Kurzeinführung in C. Johannes J. Schneider

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1 Kurzeinführung in C Johannes J. Schneider Einleitung C ist eine in vielen Bereichen sehr häufig verwendete Programmiersprache, die von der Betriebssystemprogrammierung bis hin zur Programmierung von Simulationen eingesetzt wird. Im Gegensatz zu Sprachen wie C++ oder Java, die beide letztlich auf der C-Syntax aufbauen, verfügt diese Sprache über keine erweiterten Möglichkeiten zur objektorientierten Programmierung. 2 Datentypen Unter C ist der Deklarationsteil vom Anweisungsteil zu trennen. Es gibt unter C mehrere Datentypen für ganze und reelle Zahlen, die sich in ihrem Wertebereich und in der Genauigkeit der abgespeicherten Zahl unterscheiden, sowie einen Datentyp für Buchstaben: /* Dies ist ein Kommentar. */ /* Ganze Zahlen */ short ia, js; int i, j; long ii, j123; /* Manche Compiler kennen auch */ long long lll; /* Reelle Zahlen */ float a, b; double d; /* Manche Compiler kennen auch */ long double dd; /* Buchstaben */ char s; 1

2 Dabei ist nicht festgelegt, wie viele Bytes short, int, long, float und double belegen, wovon die Rechengenauigkeit und der Wertebereich der Variablen abhängen. Man kann die Zahl der Bytes mit dem sizeof-befehl abfragen, so liefert z.b. sizeof(int) zumeist 4. Für den Variablennamen kann man alle Buchstaben, Ziffern und den Unterstrich verwenden. Bei ganzen Zahlen wird tatsächlich ganzzahlig gerechnet: teilt man beispielsweise 1 durch 2, so erhält man 0 und nicht 0.5. Den Rest einer ganzzahligen Division von i/j kann man mit i % j abfragen. Neben den gängigen Operatoren +, -, *, / und % gibt es noch die folgenden Abkürzungen: i += j; /* fuer i = i + j; */ i -= j; /* fuer i = i - j; */ i *= j; /* fuer i = i * j; */ i /= j; /* fuer i = i / j; */ i %= j; /* fuer i = i % j; */ i++; /* fuer i = i + 1; (Postfix-Operator) */ ++i; /* fuer i = i + 1; (Praefix-Operator) */ i--; /* fuer i = i - 1; (Postfix-Operator) */ --i; /* fuer i = i - 1; (Praefix-Operator) */ Konstante kann man über #define definieren: #define N 123 #define PI Beachten Sie bitte, dass C zwischen Groß- und Kleinschreibung unterscheidet. Es hat sich eingebürgert, Variablennamen klein und Konstanten groß zu schreiben. Neben diesen primitiven Datentypen kann man sich eigene Datentypen über struct definieren, z.b.: struct complex double realt; double imaginaert; struct complex a,b,c; Allerdings muß man die Operationen wie Addieren und Multiplizieren stets von Hand vorgeben, z.b. c.realt = a.realt * b.realt - a.imaginaert * b.imaginaert; c.imaginaert = a.realt * b.imaginaert + a.imaginaert * b.realt; 2

3 für die Multiplikation. Statische Felder werden ganz einfach deklariert, wobei als Feldgröße auch eine bereits definierte Konstante verwendet werden kann: // Eindimensionale statische Felder int feld[100]; double f[n]; // Zweidimensionales statisches Feld double x[3][3]; Die einzelnen Feldelemente kann man dann später leicht ansprechen: feld[0]=13; feld[99]=37; x[2][2]=2.7e-1; Bitte beachten Sie, daß unter C die Feldindizes stets von 0 bis zur angegebenen Zahl von Feldelementen minus 1 gehen und daß höherdimensionale statische Felder stets eindimensional abgespeichert werden, z.b. für das Feld x in der Reihenfolge x[0][0], x[0][1], x[0][2], x[1][0], x[1][1], x[1][2], x[2][0], x[2][1], x[2][2]. Weiß man erst während des Programmlaufs, wie groß ein Feld werden soll, so kann man es auch dann erst allokieren: double *feld; int i; i = 123; feld = malloc(i*sizeof(int)); Freigegeben wird dieses dynamische Feld folgendermaßen: free(feld); 3 if-bedingungen Gewisse Programmbefehle sollen oft nur dann ausgeführt werden, wenn eine gewisse Bedingung erfüllt ist. Normalerweise werden dabei Variablen auf ihre Größe hin miteinander verglichen: if (i > j) /* wenn i > j */ if (i >= j) /* wenn i >= j */ if (i == j) /* wenn i gleich j */ 3

