Systemnahe Programmierung in C (SPiC)

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1 Systemnhe Progrmmierung in C (SPiC) Überblick: Teil C Systemnhe Softwreentwicklung Teil C Systemnhe Softwreentwicklung Jürgen Kleinöder, Dniel Lohmnn Lehrstuhl für Informtik 4 Verteilte Systeme und Betriebssysteme 12 Progrmmstruktur und Module 13 Zeiger und Felder 14 µc-systemrchitektur V_SPIC_hndout Friedrich-Alexnder-Universität Erlngen-Nürnberg Sommersemester V_SPIC_hndout Softwreentwurf Beispiel-Projekt: Eine Wettersttion Softwreentwurf: Grundsätzliche Überlegungen über die Struktur eines Progrmms vor Beginn der Progrmmierung Ziel: Zerlegung des Problems in beherrschbre Einheiten Es gibt eine Vielzhl von Softwreentwurfs-Methoden Objektorientierter Entwurf [ GDI, 06] Stnd der Kunst Dekomposition in Klssen und Objekte An Progrmmiersprchen wie C++ oder Jv usgelegt Top-Down-Entwurf / Funktionle Dekomposition Bis Mitte der 80er Jhre fst usschließlich verwendet Dekomposition in Funktionen und Funktionsufrufe An Progrmmiersprchen wie Fortrn, Cobol, Pscl oder C orientiert Systemnhe Softwre wird oft (noch) mit Funktionler Dekomposition entworfen und entwickelt. Typisches eingebettetes System Mehrere Sensoren 0+&1 Wind -)#''8)# Luftdruck Tempertur 2#$3 Mehrere Aktoren ; # < (hier: Ausgbegeräte) LCD-Anzeige 95: PC über RS232 PC über USB Sensoren und Aktoren n den µc ngebunden über verschiedene Bussysteme I 2 C RS232 Wie sieht die funktionle Dekomposition der Softwre us? ;<%&()%..#),=>?4@ "+'3.*A c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.1 Einführung 12 1 c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.2 Funktionle Dekomposition 12 2

2 Funktionle Dekomposition: Beispiel Funktionle Dekomposition: Probleme Funktionle Dekomposition der Wettersttion (Auszug): 1. Sensordten lesen 0+&1 1.1 Tempertursensor lesen -)#''8)# I 2 C-Dtenübertrgung intiieren 2#$ Dten vom I 2 C-Bus lesen ; # < 1.2 Drucksensor lesen 95: 1.3 Windsensor lesen 2. Dten ufbereiten (z. B. glätten) 3. Dten usgeben 3.1 Dten über RS232 versenden Budrte und Prität festlegen (einmlig) Dten schreiben 3.2 LCD-Disply ktulisieren 4. Wrten und b Schritt 1 wiederholen ;<%&()%..#),=>?4@ "+'3.*A Erzielte Gliederung betrchtet nur die Struktur der Aktivitäten, nicht jedoch die die Struktur der Dten Gefhr: Funktionen rbeiten wild uf einer Unmenge schlecht strukturierter Dten mngelhfte Trennung der Belnge sendbuf[] RS232Init() bud RS232Send() init curdev I2CRec() I2CStrt() lsttemp lstwind GetTemp() Dten min() SendToPC() Aktivitäten c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.2 Funktionle Dekomposition 12 3 c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.2 Funktionle Dekomposition 12 4 Funktionle Dekomposition: Probleme Zugriff uf Dten (Vriblen) Erzielte Gliederung betrchtet nur die Struktur der Aktivitäten, nicht jedoch die die Struktur der Dten Gefhr: Funktionen rbeiten wild uf einer Unmenge schlecht strukturierter Dten mngelhfte Trennung der Belnge Vriblen hben 10 1 Sichtbrkeit (Scope) Wer knn uf die Vrible zugreifen? Lebensduer Wie lnge steht der Speicher zur Verfügung? Wird festgelegt durch Position (Pos) und Speicherklsse (SK) Pos SK Sichtbrkeit Lebensduer Prinz der Trennung der Belnge Dinge, die nichts miteinnder zu tun hben, sind uch getrennt unterzubringen! Trennung der Belnge (Seprtion of Concerns) ist ein Fundmentlprinz der Informtik (wie uch jeder nderen Ingenieursdiszlin). Lokl keine, uto Definition Blockende Definition Blockende sttic Definition Blockende Progrmmstrt Progrmmende Globl keine unbeschränkt Progrmmstrt Progrmmende sttic modulweit Progrmmstrt Progrmmende int = 0; sttic int b = 47; void f() uto int = b; sttic int c = 11; // : globl // b: locl to module // : locl to function (uto optionl) // destroyed t end of block // c: locl to function, not destroyed c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.2 Funktionle Dekomposition 12 4 c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.3 Globle Vriblen 12 5

