Laboratorium 1

Algorytmy i programy w C++

Wprowadzenie do programowania · C++ · instrukcja laboratoryjna

Cel ćwiczenia: Utworzenie projektu, zbudowanie programu, wczytanie danych i wykonanie obliczeń.

Środowisko: Visual Studio Community, projekt Console App, standard C++17.

Informacje wprowadzające

Ćwiczenie wprowadza do pracy w Visual Studio Community, w projekcie Console App / Aplikacja konsolowa (C++). Każdy niezależny program należy umieścić w osobnym projekcie. Nazwy zmiennych i komunikaty w przykładach są po angielsku; opisy zadań są po polsku.

Przed rozpoczęciem pracy należy sprawdzić możliwość zapisania projektu. Problemy ze sprzętem należy zgłosić prowadzącemu; przy stanowisku nie należy spożywać napojów ani zmieniać konfiguracji pracowni bez zgody.

Na pierwszym laboratorium nie ma wejściówki. Zasady rozliczania zadań są opisane na stronie organizacyjnej.

Wprowadzenie teoretyczne

Środowisko IDE i projekt

IDE (Integrated Development Environment, zintegrowane środowisko programistyczne) łączy edytor kodu, narzędzia budowania i debugger. Projekt określa, które pliki tworzą wspólny program. Rozwiązanie (solution) może zawierać kilka projektów.

1. Utwórz Console App dla języka C++ i otwórz wygenerowany plik .cpp.
2. W tym pliku umieszczaj kod programu. Jeśli plik zawiera już main, zastąp przykład zamiast dopisywać drugą funkcję main.
3. Zapisz zmiany: Ctrl+S.
4. Zbuduj całe rozwiązanie: Ctrl+Shift+B. Odczytaj komunikaty w oknie Output / Dane wyjściowe.
5. Uruchom: Ctrl+F5. Samo zbudowanie programu nie oznacza jego uruchomienia.

Pełna instrukcja środowiska: Visual Studio krok po kroku.

Od pliku źródłowego do programu

Kod .cpp jest tekstem. Preprocesor przygotowuje go do kompilacji, m.in. obsługując #include. Kompilator sprawdza składnię i znaczenie instrukcji oraz przetwarza kod; etap asemblacji prowadzi do kodu maszynowego w pliku obiektowym. Linker, czyli konsolidator, łączy pliki obiektowe z potrzebnymi bibliotekami w program wykonywalny.

main.cpp → przygotowanie i kompilacja → main.obj → konsolidacja → nazwa_projektu.exe

W Visual Studio plik wynikowy zwykle ma nazwę projektu, a nie pojedynczego pliku źródłowego. Błąd składni może zatrzymać budowanie. Błąd obliczeń może pozostać w programie, który buduje się bez błędów.

Struktura programu, nagłówki i main

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << "Hello, world!\n";
    return 0;
}

Element	Znaczenie
#include <iostream>	Udostępnia deklaracje potrzebne do standardowego wejścia i wyjścia
int main()	Główna funkcja naszego programu konsolowego
{ ... }	Blok instrukcji
std::cout << ...	Wypisanie danych na standardowe wyjście
;	Zakończenie instrukcji, np. przypisania lub wypisania
\n	Znak nowej linii wewnątrz napisu
return 0;	Zakończenie funkcji main z kodem powodzenia

Przestrzeń nazw (namespace) grupuje nazwy. Przedrostek std:: wskazuje element biblioteki standardowej. Nagłówki standardowe, takie jak <iostream>, <string> i <iomanip>, zapisujemy w nawiasach ostrych; własne, np. "calculations.hpp", zwykle w cudzysłowie.

Zmienne, stałe i typy danych

Deklaracja wprowadza nazwę i typ zmiennej. Inicjalizacja nadaje jej wartość początkową. Zmienna int count = 5; przechowuje liczbę całkowitą, którą można zmieniać. Zapis const int groupSize = 4; opisuje stałą, której nie można później przypisać innej wartości.

Typ	Zastosowanie	Przykład
int	Liczba całkowita	int count = 5;
float	Liczba zmiennoprzecinkowa	float voltage = 3.3f;
double	Obliczenia z częścią ułamkową, zwykle dokładniejsze niż float	double length = 2.5;
char	Jeden znak	char group = 'A';
bool	Wartość logiczna	bool active = true;
std::string	Napis, wymaga nagłówka string	std::string name = "Sensor";

Nazwy nie mogą zaczynać się od cyfry ani być słowami kluczowymi. Wielkość liter ma znaczenie: count i Count to różne nazwy. Pojedyncze apostrofy oznaczają znak, a cudzysłowy napis.

