C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -1C2110
Operační systém UNIX a
základy programování
Petr Kulhánek
kulhanek@chemi.muni.cz
Národní centrum pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta
Masarykova univerzita, Kamenice 5, CZ-62500 Brno
5. lekce
Programy vs skripty, algoritmizace, bash
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -2Průběžný
test I
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -3Průběžný
test I
➢ Test prostřednictvím odpovědníku v IS
Student – Odpovědníky – C2110 – Test 1a, 1b (dle seminární skupiny)
Délka 20 minut.
Je možné sestavit pouze jednu sadu otázek.
Používejte průběžné uložení.
Vyhodnocení je možné pouze jednou.
Je povoleno a doporučeno:
• Testovat příkazy v terminálu.
• Prohledávat manuálové stránky, svoje zápisky a prezentace předmětu.
• Při nejasnostech se přihlaste.
Není povoleno
• Komunikovat s další osobou mimo vyučujícího.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -4-
Obsah
➢ Programy vs Skripty
• kompilované vs interpretované jazyky, příklady
➢ Základy programování
• algoritmizace, algoritmus, zápisy algoritmů, datové struktury,
operace, vstupně/výstupní operace
➢ Bash
• interaktivní vs neinteraktivní režim, přímé a nepřímé
spouštění skriptů
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -5Programy
vs skripty
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -6Programy
vs Skripty
zdrojový kód
program
vstup
výstuppřeklad (kompilace)
skript interpreter
vstup
výstup
Program je soubor strojových instrukcí
zpracovávaných přímo procesorem.
Program vzniká překladem zdrojového
kódu programovacího jazyka.
Překládané jazyky:
C/C++
Fortran
Skript je textový soubor obsahující příkazy
a řídící sekvence, které jsou vykonávány
interpretem použitého skriptovacího
jazyka.
Skriptovací jazyky:
bash
gnuplot
awk
JavaScript
PHP
python
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -7A
co JAVA?
Existují i různé kombinace obou přístupů. Typickým příkladem je programovací jazyk Java.
Java bytecode
interpreter
JVM
vstup
výstup
zdrojový kód
překlad (kompilace)
Java Virtual Machine
interpreter Java bytekódu
(program sestavený pro danou
platformu – OS a HW)
Java bytecode
(nezávislý na platformě – OS a HW)
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -8Programy
vs Skripty, ...
➢ nevyžaduje rekompilaci
➢ vytváření samospustitelného kódu
➢ špatná optimalizovatelnost
➢ pomalejší vykonávání
➢ snadná optimalizace
➢ rychlé vykonávání
➢ nutnost rekompilace
➢ nelze vytvářet samospustitelný kód
zdrojový kód
program
vstup
výstuppřeklad (kompilace)
skript interpreter
vstup
výstup
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -9Program
v jazyce C
#include <stdio.h>
int main(int argc,char* argv[])
{
printf("Tohle je program v jazyce C!\n");
return(0);
}
Kompilace
$ gcc program.c -o program
Zdrojový kód
Spuštění programu
$ ./program
kompiler jazyka C název souboru s vytvořeným
programem
soubor program musí mít práva pro spuštění
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -10Skript
v Bashi
#!/bin/bash
echo 'Toto je skript v interpretu Bash!'
Spuštění skriptu
interpret Bash
soubor skript.bash nemusí mít práva pro spuštění
Skript
$ bash skript.bash
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -11Cvičení
I
1. Vytvořte adresáře s názvy ukol01 a ukol02 ve vašem domovském adresáři.
2. Do jednotlivých adresářů uložte postupně soubory program.c a skript.bash z adresáře
/home/kulhanek/Documents/C2110/Lesson05/programs
3. Zkompilujte zdrojové kódy programu napsaného v jazyce C. Ověřte, že vzniklý program
lze spustit.
4. Jaká je velikost souboru obsahující výsledný program vzniklý kompilací zdrojového kódu
v jazyce C. Otevřete vzniklý soubor v textovém editoru (gedit). Co soubor obsahuje?
5. Ověřte funkčnost skriptu skript.bash jeho spuštěním.
6. Změňte soubory program.c a skript.bash, tak aby výsledný program či skript vypisovaly
jiný text.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -12Základy
programování
http://www.spsemoh.cz/vyuka/algor/
https://cs.wikipedia.org/wiki/Algoritmus
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -13-
Algoritmizace
Formulace problému
Analýza problému
Vytvoření algoritmu
Sestavení programu
Testovaní programu
Formulace problému
Je nutné přesně formulovat požadavky, určit výchozí data,
požadované výsledky a přesnost řešení (u numerických úloh).
