Wstęp do programowania w C w systemach wbudowanych

Zadanie 1

Napisz program który po uruchomieniu wyświeli twoje imię i nazwisko. Skompiluj go za pomocą gcc i uruchom z terminala.

$ ./a.out
Jan Kowalski

Rozwiązanie 1

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("Jan Kowalski\n"); 
    return 0;
}

Znak \n to znak nowej linii (czyli “enter”).

Następnie:

$ gcc main.c -o imieinazwisko
$ ./imieinazwisko
Jak Kowalski

Zadanie 2

Napisz program który przyjmuje 2 argumenty: imie i nazwisko, a następnie je wyświetla.

$ ./a.out Przemyslaw Czarnota
Przemyslaw Czarnota
$ echo $?
0

Podanie niepoprawnej liczby argumentów, powinno skutkować wyświetleniem błędu na standardowy strumień błędów oraz zwróceniem kodu błędu różnego od 0.

$ ./a.out Za duzo argumentow >/dev/null
error: wrong number of arguments
$ echo $?
1

Rozwiązanie 2

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    if (argc != 3) {
        fprintf(stderr, "error: wrong number of arguments\n");
        return 1;
    }

    printf("%s %s\n", argv[1], argv[2]);
    return 0;
}

Gdy uruchamiamy ./program Jan Kowalski, system operacyjny jako drugi argument funkcji main() przekazuje następującą tablicę ciągów znaków:

char *argv[] = { "./program", "Jan", "Kowalski" };

Warto zauważyć że wywołanie systemowe execvp przyjmuje podobny argument :)

Zadanie 3

Napisz program, który będzie odczytywał ze standardowego wejścia liczby do momentu wystąpienia wejścia, które nie jest liczbą lub końca strumienia i na końcu wyświetli ich średnią arytmetyczną.

$ ./a.out
1
2
3            <--- tu wcisnąłem Ctrl-d
2.000000

Przydatne funkcje:

scanf() - odczytuje zmienne ze standardowego wejścia

Skrót klawiaturowy Ctrl-d, powoduje wysłanie znaku końca pliku.

Rozwiązanie 3

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int sum = 0;
    int count = 0;

    while (1) {
        int number;

        int num = scanf("%d", &number);
        if (num != 1)
            break;
        sum += number;
        count++;
    }

    printf("%f\n", (float)sum / count);
    return 0;
}

Rozwiązanie 3 - alternatywne

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int sum = 0, count = 0, number;

    while (scanf("%d", &number) == 1) {
        sum += number;
        count++;
    }

    printf("%f\n", (float)sum / count);
    return 0;
}

Zadanie 4

Napisz program, który będzie odczytywał liczby ze standardowego wejścia i wypisze je w odwrotnej kolejności.

$ seq 1 3 | ./a.out
3
2
1

Program powinien działać maksymalnie dla 4096 liczb całkowitych. Dalsze liczby są odrzucane.

Do rozwiązania będzie potrzebne wykorzystanie tablicy. Na przykład

int tablica[4096];

Rozwiązanie 4

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int numbers[4096];
    int count = 0;
    int number;
    /* Dopóki liczby są na standardowym wejściu */
    while (1 == scanf("%d", &number)) {
        if (count >= 4096)
            break;
        numbers[count] = number;
        count++;
    }

    for (int i = count - 1; i >= 0; --i)
        printf("%d\n", numbers[i]);

    return 0; 
}

Zadanie 5

Napisz program który wyświetli wszystkie argumenty przekazane do programu

$ ./a.out a b d e foo bar
a
b
d
e
foo
bar

Rozwiązanie 5

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    for (int i = 1; i < argc; ++i)
        printf("%s\n", argv[i]);

    return 0;
}

Zadanie 6

Napisz program, który będzie odczytywał ze standardowego wejścia liczby do momentu wystąpienia wejścia, które nie jest liczbą lub końca strumienia i na końcu wyświetli najmniejszą liczbę. Program powinien też działać dla liczb ujemnych.

$ ./a.out
1
-2
2
-1
-2            <--- tu wcisnąłem Ctrl-d co powoduje wyświetlenie wyniku

Przydatne funkcje:

scanf() - odczytuje zmienne ze standardowego wejścia

Rozwiązanie 6

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int min, number;
    if (1 != scanf("%d", &min))
        return 0;

    while (1 == scanf("%d", &number)) {
        if (number < min)
            min = number;
    }

    printf("%d\n", min);

    return 0;
}

Zadanie 7

Rozwiń program z Zadania 4, tak aby działał dla dowolnej ilości liczb, która jest podana jako pierwszy argument.

