych w programie
działania i nawiasy, jak w matematyce (problem z dzieleniem 4/3*PI oraz PI*4/3)
podczas obliczeń wykorzystaj bibliotekę cmath i funkcje pow i sqrt
#include <cmath>
wynik = pow(podstawa, potega );
wynik = sqrt(liczba);
dane do funkcji (np. pow i sqrt) muszą być odpowiedniego typu (np. double),
nie mieszaj różnych typów w jednej funkcji (C tego nie lubi), w przyszłości nauczysz się konwertować typy

Więcej o typowych błędach, jakie zdarzają się w programach przeczytasz w części Błędy. Odpluskwianie.

Zadania
wyniki na ekranie, jak na załączonych obrazkach

1) Oblicz pole powierzchni i obwód kwadratu dla zadanego boku.

2) Oblicz pole powierzchni i obwód prostokąta dla zadanych boków.
Walec V=PI*R²*H P=2*PI*R²+2*PI*R*H

3) Prostokątny arkusz blachy o wymiarach 20 cm x 40 cm można zwinąć w dwojaki sposób, otrzymując powierzchnię boczną walca. W którym przypadku walec będzie miał większą objętość? Zmień zadanie wpisując wymiary blachy z klawiatury.
Stożek V=1/3*PI*R²*H P=PI*R²+PI*R*H

4) Trójkąt prostokątny o przyprostokątnych 3 cm i 4 cm obraca się raz dookoła przyprostokątnej 4 cm, a drugi raz dookoła przyprostokątnej 3 cm. Czy objętości powstałych stożków będą równe? Czy pola powierzchni bocznych będą równe? Zmień zadanie wpisując wymiary trójkąta z klawiatury.
Kula V=4/3*PI*R³ P=4*PI*R²

5) Przekrój osiowy kuli jest kołem, którego obwód wynosi 18π cm. Oblicz pole powierzchni i objętość tej kuli. Zmień zadanie wpisując obwód z klawiatury.

6) Kocioł o średnicy 6 dm i wysokości 4 dm cały wypełniony jest zupą. Chochla ma kształt półkuli o promieniu 6 cm. Harcerze dostają po 2 chochle zupy. Czy zupy wystarczy dla 100 harcerzy?

7) Do garnka o promieniu 9 cm, wypełnionego wodą wpadła brzoskwinia o średnicy 6 cm. O ile cm podniesie się poziom wody w garnku?

Przykładowe rozwiązania zadań
Jedynie ciężka umysłowa praca i zrozumienie działania programu może nauczyć programowania!

//zadanie 1
double BOK;
cout << "POLE i OBWÓD kwadratu" << endl;
cout << "BOK=            " ;
cin >> BOK;
double P = BOK*BOK;
double O = 4*BOK;
cout << fixed << setprecision(2);
cout << "POLE=" << setw(15) << P << endl;
cout << "OBWÓD=" << setw(14) << O << endl;

//zadanie 2
double A,B;
cout << "POLE i OBWÓD prostokąta" << endl;
cout << "BOK A=    ";
cin >> A;
cout << "BOK B=    ";
cin >> B;
double Pp = A*B;
double Op = 2*A+2*B;
cout << fixed << setprecision(1);
cout << "POLE=     " << Pp << endl;
cout << "OBWÓD=    " << Op << endl;

//zadanie 3
const double H31=20;
const double H32=40;
const double PI = 3.1415926536;
cout << "OBJĘTOŚĆ WALCA" << endl;
cout << fixed << setprecision(2) ;
//obwód hest jednym bokiem blachy i stąd wyliczamy promień
double R31=H31/(2*PI);
double R32=H32/(2*PI);
double V31=PI*R31*R31*H32;
double V32=PI*R32*R32*H31;
cout << "BLACHA 20x40  V=" << V31 << endl;
cout << "BLACHA 40x20  V=" << V32 << endl;

//zadanie 4
const double P41=3;
const double P42=4;
const double PI = 3.1415926536;
//przeciwprostokątną L wyliczamy z pitagorasa - do pola powierzchni
//pow i sqrt muszą mieś takie same typy danych i wyników
double L4=sqrt(pow(double(P42),2)-pow(double(P41),2));
double V41=PI*pow(double(P42),2)*P41 /3;
double V42=PI*pow(double(P41),2)*P42 /3;
double PO41=PI*L4*P41;
double PO42=PI*L4*P42;
cout << fixed << setprecision(3) ;
cout << "STOŻEK" << endl;
cout << "trójkąt 3x4  V=" << V41 << "  P=" << PO41 << endl;
cout << "trójkąt 4x3  V=" << V42 << "  P=" << PO42 <<  endl;

//zadanie 5
const double O5=18*PI;
double R5=O5/(2.0*PI);
double P5=4.0*PI*R5*R5;
double V5=PI*R5*R5*R5 *4.0/3.0;
double P51=(O5*O5)/PI;
double V51=(O5*O5*O5)/(6*PI*PI);
cout << fixed << setprecision(2) ;
cout << "KULA" << endl;
cout << "P=" << P5 << endl;
cout << "V=" << V5 << endl;

//zadanie 6
const double d6=60;
const double h6=40;
const double r6=6;
double Vch=PI*r6*r6*r6 *4/3;
double Vko=PI*(d6/2.0)*(d6/2.0)*h6;
double har=Vko/Vch;
cout << fixed << setprecision(2) ;
cout << "KOCIOŁ i CHOCHLA" << endl;
cout << "Vko=" << Vko << "  Vch=" << Vch << endl;
cout << fixed << setprecision(0) ;
cout << "Ilu harcerzy=" << har << endl;

//zadanie 7
const double r7=9;
const double d7=6;
double Vbrz=PI*(d7/2.0)*(d7/2.0)*(d7/2.0) *4.0/3.0;
double poziom=Vbrz/(PI*r7*r7);
cout << fixed << setprecision(2) ;
cout << "BRZOSKWINIA w GARNKU" << endl;
cout << "Poziom wody podniesie się o " << poziom << " cm" << endl;

//SZABLON
#include <stdlib.h>	//system
#include <iostream>	//cout
#include <iomanip>	//fixed
#include <cmath>	//pow
using namespace std;
int main(){
  setlocale(LC_ALL, "");


  system("pause");
}