4 if (i!= j) /* wenn i ungleich j */ if (i < j) /* wenn i < j */ if (i <= j) /* wenn i <= j */ if (i) /* wenn die Zahl i ungleich 0 ist */ if (fabs(a-b) < ) /* wenn die reellen Zahlen a und b gleich sind */ Achtung: beim Vergleich auf Gleichheit passiert Anfängern oft der Fehler, nur eines statt zweier Gleichheitszeichen zu schreiben. Bei der Zeile if (i=j) wird zunächst der Wert von j der Variablen i zugewiesen, dann wird überprüft, ob i gleich 0 ist. Dies hat natürlich nichts mit dem Vergleich der beiden Zahlen zu tun. If-Bedingungen kann man auch mit UND oder ODER verknüpfen, z.b.: if ( ( i == j ) && ( a < b ) ) /* UND-Verknuepfung */ if ( ( i == j ) ( a < b ) ) /* ODER-Verknuepfung */ Wenn nach einer if-bedingung nur ein Befehl folgt, so hängt man ihn direkt an, ansonsten folgt eine Klammer-Umgebung. if (i == j) a=3; /* nur eine Anweisung */ if (i == j) /* Anweisungsblock */ a = 3; b = 4; In komplizierteren Fällen kann es vorkommen, daß man, wenn eine Bedingung erfüllt ist, gewisse Befehle abarbeiten will, ansonsten, wenn eine andere Bedingung erfüllt ist, wiederum andere Befehle abarbeiten will und schließlich ansonsten, wenn keine der vorherigen Bedingungen erfüllt sind, einen anderen Anweisungsblock abarbeitet, z.b.: if ( i == j ) x[0][0] = 7; else if ( i > j ) x[0][0] = 5; else x[0][0] = 3; 4

5 4 Schleifen Wohl am häufigstend wird die for-schleife gebraucht: for (i = 0; i < 100; i++) Die Variable i wird von 0 bis 99 in Schritten von 1 hochgezählt. Als Schleifenzähler sollte man nur ganze Zahlen verwenden. Man kann im übrigen auch andere Schrittweiten als 1 verwenden: /* Herunterzaehlen von 100 auf 1: */ for (i = 100; i > 0; i--) /* Hochzaehlen von 1 bis 5 in Schritten von 3: */ /* Diese Schleife wird nur fuer i=1 und i=4 ausgefuehrt. */ for (i=1; i<=5; i+=3) Mit einer derartigen for-schleife lassen sich Felder gut abarbeiten, z.b.: for (i = 0; i < 100; i++) feld[i] = 2 * i; Daneben gibt es die while-schleife, die solange abgearbeitet wird, wie die Anfangsbedingung erfüllt ist, z.b.: while (i == j) Zusätzlich gibt es die do while-schleife, die mindestens einmal abgearbeitet wird: do while (i == j); 5