Analýza problému
Ověříme, že je úloha řešitelná pro očekávané vstupní data a podle
charakteru úlohy navrhneme způsob nejvhodnějšího řešení.
Vytvoření algoritmu
Sestavíme jednoznačný sled operací, které je třeba provést, aby
byla úloha správně vyřešena.
Sestavení programu
Na základě algoritmu vytvoříme zdrojový text programu ve
zvoleném programovacím jazyce.
Testování programu
Nalezení syntaktických chyb ve zdrojovém kódu a logických chyb ve
vlastním návrhu. Ověření funkčnosti programu na zadaných datech.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -14-
Algoritmus
Algoritmus je přesný návod či postup, kterým lze vyřešit daný typ úlohy. Pojem algoritmu
se nejčastěji objevuje při programování, kdy se jím myslí teoretický princip řešení problému
(oproti přesnému zápisu v konkrétním programovacím jazyce). Obecně se ale algoritmus
může objevit v jakémkoli jiném vědeckém odvětví.
Požadované vlastnosti:
▪ Determinovanost - algoritmus musí být přesný, srozumitelný a jednoznačný, tj. v
každém místě je jednoznačně určen další krok a pro stejná vstupní data musí poskytovat
stále stejné výsledky. (Činnost algoritmu nesmí záviset na libovůli osoby ani na
vlastnostech zařízení, které ho realizují).
▪ Hromadnost - algoritmus neslouží k řešení jen jedné úlohy, ale je řešením celé skupiny
úloh, které se od sebe liší jen vstupními údaji. Vstupní údaje se mohou měnit v určitých
mezích.
▪ Konečnost - hledané výsledky musíme získat po konečném počtu kroků, algoritmus
musí po konečném počtu kroků skončit.
Zápis algoritmů:
▪ slovně
▪ pseudokód
▪ graficky (vývojový diagram, apod.)
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -15Vývojový
diagram
blok zpracování
blok vstupu/výstupu
ano
ne
blok rozhodování
spojka (začátek, konec)
Značky se kombinují tak, aby diagram popsal
jednoznačný sled operací, které je třeba
provést, aby byla úloha správně vyřešena.
Do jednotlivých značek se vpisují operace
nebo skupiny operací, které se mají provést.
Vývojový diagram je grafické vyjádření algoritmu. Diagram se skládá ze značek (bloků),
které se vykonávají v pořadí od začátku do konce diagramu ve směru šipek.
Existují i jiné značky, které však zatím
nebudeme používat.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -16-
Příklady
I < N
ano
ne
write "X"
I=0
N=10
Z
K
write "\n"
I=I+1
Vývojový diagram: Slovní popis:
1. Vlož do proměnné I hodnotu 0
2. Vlož do proměnné N hodnotu 10
3. Je hodnota proměnné I menší než N?
ANO – pokračuj bodem 4
NE – pokračuj bodem 7
4. Vytiskni znak X.
5. Zvětši hodnotu proměnné I o jedničku.
6. Pokračuj v bodě 3.
7. Vytiskni konec řádku.
8. Konec
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -17-
Příklady
I < N
ano
ne
write "X"
I=0
N=10
K
write "\n"
I=I+1
Algoritmus Skript v Bashi
#!/bin/bash
I=0
N=10
while [ $I -lt $N ]; do
echo –n "X"
((I=I+1))
done
echo ""
Výsledek:
$ ./my_skript
XXXXXXXXXX
$
Z
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -18Datové
struktury
Datové struktury slouží pro ukládání dat. Mezi základní datové struktury patří:
a) proměnná
b) pole
c) záznam
d) objekt
Proměnná je pojmenované umístění v paměti, které obsahuje hodnotu. Každá proměnná
je určitého typu, který omezuje možné operace nad proměnnou. Typ proměnné může být
určen při vytváření proměnné (explicitní typ) nebo může být určen až při použití proměnné
(implicitní typ). Typ proměnné má vliv na způsob uložení dat v paměti počítače.
Příklady:
A="pokusna hodnota"
B=5
C=10.458
D=B+C
E=A+B
text (řetězec)
celé číslo
reálné číslo (číslo v pohyblivé řádové čárce)
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -19-
Operace
Základní operace:
= přiřazení
+ sčítání
- odčítání
* násobení
/ dělení
Logické operace:
== rovná se
!= nerovná se
< menší
<= menší nebo rovno
> větší
>= větší nebo rovno
blok zpracování
blok rozhodování
I=0
N=10
I=I+1
F=10*X*X+5*X+1
F=(X+2)*(Y-6)+3
I != N I < N I < N+5
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -20-
Vstup
Vstupem pro program mohou být informace zadané uživatelem z terminálu, přesměrované
ze souboru, nebo z jiného programu pomocí roury.
