Programmieren in C. Eine Einführung in die Programmiersprache C. Prof. Dr. Nikolaus Wulff

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1 Programmieren in C Eine Einführung in die Programmiersprache C Prof. Dr. Nikolaus Wulff

2 Der Anfänger sollte nicht entmutigt sein, wenn er nicht die Voraussetzungen besitzt, um die Voraussetzungen zu verstehen... Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 2

3 Entwicklungsumgebung Alle Übungen und Praktika lassen sich auch von zu Hause aus bearbeiten. Es werden nur OpenSource Werkzeuge verwandt. Als Entwicklungsumgebung dient die Eclipse IDE. Einheitliche Umgebung für Java und C. Minimierter einmaliger Lernaufwand. Der OpenSource gcc Compiler kann auch unter Windows, nach der Installation von Cygwin oder MinGW, verwendet werden... Sourcen können per CVS auch von zu Hause aus ein- und ausgechecked sowie bearbeitet werden. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 3

4 Literatur B.W. Kernighan und D.M. Ritchie, Programmieren in C, 2.te Auflage ANSI C, 1978 &1988, ISBN C.L. Tondo und S. E. Gimpel, Das C-Lösungsbuch zu K&R 1989, ISBN M. McGrath, C Programming in easy steps, 2.te Auflage, 2006, ISBN H. Erlenkötter, Programmieren in C, 4.te Auflage 2001, ISBN , in der ST Bibliothek von Studenten empfohlen grünes Buch... Sowie weitere Bücher der ST Bibliothek. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 4

5 Agenda Elementare Einführung C Programm Syntax Datentypen, Variablen und Konstanten Operatoren und Ausdrücke Kontrollstrukturen Funktionen und Programmstruktur Zeiger und Felder Strukturen Ein- / Ausgabe Bibliotheksfunktionen Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 5

6 Kurze Historie von C C wurde Anfang der siebziger Jahre von Kernighan und Ritchie für das UNIX Betriebssystem entwickelt. C ist eine sehr systemnahe Sprache, die es ermöglicht (fast) ohne Assembler auszukommen. ANSI C wurde 1988 standardisiert und existiert für nahezu alle Betriebssysteme wurde die objektorientierte Erweiterung C++ von Bjarne Stroustrup in den Bell Laboratorien entwickelt. Viele Sprachen wie z.b. Java, C#, Perl, PHP, etc. besitzen eine C ähnliche Syntax und sind bis auf die objektorientierten Konzepte mit C Kenntnissen leicht zu erlernen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 6

7 Programmiersprachen 1950 Assembler 1960 Cobol Fortran OO-Sprachen PL/1 Algol Lisp BCPL Simula Pascal Smalltalk-72 CLU C Smalltalk-76 beta Ada Modula2 C++ Smalltalk Eiffel Turbo-Pascal Oberon Lisp Flavors Lisp CLOS 2000 Java Modula3 C# Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 7

8 C in der Nussschale Ein Programm besteht aus einer Menge von Anweisungen für den Computer. In den höheren Programmiersprachen sind diese Anweisungen in einer dem Menschen verständlichen, lesbaren Form notiert, dem sogenannten Quelltext ( Sourcecode). Dieser besteht aus einer Folge von Zeichen: Den Buchstaben a-z, A-Z sowie dem Unterstrich _ Den Ziffern 0-9 Sonderzeichen und dem Leerzeichen Die Syntax der Sprache bestimmt die erlaubten Ausdrücke, die verwendet werden dürfen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 8

9 C in der Nussschale cont. C Quelltexte bestehen aus Anweisungen. int x; x = 2+3; Eine Variable x wird definiert und mit dem Wert 2+3=5 belegt. Anweisungen können zu Blöcken zusammengefasst werden, die durch geschweifte Klammern {} eingeleitet und beendet werden. if(x>4) { y = 2; } Nur wenn die Variable x einen Wert größer als 4 hat wird der Block ausgeführt... Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 9

10 C in der Nussschale cont. C kennt verschiedene Datentypen, wie z. B. Ganzzahlen (int), die reellen Zahlen (float) oder auch einzelne Zeichen (char) und Zeichenketten. Bevor eine Variable verwendet werden kann, muss diese entsprechend definiert werden. int g; float r; char z; Drei Variablen vom Typ Integer, Gleitkommazahl und Zeichen werden definiert. Die Namen/Bezeichner g, r und z sind willkürlich gewählt. Typ Bezeichner Einer definierten Variable wird zur Laufzeit ein entsprechender Speicherplatz zugewiesen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 10

11 Anweisungen und Sätze Anweisungen werden zu Sätzen zusammengefasst. Ein Satz wird durch ein Semikolon beendet: zpi = 2 * 3.14; Dieser Satz bedeutet: Multipliziere die Zahl 2 mit der Zahl 3.14 und weise das Ergebnis einer Variablen mit dem symbolischen Namen zpi zu. Zuerst wird die rechte Seite des Satzes (Anweisung Multipliziere) anschließend die linke Seite des Satzes (Anweisung Wertzuweisung des Ergebnisses an zpi ) ausgeführt. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 11