Rozmiar typu można sprawdzić przez sizeof, np. std::cout << sizeof(int);. Nie należy zakładać identycznego rozmiaru wszystkich typów na każdej platformie. Dokładność liczb zmiennoprzecinkowych dotyczy cyfr znaczących, a nie stałej liczby miejsc po przecinku. Ustawienie formatu wyświetlania nie zwiększa dokładności przechowywanej liczby.

Operacje matematyczne i przypisanie

Operator	Znaczenie	Wynik dla int a = 10, b = 3
+, -, *	Dodawanie, odejmowanie, mnożenie	13, 7, 30
/	Dzielenie	3
%	Reszta z dzielenia całkowitego	1
=	Przypisanie wartości	a = 5; zmienia a na 5
+=, -=	Zmiana o podaną wartość	a += 2; odpowiada a = a + 2;
*=, /=, %=	Działanie i zapis wyniku w tej samej zmiennej	a *= 2; odpowiada a = a * 2;

Dzielenie dwóch int daje wynik całkowity: 10 / 4 to 2. Zapis 10.0 / 4 daje 2.5. Przypisanie wyniku 10 / 4 do double nie odzyska odrzuconej części ułamkowej. Nawiasy pozwalają ustalić kolejność obliczeń, np. 2 * (length + width).

Wejście, wyjście i formatowanie

I/O (Input/Output) oznacza wejście i wyjście. std::cin >> value wczytuje wartość do zmiennej; std::cout << value ją wyświetla. Odczyt z klawiatury kończymy klawiszem Enter. W tych ćwiczeniach stosujemy strumienie C++, bez równoległego wprowadzania scanf i printf.

W poniższym pełnym programie <iomanip> udostępnia manipulatory formatu. Połączenie std::fixed i std::setprecision(2) ustawia dwa miejsca po przecinku. Dla wejścia 2.5 program wyświetla Measurement: 2.75.

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <string>

int main()
{
    std::string label = "Measurement";
    double value = 0.0;
    const double correction = 0.25;
    std::cout << "Enter a value: ";
    std::cin >> value;
    value += correction;
    std::cout << label << ": " << std::fixed << std::setprecision(2)
              << value << '\n';
    return 0;
}

Śledzenie wykonania

Punkt zatrzymania (breakpoint, F9) pozwala zatrzymać program przed wybraną instrukcją. F5 uruchamia debugger, a F10 wykonuje kolejny krok. W oknie Locals / Zmienne lokalne można porównać wartość przed przypisaniem i po nim. Żółta strzałka wskazuje instrukcję, która dopiero zostanie wykonana.

Pełny program pokazowy — pobierz plik .cpp. Każdy pokaz ma własną funkcję main i wymaga osobnego projektu.

Zadania do realizacji

Przed uruchomieniem zapisz przewidywany wynik. Każdy niezależny program umieść w osobnym projekcie. Zadania rozwijające wcześniejszy program można wykonywać w jego kolejnych zapisanych wersjach.

Zadanie 1. Pierwszy projekt

Utwórz projekt Console App. W pliku main.cpp wyświetl w osobnych liniach: „Wprowadzenie do programowania”, „Laboratorium 1”, „Algorytmy i programy w C++”. Zbuduj cały projekt i uruchom program. Zapisz nazwę powstałego pliku .exe.

Zadanie 2. Deklaracje i wyświetlanie danych

Zadeklaruj i zainicjalizuj: nazwę ćwiczenia jako std::string, liczbę pomiarów jako int, napięcie jako float, oznaczenie grupy jako char oraz informację o gotowości jako bool. Wypisz wartości wraz z opisami. Sprawdź, jak domyślnie wyświetlają się true i false. Użyj drugiej zmiennej std::string do nazwy urządzenia.

Zadanie 3. Odczyt błędów kompilacji

Poniższy program celowo zawiera błędy. Zbuduj go, przeczytaj pierwszy komunikat i popraw kod. Powtarzaj do uzyskania działającego programu. Zapisz, czego brakowało; nie usuwaj instrukcji wypisującej wynik.