Základní operace (pseudokód):
read var načti hodnotu do proměnné var
write "Zadej hodnotu:"
read A
Příklad:
Program vypíše dotaz pro uživatele a
očekává vstup, který je po zadání
uživatelem načten do proměnné A.
Takto definovaný vstup odráží základní možnosti jazyka bash. Jiné možnosti vstupu v této
fázi nedoporučuji používat.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -21-
Výstup
Výstupem je terminál. Terminál se chová jako tiskárna, ve které nelze vzít zpět již jednou
vytištěný znak. Kromě toho umí tiskárna přejít na začátek nového řádku tak, že do
terminálu zapíšeme znak \n.
Základní operace (pseudokód):
writestr "retezec" vytiskne znaky (řetězec, string) uvedené v uvozovkách
writevar var vytiskne hodnotu proměnné var
writestr "Zadaná hodnota: "
writevar A
writestr "\n"
Příklad:
Vypíše text "Zadaná hodnota: " následovaný
hodnotou proměnné A. Kurzor bude
přesunut na nový řádek.
Takto definovaný výstup odráží základní možnosti jazyka bash. Jiné možnosti výstupu v této
fázi nedoporučuji používat.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -22-
Bash
https://www.gnu.org/software/bash/
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -23Bash
- přehled
Unixový shell (též příkazový procesor, v doslovném překladu „unixová skořápka“) je název
textového uživatelského rozhraní, které je předchůdcem grafického uživatelského
rozhraní.
Jedním z unixových shellů je Bash.
Bash je POSIX shell s řadou rozšíření. Je koncipován pro operační systémy založené na
projektu GNU a je možné ho spustit na většině unixových operačních systémů. Je používán
jako implicitní příkazový interpret v systémech postavených na linuxovém jádře, stejně jako
i v Mac OS X nebo v systému Darvin. Je možné ho použít i v systému Microsoft Windows za
použití subsystému pro unixové aplikace (SUA), nebo emulace POSIX pomocí softwaru
Cygwin a MSYS.
https://cs.wikipedia.org
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -24Interaktivní
režim
[kulhanek@wolf ~]$
jméno uživatele
jméno počítače
aktuální adresář (~ znamená domovský adresář /home/username)
Prompt - typ uživatele / výzvy ($ běžný uživatel, # super uživatel, další možné %, >)
místo pro příkaz
Příkaz se vykoná zmáčknutím klávesy Enter.
Historie: pomocí kurzorových šipek nahoru a dolů lze procházet seznamem již zadaných
příkazů. Příkaz z historie lze znovu použít nebo upravit a upravený použít. Historie je
přístupná i příkazem history.
Automatické doplňování: zmáčknutím klávesy Tab (tabulátor) se interpret příkazové řádky
snaží dokončit rozepsané slovo. Doplňují se jména příkazů, cesty a jména souborů (pokud
jeden stisk nic nevyvolá, existuje více možností doplnění, opakovaný stisk je zobrazí).
Shell interpretuje (expanduje) divoké znaky a jiné speciální znaky, před vlastním spuštění
příkazu. V interaktivním režimu je možné spouštět řídící struktury jazyka bash.
Interaktivní režim se ukončuje příkazem exit.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -25Neinteraktivní
režim - skripty
1) Nepřímé spouštění
Spouštíme interpreter jazyka a jako argument uvádíme jméno skriptu.
$ bash muj_skript_v_bashi
Skripty nemusí mít nastaven příznak x (executable).
2) Přímé spouštění
Spouštíme přímo skript (shell automaticky spustí interpreter).
$ chmod u+x muj_skript_v_bashi
$./muj_skript_v_bashi
Skripty musí mít nastaven příznak x (executable) a interpreter (součást skriptu).
#!/bin/bash
echo 'Toto je skript v interpretu Bash!'
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -26Určení
interpretru
#!/bin/bash
echo "Toto je skript v bashi!"
Skript v bashi
#!/absolutní/cesta/k/interpretru/skriptu
Specifikace interpretru (první řádek skriptu):
 Pokud není interpreter skriptu při jeho přímém spuštění uveden, použije se interpreter
systémového shellu (bash).