6 5 Funktionen Eines der in C verwirklichten Konzepte der strukturierten Programmierung sind Funktionen. Selbst das Hauptprogramm ist eine Funktion mit dem Namen main, die eine ganze Zahl als Ergebnis an das Betriebssystem zurückliefert. Für einen guten Programmierstil empfiehlt es sich, Variable nicht global zu definieren sondern an Unterfunktionen zu übergeben. C kennt nur die Wertübergabe, bei der nur der Wert einer Variablen übergeben wird, die Referenzübergabe, bei der die Variable an sich übergeben wird, muß man über Zeiger emulieren. Dies erfolgt unterschiedlich, wie das folgende Beispiel zeigt: #include <math.h> /* Einbinden von mathematischen Funktionen */ /* Die Funktion tausch tauscht die Werte der Variablen i und j aus, derart, dass sie auch im Hauptprogramm vertauscht sind: */ void tausch(int *i, int *j) /* tausch liefert nichts zurueck. */ int h = *i; *i = *j; *j = h; return; /* Die Funktion sinc(x) berechnet sin(x)/x */ double sinc(double x) double s; if (fabs(x) < ) s = 0; else s = sin(x)/x; return s; void feldbeispiel(int *f) for (int i = 0; i<100; i++) f[i]=i; int main() 6

7 int i=1,j=2; tausch(&i,&j); double a=3.71, b; b = sinc(a); int feld[100]; feldbeispiel(feld); return 0; /* Kein Fehler vorgekommen */ Bei der Funktion tausch wurde die Referenzübergabe mit Pointern emuliert, bei der Funktion sinc die Wertübergabe verwendet. Felder werden über Pointer übergeben. 6 Ein- und Ausgabe Unter C ist die Ein- und Ausgabe etwas kompliziert, weil man das Format der ein- und auszugebenden Daten genau angeben muß. Für die Eingabe von der Tastatur und die Ausgabe auf den Bildschirm muß die Datei <stdio.h> eingebunden werden, für die Ein- und Ausgabe in Dateien manchmal zusätzlich noch <stdlib.h>. Die Ein- und Ausgabe funktioniert dann z.b. folgendermaßen: int i; short j; long k; float a; double b; char c; scanf("%d%hd%ld%f%lf%c", &i, &j, &k, &a, &b, &c); /* Da die Werte der Variablen in der Funktion scanf veraendert werden, muss man Pointer auf die Variablen hier uebergeben. */ printf("das Ergebnis: %d %hd %ld \t %f %lf %c\n", i, j, k, a, b, c); /* \t = Tabulatorzeichen, \n = neue Zeile */ FILE *lesedatei, *schreibdatei, *anhaengdatei; lesedatei = fopen("dateiname", "r"); fscanf(lesedatei, "%d%hd%ld%f%lf%c", &i, &j, &k, &a, &b, &c); fclose(lesedatei); schreibdatei = fopen("dateiname", "w"); fscanf(schreibdatei, "%d %hd %ld %f %lf %c\n", i, j, k, a, b, c); 7

8 fclose(schreibdatei); /* Oeffnet man eine Datei zum Schreiben, so wird sie, wenn sie schon existiert, ueberschrieben. Falls man dagegen an ihr Ende etwas anhaengen will, muss man append verwenden: */ anhaengdatei = fopen("dateiname", "a"); fscanf(anhaengdatei, "%d %hd %ld %f %lf %c\n", i, j, k, a, b, c); fclose(anhaengdatei); 7 Compilieren Unter Linux gibt es den gcc-compiler, mit dem das fertige C-Programm kompiliert wird: gcc dateiname.c Bei großen Programmen sollte man das Programm vom Compiler optimieren lassen, was zwar die Compile-Zeit verlängert aber die Laufzeit manchmal deutlich verkürzt: gcc -O dateiname.c Bei manchen Installationen muß man bei der Verwendung von mathematischen Funktionen noch -lm in dieser Zeile angeben, um die Mathematik- Bibliothek hinzuzulinken. Daneben gibt es für den Windows-Bereich einen kostenlosen C/C++-Compiler von Borland, den man sich über eine der beiden folgenden Adressen ziehen kann: ftp://ftpd.inprise.com/download/bcppbuilder/freecommandlinetools.exe 8 Schlußbemerkung Dieses Skript soll keinen vollständigen Überblick über die Programmiersprache C bieten sondern nur kurz die Teile der Programmiersprache vorstellen, die für die Übungen benötigt werden. 8