OSNOVA: a) Úvod a klasifikace b) Funkce main() s argumenty c) Souborový vstup a výstup d) Programování WAV Jiří Šebesta Ústav radioelektroniky, FEKT VUT v Brně Počítače a programování 2 pro obor EST BPC2E PŘEDNÁŠKA 1

Web předmětu, kontakty odkaz v eLearningu (kurz BPC2E 14/15L) vyučující –Doc. Ing. Jiří Šebesta, Ph.D., (garant předmětu, přednášky, –Ing. Tobiáš Malach, konzultační hodiny na Portálu VUT Úvod a klasifikace (1/6)

Přednášky Organizace výuky, preprocesor, funkce main s argumenty. Souborový vstup a výstup, textové a binární soubory, práce s WAV Zpracování obrázků ve formátu BMP, programování seriového portu Úvod do objektového programování, C++, třídy a metody, zapouzdření Objektové programování, přetížení členských funkcí, polymorfismus, dědičnost, specifikace přístupu Vývojové prostředí MS Visual Studio a OOP C++ projekty Grafika ve Windows. Úvod a klasifikace (2/6)

Úvod do Matlabu, reprezentace matic a vektorů, 2D grafy Příkazy a standardní funkce Matlabu, 3D grafy STÁTNÍ SVÁTEK (Velikonoční pondělí). Práce se soubory v Matlabu (samustudium) Vlastní funkce v Matlabu, model komunikačního systému Uživatelské rozhraní v Matlabu Rozbor zápočtového testu Zápočtový test. Úvod a klasifikace (3/6)

Funkce main s argumenty, souborový vstup a výstup, generování BMP souboru (3 b.) Jednoduchá definice objektu s atributy a datovými položkami a metodami (3 b.) Objektové programování, vlastní třída, specifikace přístupu, polymorfismus, dědičnost (3 b.) Test 1 (5 b). Jednoduchý C++ projekt v MS Visual Studio (3 b.) Projekt s grafikou ve Windows (3 b.). Počítačová cvičení Úvod a klasifikace (4/6)

Reprezentace matic a vektorů v Matlabu, zobrazení závislostí ve 2D grafech (3 b.) Funkce Matlabu, zobrazení závislostí ve 3D grafech (3 b.) Práce se soubory v Matlabu, zpracování binárního souboru, 3D parametrické grafy (3 b.) Test 2 (5 b.). Modelování signálů a systémů v Matlabu (3 b.) Uživatelské rozhraní v Matlabu (3 b.) STÁTNÍ SVÁTEK STÁTNÍ SVÁTEK Max. jedna neomluvená neúčast !!! Úvod a klasifikace (5/6)

Klasifikace a bodové hodnocení Předmět je ukončen klasifikovaným zápočtem. Udělení zápočtu je přitom dáno následujícími podmínkami: –získání nejméně 50 bodů –odevzdání a obhájení zápočtového projektu v jazyce ANSI C Maximální bodové hodnocení jednotlivých forem výuky (celkem max. 100 bodů): –max. 30 bodů za hodnocení počítačových cvičení během semestru (10 hodnocených cvičení po 3 bodech) –max. 10 bodů za průběžné testy během semestru (5 + 5 bodů) –max. 20 bodů za zápočtový test na konci semestru –max. 40 bodů za zápočtový projekt v Matlabu Bodování vašich aktivit mají na starosti vaši cvičící, započet vedoucí projektu. Úvod a klasifikace (6/6)

Funkce main() s argumenty (1/6) Definicí argumentů (parametrů) u funkce main() můžeme definovat chování programu při spuštění. Program s parametry se spouští z příkazové řádky názvem programu (projektu) následovaný parametry oddělené mezerou, např. Muj_program 10 input.txt output.txt -x Hlavička funkce main() s argumenty int main(int argc, char *argv[ ]) - proměnné argc a argv jsou lokální proměnné funkce main(), (mohou mít i libovolné jiné názvy, typ musí být zachován) - argc udává počet zadaných parametrů při spuštění programu - argv je pole řetězců s jednotlivými zadanými argumenty