#include <iostream>

int main()
{
    int number = 10
    cout << "Value: " << number << '\n';
    return 0
}

Wynik po poprawieniu: Value: 10.

Zadanie 4. Działania na liczbach double

Wczytaj dwie liczby typu double. Wyświetl sumę, różnicę, iloczyn i iloraz z opisami. Załóż poprawne dane i drugi argument różny od zera. Sprawdź pary 10, 4 i 2.5, 0.5. Dla pierwszej pary iloraz wynosi 2.5.

Zadanie 5. Dzielenie całkowite i reszta

Wczytaj dwie dodatnie liczby typu int. Wyświetl iloraz całkowity oraz resztę. Dla 23, 4 oczekiwane wartości to 5 i 3; dla 24, 4 — 6 i 0. Wyjaśnij, dlaczego ten program daje inny iloraz niż zadanie 4. Dzielnik musi być różny od zera.

Zadanie 6. Pole i obwód prostokąta

Wczytaj dodatnie długości boków w metrach jako double. Oblicz pole length * width oraz obwód 2 * (length + width). Wypisz wyniki z jednostkami m2 i m. Dla boków 2.5 i 4 oczekiwane wyniki to 10 m2 i 13 m.

Zadanie 7. Przeliczanie temperatury

Wczytaj temperaturę w stopniach Celsjusza. Oblicz Fahrenheita według F = C * 9.0 / 5.0 + 32.0 oraz kelwiny według K = C + 273.15. Sprawdź 0 i 100. Dla 0 wyniki to 32 i 273.15. Wyjaśnij, dlaczego podano 9.0 / 5.0, a nie (9 / 5).

Zadanie 8. Aktualizacja pomiaru

Zacznij od double value = 10.0;. Kolejno dodaj 2.0 przez +=, odejmij 1.0 przez -=, pomnóż przez 3.0 i podziel przez 2.0, używając *= i /=. Po każdej operacji wypisz wartość. Oczekiwany przebieg: 12, 11, 33, 16.5. Następnie wczytaj poprawki i współczynniki z klawiatury; współczynnik dzielenia ma być niezerowy.

Zadanie 9. Formatowanie wyników

Dla double value = 3.14159265359; wypisz wartość najpierw z domyślnymi ustawieniami, a następnie z std::fixed i precyzją 0, 2 oraz 4. Trzy ostatnie wyniki: 3, 3.14, 3.1416. Sprawdź w debuggerze, czy samo formatowanie zmieniło zawartość zmiennej.

Dokumentacja i sprawdzenie pracy

• Zachowaj źródła .cpp oznaczone numerem zadania.
• Dla każdego programu zapisz dane wejściowe, oczekiwany wynik i wynik rzeczywisty.
• Opisz wykryty błąd albo jeden sprawdzony przypadek graniczny.
• Przygotuj się do wyjaśnienia wybranego fragmentu. Sam wynik bez zrozumienia kodu nie wystarcza.

Sposób przekazania plików ustala prowadzący. Nie trzeba przekazywać katalogów .vs i Debug ani plików .exe.

Przygotowanie do następnej wejściówki

Powtórz materiał bieżącego laboratorium

• Deklaracja i inicjalizacja; zastosowanie int, double, char, bool i string.
• Wyniki / i % dla liczb całkowitych oraz dzielenie zmiennoprzecinkowe.
• Wejście i wyjście, średnik, std::, fixed i setprecision.

Przeczytaj przed laboratorium 2

Instrukcja 2 zostanie udostępniona później. Do tego czasu przygotuj się z krótkiego przykładu poniżej: poznaj ==, !=, <, <=, >, >=, &&, || i !. Zapoznaj się również z przeznaczeniem switch; jego samodzielne stosowanie będzie ćwiczone na zajęciach.

Minimalne przygotowanie do pytania wyprzedzającego: umieć wskazać gałąź prostego if/else. Przeanalizuj fragment: if (temperature > 25) ... else ... dla temperatur 25 i 26. Dla 25 wykona się else, dla 26 pierwszy blok. Nie jest wymagane napisanie całego kalkulatora przed zajęciami.

Następna wejściówka: 3 pytania powtórkowe i 1 podstawowe pytanie z zapowiedzianego nowego tematu, po 1 punkcie.