./a.out 5
1
2
3
4
5
5
4
3
2
1

Rozwiązanie 7

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int max_count, count = 0, number;
    if (argc != 2)
        return 1;
    if (1 != sscanf(argv[1], "%d", &max_count))
        return 1;

    int *numbers = malloc(max_count * sizeof(numbers[0]));
    /* Dopóki liczby są na standardowym wejściu */
    while (count < max_count && 1 == scanf("%d", &number)) {
        numbers[count] = number;
        count++;
    }
    for (int i = count - 1; i >= 0; --i)
        printf("%d\n", numbers[i]);

    free(numbers);
    return 0; 
}

Zadanie 8

Rozwiń program z Zadania 4, tak aby działał dla dowolnej ilości liczb, ale bez podawania maksymalnej ilości liczb jako pierwszy argument. Wewnętrzna tablica powinna się dynamicznie rozszerzać.

Przydatne funkcje:

malloc() - alokuje pamięć
realloc() - realokuje pamięć
free() - zwalnia pamięć
memcpy() - kopiuje dane

Sprawdź czy nie ma wycieków pamięci:

$ valgrind --leak-check=full --show-leak-kinds=all ./program

$ gcc main.c -fsanitize=address -o program
$ ./program

Rozwiązanie 8

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int *numbers = NULL; /* realloc(NULL, ...) i free(NULL) jest ok */
    int count = 0;
    int number;
    while (1 == scanf("%d", &number)) {
        numbers = realloc(numbers, (count + 1) * sizeof(numbers[0]));
        if (!numbers)
            goto out; /* goto nie jest "złe", jeżeli używamy do obsługi błędów */
        numbers[count] = number;
        count++;
    }
    for (int i = count - 1; i >= 0; --i)
        printf("%d\n", numbers[i]);
out:
    free(numbers);
    return 0; 
}

Zadanie rozgrzewkowe

Napisz program który będzie działał jak program yes.

$ ./program | head -n 3
y
y
y

$ ./program no | head -n 3
no
no
no

Z tą drobną różnicą, że będzie obsługiwał tylko jeden argument.

Rozwiązanie zadanie rozgrzewkowego

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    while (1)
        printf("%s\n", argc >= 2 ? argv[1] : "y");
    return 0;
}

Zadanie 9

Napisz funkcję która będzie sortować tablicę liczb typu int algorytmem sortowania bąbelkowego. Pseudokod:

sort(items, len) {
    for (i = 0; i < len - 1; i++) {
        for (j = 0; j < len - 1 - i; j++) {
            if (items[j] > items[j + 1])
                swap(items[j], items[j + 1]);
        }
    }
}

Wykorzystanie:

int n[] = {8, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
sort(n, 7);

Rozwiązanie 9

void sort(int *items, unsigned int len)
{
    for (unsigned int i = 0; i < len - 1; ++i) {
        for (unsigned int j = 0; j < len - 1 - i; j++) {
            if (items[j] > items[j + 1]) {
                int tmp = items[j];
                items[j] = items[j + 1];
                items[j + 1] = tmp;
            }
        }
    }
}

Zadanie 10

Napisz funkcję która będzie sortować tablicę liczby typu float algorytmem sortowania bąbelkowego. Dodaj do niej parametr określający porządek sortowania.

void sort_float(float *items, unsigned int len, bool reversed);

Wykorzystanie:

float n[] = {8.0f, 3.0f, 4.0f, 5.0f, 6.0f, 7.0f, 8.0f};
sort_float(n, 7, false);

Rozwiązanie 10

void sort_float(float *items, unsigned int len, bool reversed)
{
    for (unsigned int i = 0; i < len - 1; ++i) {
        for (unsigned int j = 0; j < len - 1 - i; j++) {
            bool swap;

            if (reversed)
                swap = items[j] < items[j + 1];
            else
                swap = items[j] > items[j + 1];

            if (swap) {
                float tmp = items[j];
                items[j] = items[j + 1];
                items[j + 1] = tmp;
            }
        }
    }
}

Zadanie 11

Zdefiniuj makro ARRAY_SIZE(), które pozwoli obliczać liczbę elementów w tablicy w trakcie kompilacji (jeżeli rozmiar jest znany w trakcie kompilacji)

int n[] = {8, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
sort(n, ARRAY_SIZE(n));

float n[] = {8.0f, 3.0f, 4.0f, 5.0f, 6.0f, 7.0f, 8.0f};
sort_float(n, ARRAY_SIZE(n));

Przydatny operator:

sizeof(x) - podaje rozmiar wyrażenia

Rozwiązanie 11

#define ARRAY_SIZE(x) (sizeof(x) / sizeof((x)[0]))

Zadanie 12

Napisz generyczną funkcję sort(), która może posortować tablicę dowolnego typu:

void sort(void *ptr, unsigned int count, unsigned int element_size,
          int (*comparator)(const void *a, const void *b));

int compare_double(const void *__a, const void *__b)
{
    const double *a = __a, *b == __b;
    if (*a == *b)
        return 0;
    return *a < *b ? -1 : 1;
}

double items[] = { 2.0f, 8.0f, -1.0f, 3.0f };
sort(items, ARRAY_SIZE(items), sizeof(items[0]), compare_double);

Funkcja powinna dawać taki sam efekt jak qsort().