Funkce main() s argumenty (2/6) Po spuštění programu je do proměnné argc uložena hodnota odpovídající počtu řetězců uvedených na příkazovém řádku v okamžiku spuštění programu. Tento počet zahrnuje i vlastní název programu. Proměnná argv je dvourozměrné pole typu char (jednorozměrné pole řetězců). Do tohoto pole řetězců jsou uloženy všechny řetězce uvedené na příkazovém řádku, do argv[0] je tedy uložen název programu. Počet řetězců v poli odpovídá hodnotě uložen v proměnné argc. Délka jednotlivých řádků pole argv odpovídá délce vložených řetězců. Pokud je potřeba jako vstup programu číselná hodnota, musí se v těle funkce main() provést konverze na požadovaný číselný formát.

Funkce main() s argumenty (3/6) Příklad programu, který vypíše počet argumentů a všechny řetězce argumentů int main(int argc, char *argv[]) { int n; printf("Number of arguments: %d\n\n", argc); printf("List of arguments:\n"); for(n = 0; n < argc; n++) printf("argv[%d] = %s\n", n, argv[n]); return 0; } Příklad: BPC2E_Ex90.c

Funkce main() s argumenty (4/6) Příklad programu, který vypíše všechny násobky vstupního argumentu do 1000 včetně int main(int argc, char *argv[]) { int n, m; n = atoi(argv[1]); m = n; while(n <= 1000) { printf("%3d\n", n); n += m; } return 0; } Příklad: BPC2E_Ex91.c

Funkce main() s argumenty (5/6) Příklad kódovacího programu pro textové soubory, který prohodí nižší a vyšší čtveřici bytu znaku – šifra je symetrická int main(int argc, char *argv[]) { char c, a; FILE *ptrfi;// spec. type pointer to input file FILE *ptrfo;// spec. type pointer to output file ptrfi = fopen(argv[1],"r"); // file for reading ptrfo = fopen(argv[2],"w"); // a new file for writing if(ptrfi!=NULL && ptrfo!=NULL) // if both files are open { c = fgetc(ptrfi);

Funkce main() s argumenty (6/6) while(c != EOF) { a = c; c = c & 0x0F; c = c << 4; c = c & 0xF0; a = a & 0xF0; a = a >> 4; a = a & 0x0F; c = a | c; fputc(c, ptrfo); c = fgetc(ptrfi); } fclose(ptrfi); fclose(ptrfo); } return 0; } Příklad: BPC2E_Ex92.c

Souborový vstup a výstup (1/13) ANSI-C používá tzv. bufferovaný přístup k souborům pomocí proudu (stream) nebo-li ukazatele na strukturu typu FILE (definice v knihovně stdio.h ) V ANSI-C není rozdíl mezi souborem a zařízením (portem) – přistupuje se stejně Binární vs. textový soubor Binární soubor - překladač neprovádí žádnou úpravu čtených a zapisovaných dat - uspořádání dat v souboru je nezávislé a specifické pro dané využití

Souborový vstup a výstup (2/13) Textový soubor - uspořádán po řádcích, každý zakončen znakem \n - v některých OS se před \n vkládá \r (úpravu zajišťují funkce ze standardní knihovny stdio.h. - lze zobrazit libovolným editorem - přenositelnost binárních souborů mezi různými systémy může být omezena rozdílnou délkou základních typů v těchto různých systémech – nutno vždy vhodně ošetřit

Souborový vstup a výstup (3/13) Otevření souboru: FILE *fopen(char *file_name, char *mode) - mode reprezentuje řetězec pro režim otevření souboru (viz BPC1E), pro binární soubory je doplněn do řetězce znak b, např.: " rb " = otevření binárního souboru pro čtení " wb " = otevření prázdného binárního souboru pro zápis "ab" = otevření binárního souboru pro zápis na konec stávajícího souboru