 Interpreter uvedený ve skriptu se ignoruje při nepřímém spuštění.
 Interpretr je vhodné do skriptu vždy uvádět, protože je použit textovými editory pro
zvýrazňování syntaxe.
#!/usr/bin/gnuplot
set xrange[0:6]
plot sin(x)
pause -1
Skript v gnuplotu
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -27Určení
interpretru, II
#!/usr/bin/env interpreter
Pokud se absolutní cesta k interpretru mění (např. při použití softwarových modulů), lze
použít následující konstrukci:
Interpreter musí být v některém adresáři určeném
systémovou proměnnou PATH.
#!/usr/bin/env bash
echo "Toto je skript v bashi!"
#!/usr/bin/env gnuplot
set xrange[0:6]
plot sin(x)
pause -1
Skript v bashi Skript v gnuplotu
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -28Cvičení
II
1. V terminálu spusťte příkaz bash. Co se stalo? Druhé sezení ukončete příkazem exit.
2. Příkazem ps zjistěte číslo procesu, který interpretuje příkazovou řádku.
3. Proces ukončete příkazem kill (kill -9 pid, kde pid je číslo procesu). Co se stane?
4. Skript skript.bash z adresáře ukol2 spusťte přímo.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -29-
Závěr
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -30-
Závěr
➢Program je binární soubor vykonávaný přímo procesorem. Skript
je textový soubor, který je vykonáván interpretem.
➢Algoritmizace je způsob transformace úlohy do popisu
(algoritmu), který je snadno přepsatelný do zdrojového kódu
programovacího jazyka nebo skriptu. Základním principem je
rozložení úlohy na elementární části a uvedení jejich přesného
postupu provádění.
➢Bash je unixový shell, který interpretuje příkazovou řádku a
zároveň obsahuje podporu pro spouštění skriptů.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -31Domácí
úkoly
➢ Algoritmizace
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -32Domácí
úkoly - pokyny
1. Vytvořte vývojové diagramy pro následující úlohy. Ve vývojových diagramech použijte
pouze značky a operace včetně vstupně-výstupních, které jsou uvedeny v této
prezentaci.
2. Diagramy kreslete ve vhodném software:
▪ např. program dia (sudo apt-get install dia)
▪ online nástroje, např. www.draw.io
3. Výsledné diagramy vložte do odevzdávárny L05 v pdf formátu. Jméno souboru bude v
následujícím formátu:
PrijmeniL05Ux.pdf
kde x je číslo úkolu. Soubory, které budou pojmenovány jiným způsobem, nebudou
kontrolovány (automatické změny jména provedené ISem jsou povoleny).
4. Termín pro odevzdání je 5. listopad 2017 23:59.
Doporučení: U cyklů používejte blok rozhodování před blokem zpracování.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -33Úkol
1
Do terminálu vytiskněte čtverec se znaků X. Délku strany čtverce zadá uživatel.
X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X
To, že se nejedná vzhledově o čtverec, ignorujte.
Počet znaků X na řádku a počet řádků však musí
být stejný.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -34Úkol
2
Do terminálu vytiskněte pravoúhlý trojúhelník se znaků X, tak aby jedna odvěsna byla
umístěna nahoře a druhá na levé straně. Délku odvěsny zadá uživatel.
X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X
X X X X X X X X
X X X X X X X
X X X X X X
X X X X X
X X X X
X X X
X X
X
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -35Úkol
3
Do terminálu vytiskněte pravoúhlý trojúhelník se znaků X, tak aby jedna odvěsna byla
umístěna dole a druhá na levé straně. Délku odvěsny zadá uživatel.
X
X X
X X X
X X X X
X X X X X
X X X X X X
X X X X X X X
X X X X X X X X
X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -36Úkol
4
Do terminálu vytiskněte obrys čtverce se znaků X. Délku strany čtverce zadá uživatel.
X X X X X X X X X X
X X
X X
X X
X X
X X
X X
X X
X X
X X X X X X X X X X
To, že se nejedná vzhledově o čtverec, ignorujte.
Počet znaků X na řádku a počet řádků však musí
být stejný.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 5. lekce -37Úkol
5
Do terminálu vytiskněte obrys čtverce a jeho uhlopříčky se znaků X. Délku strany čtverce
zadá uživatel.
X X X X X X X X X X
X X X X
X X X X
X X X X
X X X X
X X X X
X X X X
X X X X
X X X X
X X X X X X X X X X
To, že se nejedná vzhledově o čtverec, ignorujte.
Počet znaků X na řádku a počet řádků však musí
být stejný.