Rozwiązanie 12

#include <string.h>

void sort(void *array, int count, unsigned int elem_size,
         int (*compare)(const void *a, const void *b))
{
    for (int i = 0; i < count - 1; ++i) {
        for (int j = 0; j < count - 1 - i; j++) {
            void *a = array + j * elem_size;
            void *b = array + (j + 1) * elem_size;
            if (compare(a, b) >= 1) {
                unsigned char tmp[elem_size];

                memcpy(tmp, a, elem_size);
                memcpy(a, b, elem_size);
                memcpy(b, tmp, elem_size);
            }
        }
    }
}

Zadanie 13

Napisz program który jako pierwszy argument przyjmie ciąg znaków. Następnie wypisze ciąg znaków, zamieniając wszystkie duże litery na małe.

$ ./program "This Should Be Small 1234"
this should be small 1234

Zamiana znaków powinna się dokonać z wykorzystaniem autorskiej funkcji

void autorskafunkcjadozamianyznakow(char *str);

Przydatne informacje:

Kopiowanie ciągów znaków można osiągnąc za pomocą memcpy(), strncpy(), strcpy(), snprintf().
Aby zamienic dużą literę na małą wystarczy dodać do niej 'a' - 'A'.
Należy sprawdzić czy 'A' <= litera && litera <= 'Z'.

Rozwiązanie 13 - funkcja `to_lower()`

void to_lower(char *str)
{
    unsigned int len = strlen(str);

    for (unsigned int i = 0; i < len; ++i) {
        if ('A' <= str[i] && str[i] <= 'Z') {
            str[i] += 'a' - 'A';
        }
    }
}

Rozwiązanie 13 - funkcja `main()`

#include <stdio.h>

void to_lower(char *str) { ... }

int main(int argc, char **argv)
{
    if (argc != 2)
        return 1;
    
    char str[256];
    int size = snprintf(str, sizeof(str), "%s", argv[1]);
    if (size >= sizeof(str))
        return 1;
    
    to_lower(str);

    printf("%s\n", str);

    return 0;
}

Zadanie 14

Terminalem, na który wypisujemy można sterować specjalnymi kodami ANSI (https://en.wikipedia.org/wiki/ANSI_escape_code). Możemy w ten sposób na przykład:

fprintf(stderr, "%c[2J", 0x1b); /* Wyczyścić ekran */
fprintf(stderr, "%c[%d;%dH", 0x1b, y, x); /* Umieścić kursor w wierszu y i kolumnie x */

Napisz 2 funkcje:

/* Czyści ekran */
void clrscr(void);
/* Umieszcza kursor w wierszu y i kolumnie x */
void gotoxy(int x, int y);

Narysuj za ich pomocą animację przypominającą “kod z matrixa”. Do generowania liczb losowych możesz użyć rand(). Do kontroli szybkości animacji usleep().

Zadanie 14 - Efekt

Rozwiązanie 14 - funkcje pomocnicze

void gotoxy(int x, int y)
{
    fprintf(stderr, "%c[%d;%dH", 0x1b, y, x);
}

void clrscr(void)
{
    fprintf(stderr, "%c[2J", 0x1b);
}

Rozwiązanie 14 - funkcja main

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

void gotoxy(int x, int y) { ... }
void clrscr(void) { ... }

int main(void)
{
    clrscr();
    while (1) {
        int column = rand() % 79 + 1;
        int len = rand() % 24;
        for (int i = 1; i < len; ++i) {
            gotoxy(column, i);
            char c = rand() % 30 + 50;
            fprintf(stderr, "%c", c);
            gotoxy(column, i);
            usleep(50000);
        }
    }
}

Wstęp do programowania w C w systemach wbudowanych

Zadanie 1

Rozwiązanie 1

Zadanie 2

Rozwiązanie 2

Zadanie 3

Rozwiązanie 3

Rozwiązanie 3 - alternatywne

Zadanie 4

Rozwiązanie 4

Zadanie 5

Rozwiązanie 5

Zadanie 6

Rozwiązanie 6

Zadanie 7

Rozwiązanie 7

Zadanie 8

Rozwiązanie 8

Zadanie rozgrzewkowe

Rozwiązanie zadanie rozgrzewkowego

Zadanie 9

Rozwiązanie 9

Zadanie 10

Rozwiązanie 10

Zadanie 11

Rozwiązanie 11

Zadanie 12

Rozwiązanie 12

Zadanie 13

Rozwiązanie 13 - funkcja to_lower()

Rozwiązanie 13 - funkcja main()

Zadanie 14

Zadanie 14 - Efekt

Rozwiązanie 14 - funkcje pomocnicze

Rozwiązanie 14 - funkcja main

Rozwiązanie 13 - funkcja `to_lower()`

Rozwiązanie 13 - funkcja `main()`