Souborový vstup a výstup (4/13) Rozšířené režimy: "r+" = otevření existujícího souboru pro čtení a zápis, pokud soubor neexistuje vrací se NULL "w+" = otevření nového prázdného souboru pro zápis i čtení, pokud soubor existuje, je původní obsah smazán "a+" = otevření existujícího souboru pro zápis na konec a čtení kdekoli

Souborový vstup a výstup (5/13) Souhrnné vlastnosti režimů otevření souborů Charakteristika/požadavek Režim otevření souboru rr+ww+aa+ soubor musí existovat existující soubor je smazán existující soubor bude rozšiřován neexistující soubor bude vytvořen data lze číst odkudkoli data lze zapisovat kamkoli data lze zapisovat jen na konec

Souborový vstup a výstup (6/13) Uzavření souboru: int *fclose(FILE *fptr) - v případě správného uzavření se vrací 0 - v případě neúspěšného uzavření se vrací EOF - podle ANSI-C se při správném ukončení programu otevřené soubory automaticky uzavřou, v případě havárie programu však není jednoznačně definováno, co se s otevřeným souborem stane

Souborový vstup a výstup (7/13) Formátované vstupy/výstupy: int fprintf(FILE *fptr, const char *form, …) = zápis řetězce form do souboru fptr, pokud je obsahem řetězce hodnota číselné proměnné, zapisuje se jeho vyjádření řetězcem int fscanf(FILE *fptr, const char *form, …) = čtení řetězce ze souboru fptr a uložení do řetězce form

Souborový vstup a výstup (8/13) Neformátované vstupy/výstupy: int fputc(int c, FILE *fptr ) = zápis znaku c do souboru fptr int fgetc(FILE *fptr) = čtení znaku ze souboru fptr jako návratová hodnota Možno použít i makra (význam stejný, jen rychlejší, ale může být větší program): int putc(int c, FILE *fptr) int getc(FILE *fptr)

Souborový vstup a výstup (9/13) Příklad: Kopírování binárního souboru in.bin do out.bin po bytech int main() { FILE *frptr, *fwptr; int ch; frptr = fopen("in.bin", "rb"); fwptr = fopen("out.bin", "wb"); while((ch = fgetc(frptr)) != EOF) fputc(ch, fwptr); fclose(frptr); fclose(fwptr); return 0; } Příklad: BPC2E_Ex93.c

Souborový vstup a výstup (10/13) Čtení/zápis celého řádku najednou (jen pro textové soubory): char *fgets(char *str, int max, FILE *fptr) = přečte celý řádek v textovém souboru fptr a uloží jej jako řetězec do str a to do maximálního počtu znaku max, pokud je řádek v souboru delší než max, zbytek řádku může být přečten následujícím čtením, vrací ukazatel na řetězec str, v případě dočtení posledního řádku souboru vrací NULL, do řetězce jsou ukládány i znaky \n. int fputs(char *str, FILE *fptr) = zápis řádku z řetězce str do souboru fptr

Souborový vstup a výstup (11/13) Příklad: Kopírování textového souboru in.txt do out.txt po řádcích #define LEN_OF_ROW 10 int main() { FILE *frptr, *fwptr; char txt[LEN_OF_ROW]; frptr = fopen("in.txt", "r"); fwptr = fopen("out.txt", "w"); while(fgets(txt, LEN_OF_ROW, frptr) != NULL) fputs(txt, fwptr); fclose(frptr); fclose(fwptr); return 0; } Příklad: BPC2E_Ex94.c

Souborový vstup a výstup (12/13) Čtení/zápis celého bloku najednou (pro binární soubory): size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t cnt, FILE *fptr) = přečte celý blok položek o velikosti size v souboru fptr o celkovém počtu cnt a uloží jej jako pole elementů do pole v paměti referencovaného ukazatelem ptr, vrací se počet skutečně načtených položek