12 Ein erstes Programm Wir erstellen das Programm HelloWorld.exe. HelloWorld ist sehr einfach und gibt nur den Text Hello, World auf der Konsole aus... Jedes C Programm besitzt eine main Funktion, die vom Betriebssystem beim Start gerufen wird. Die main Funktion gibt nach der Abarbeitung an das Betriebssystem einen Rückgabewert zurück, der signalisiert, ob der Aufruf erfolgreich war (return 0) oder ein Fehler passierte, z.b. (return -1). Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 12

13 Hello World in C /** * Der C Klassiker */ #include <stdio.h> /* Standard I/O Bibliothek einbinden */ /* main-funktion ist der C Einstiegspunkt */ int main() { /* Hello World per Funktion printf ausgeben */ printf("hello, World"); /* Das Programm mit return Wert 0 beenden */ return 0; } Die main-funktion gibt die Zeichenkette Hello, World mit der Bibliotheksfunktion printf aus. Die Funktion printf wird in der Datei stdio.h deklariert und per include Anweisung bekannt gemacht. Mit /*... */ werden Kommentare in den (Quell)Text eingebunden. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 13

14 Vom Quelltext zum Programm Die Hello World Anweisungen werden in einer Textdatei Hello.c abgespeichert. Damit daraus ein ablauffähiges Programm wird muss der Quelltext in Maschinencode übersetzt werden. Je nach Betriebssystem und verwendeten Compiler geschieht dies in mehreren Schritten: Der Compiler erzeugt eine Objekt Datei Der Linker bindet diese mit Betriebssystemroutinen zum ausführbaren Programm Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 14

15 Compile & Link Schritte Hello.c Compiler Hello.obj stdio.h Erstellen des Quelltext. Übersetzen Binden/Linken mit den Bibliotheksfunktionen des Betriebsystems. Test und Ausführung der Anwendung. Linker Hello.exe Bibliotheksfunktionen Die einzelnen Schritte können manuell per Hand als auch automatisiert durchgeführt werden. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 15

16 Der Entwicklungszyklus Editieren Testen (Debugging) Compilieren Programmierung ist ein zyklischer Prozess: Quellcode erstellen Quellcode übersetzen Programm testen Durch Testen kann man die Anwesenheit von Fehlern zeigen, niemals aber deren Abwesenheit! Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 16

17 Programmieren mit Notepad Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 17

18 HelloWorld in Aktion Compile: Aufruf: Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 18

19 Entwickung mit der Eclipse IDE Quelltext Hello.c Projekt Struktur Ausgaben von gcc Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 19

20 Edit, Compile und Execute In der IDE wird der Quelltext editiert, anschließend (automatisch) compiliert und direkt ausgeführt Hierzu die ausführbare Datei HelloWorld.exe selektieren das Kontextmenu mit der rechten Maus öffnen und run as lokal C/C++ Application auswählen CYGWIN GDB Debugger bestätigen. Nach dem ersten Ausführen braucht die Debugger Umgebung nicht mehr bestätigt werden. Mit der grünen Pfeiltaste lässt sich das Programm direkt starten oder per Wanzensymbol debuggen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 20

21 Programmstart in der IDE Prog. Start Debugger Konsolenausgaben von HelloWorld.exe Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 21

22 Textausgabe per printf Die Funktion printf ist kein Bestandteil der C Sprache sondern gehört zur C Bibliothek. printf gestattet eine formatierte Ausgabe: printf(<format>,<arg 1 >,...,<arg N >); Die Formatzeichenkette ist zwingend, weitere Argumente 1,..., N sind optional. Die Formatanweisung bestimmt wie die Argumente ausgegeben werden sollen und gestattet vielerlei Formatierungen... Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 22

23 Textformatierung Zu jedem C Datentypen gehört eine entsprechende Formatanweisung, die mit dem %-Zeichen markiert wird: %... c d, i f s e, E g, G Typ char int, long float, double char* float, double float, double Bedeutung Einzelnes Zeichen Ganzzahl (Integer) Reelle Zahl (m.dddddd) Zeichenkette Reelle Zahl (m.dddde±xx) E oder F Darstellung Zusätzlich erfolgt mit %o und %x eine oktale und hexadezimale Ausgabe von Ganzzahlen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 23

24 Formatierte Ausgabe // Ausgabe mit printf double pi = ; float eps = 1.E-12; printf("%c \n",'a'); printf("%f \t %d \n", pi, 4711); printf("%s","zeichenkette"); printf("%e \n", eps); Die Formatanweisung enthält normalen Text sowie mit % eingeleitete Platzhalter für die auszugebenden Argumente. Die Anzahl an Stellen kann explizit gemacht werden. Zusätzlich können Escape Sequenzen angegeben werden: \n neue Zeile, \t horz. Tabulator, \v vert. Tabulator, \a Signalton Bei Gleitkommazahlen lassen sich die Stellen vor und nach dem Komma sowie die Mantisse angeben. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 24

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