Souborový vstup a výstup (13/13) size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t cnt, FILE *fptr) = uloží celý blok položek definovaných jako pole elementů v paměti referencovaného ukazatelem ptr o velikosti size do souboru fptr o celkovém počtu cnt, vrací se počet skutečně úspěšně uložených položek

Programování WAV (1/8) Soubor typu WAV – bezkompresní audio Struktura souboru WAV (podmnožina RIFF):

Programování WAV (2/8) Příklad: Vygenerujte soubor typu WAV, který bude obsahovat jeden tón dané frekvence, amplitudy, doby trvání a jména cílového WAV souboru (argumenty při spouštění programu) #define TPI int fwrite_int(int val, char len, FILE *p) { char byte; while (len-- > 0) { byte = val & 0xFF; fwrite(&byte, 1, 1, p); val >>= 8; } return 0; } Pomocná funkce pro zápis různě dlouhých dat hlavičky do WAV souboru jako little endian

Programování WAV (3/8) int main(int argc, char *argv[]) { double ph, deltaph, tdur, ampl, freq; int numsa, srate; unsigned char sig; FILE *ptrf; if(argc == 5) { srate = 8000; // fixed sample rate 8 kHz freq = atof(argv[1]); // tone freq - 1. argument in Hz ampl = atof(argv[2]); // tone amplitude - 2. argument tdur = atof(argv[3]); // tone duration - 3. argument in s

Programování WAV (4/8) numsa = tdur*srate; // overall number of samples ph = 0; // initial phase 0 rad deltaph = TPI * freq /srate; // delta phase ptrf = fopen(argv[4], "wb"); fwrite("RIFF", 4, 1, ptrf); // chunk_id RIFF fwrite_int(36 + numsa, 4, ptrf); // chunk_size fwrite("WAVE", 4, 1, ptrf); // spec. RIFF form for WAV fwrite("fmt ", 4, 1, ptrf); // subchunk1id – format fwrite_int(16, 4, ptrf); // subchunk1size 16 for PCM fwrite_int(1, 2, ptrf); // audio_format, 1 = PCM fwrite_int(1, 2, ptrf); // channels, 1 = mono

Programování WAV (5/8) fwrite_int(srate, 4, ptrf); // sample rate fwrite_int(srate * 1 * 8 /8, 4, ptrf); // byte rate fwrite_int(1 * 8/8, 2, ptrf); // block align fwrite_int(8, 2, ptrf); // bits per sample, 8 bits fwrite("data", 4, 1, ptrf); // subchunk2id - data fwrite_int(numsa * 1 * 8 / 8, 4, ptrf); // subchunk2 size

Programování WAV (6/8) while(numsa-- > 0) { sig = 128*(ampl*sin(ph)+1); fwrite(&sig, 1, 1, ptrf); ph += deltaph; } fclose(ptrf); } else printf("Wrong number of arguments!!!!\n"); return 0; } Příklad: BPC2E_Ex95.c

Programování WAV (7/8) Příklad – domácí úloha: Vygenerujte soubor typu WAV, který bude měnit tón od zadané frekvence do zadané frekvence, s danou amplitudou, dobou trvání a jménem cílového WAV souboru (argumenty při spouštění programu). Příklad: BPC2E_Ex96.c – bude zveřejněn 16.2.

Programování WAV (8/8) 1209 Hz1336 Hz1477 Hz1633 Hz 697 Hz123A 770 Hz456B 852 Hz789C 941 Hz*0#D Příklad – domácí úloha: Sestavte program, který vygeneruje soubor typu WAV, který bude obsahovat DTMF signální volbu podle zadaného kódu. Kód a cílový soubor jsou argumenty při spouštění programu. V programu proveďte rovněž korekci možných znaků DTMF kód, nepovolené znaky vylučte. Jeden dvojtón trvá 50 ms následuje mezera 50 ms. Příklad: BPC2E_Ex97.c – bude zveřejněn 16.2.

Téma následující přednášky – Programování BMP – Práce se sériovým portem DĚKUJI ZA POZORNOST