3 Zugriff uf Dten (Vriblen) (Forts.) Sichtbrkeit und Lebensduer sollten restriktiv usgelegt werden Sichtbrkeit so beschränkt wie möglich! Überrschende Zugriffe von ußen usschließen (Fehlersuche) Implementierungsdetils verbergen (Blck-Box-Prinz, informtion hiding) Lösung: Modulrisierung Seprtion jeweils zusmmengehöriger Dten und Funktionen in übergeordnete Einheiten Module Lebensduer so kurz wie möglich Speicherpltz spren Insbesondere wichtig uf µ-controller-plttformen 1 4 sendbuf[] bud init curdev lsttemp lstwind min() Konsequenz: Globle Vriblen vermeiden! Globle Vriblen sind überll sichtbr Regel: Globle Vriblen belegen Speicher über die gesmte Progrmmlufzeit Vriblen erhlten stets die geringstmögliche Sichtbrkeit und Lebensduer RS232Init() RS232Send() RS232.c I2CRec() I2CStrt() I2C.c SendToPC() GetTemp() wether.c c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.3 Globle Vriblen 12 6 c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.4 Modulrisierung 12 7 Ws ist ein Modul? Module in C [ Jv] Modul := (<Menge von Funktionen>, <Menge von Dten>, <Schnittstelle>) ( clss in Jv) Module sind größere Progrmmbusteine 9 1 Problemorientierte Zusmmenfssung von Funktionen und Dten Trennung der Belnge Ermöglichen die einfche Wiederverwendung von Komponenten Ermöglichen den einfchen Austusch von Komponenten Verbergen Implementierungsdetils (Blck-Box-Prinz) Zugriff erfolgt usschließlich über die Modulschnittstelle Modul Abstrktion 4 1 Die Schnittstelle eines Moduls bstrhiert Von der ttsächlichen Implementierung der Funktionen Von der internen Drstellung und Verwendung von Dten In C ist ds Modulkonzept nicht Bestndteil der Sprche, 3 12 sondern rein idiomtisch (über Konventionen) relisiert Modulschnittstelle.h-Dtei (enthält Deklrtionen 9 7 ) Modulimplementierung.c-Dtei (enthält Definitionen 9 3 ) Modulverwendung #include <Modul.h> void RS232Init( uint16_t br ); RS232.h: Schnittstelle / Vertrg (öffentl.) void RS232Send( chr ch ); Deklrtion der bereitgestellten Funktionen (und ggf. Dten) #include <RS232.h> RS232.c: Implementierung (nicht öffentl.) sttic uint16_t bud = 2400; Definition der bereitgestellten sttic chr sendbuf[16]; Funktionen (und ggf. Dten) void RS232Init( uint16_t br) Ggf. modulinterne Hilfsfunktionen und Dten (sttic) bud = br; void RS232Send( chr ch ) sendbuf[] = ch; Inklusion der eigenen Schnittstelle stellt sicher, dss der Vertrg eingehlten wird c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.4 Modulrisierung 12 8 c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.5 Module in C 12 9

4 Module in C Export [ Jv] Module in C Import [ Jv] Ein C-Modul exportiert eine Menge von definierten Symbolen Alle Funktionen und globlen Vriblen ( public in Jv) Export knn mit sttic unterbunden werden ( privte in Jv) ( Einschränkung der Sichtbrkeit 12 5 ) Export erfolgt beim Übersetzungsvorgng (.c-dtei.o-dtei) Ein C-Modul importiert eine Menge nicht-definierter Symbole Funktionen und globle Vriblen, die verwendet werden, im Modul selber jedoch nicht definiert sind Werden beim Übersetzen ls unufgelöst mrkiert Quelldtei (br.c) Objektdtei (br.o) Quelldtei (foo.c) uint16_t ; // public sttic uint16_t b; // privte void f(void) sttic void g(int) foo.c Compiler foo.o // public // privte Objektdtei (foo.o), f Symbole und f werden exportiert. Symbole b und g sind sttic definiert und werden deshlb nicht exportiert. extern uint16_t ; // declre void f(void); void min() = 0x4711; f(); // declre // public // use // use Symbol min wird exportiert. Symbole und f sind unufgelöst. c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.5 Module in C c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.5 Module in C Module in C Import (Forts.) [ Jv] Module in C Heder [ Jv] Die eigentliche Auflösung erfolgt durch den Linker foo.c foo.o Compiler Compiler br.c br.o, f min, f Linker min,, f br Elemente us fremden Modulen müssen deklriert werden Funktionen durch normle Deklrtion 9 7 void f(void); Globle Vriblen durch extern extern uint16_t ; Ds extern unterscheidet eine Vriblendeklrtion von einer Vriblendefinition. Linken ist nicht typsicher! Typinformtionen sind in Objektdteien nicht mehr vorhnden Auflösung durch den Linker erfolgt usschließlich über die Symbolnmen (Bezeichner) Typsicherheit muss beim Übersetzen sichergestellt werden Einheitliche Deklrtionen durch gemeinsme Heder-Dtei Die Deklrtionen erfolgen sinnvollerweise in einer Heder-Dtei, die von der Modulentwicklerin bereitgestellt wird Schnittstelle des Moduls ( interfce in Jv) Exportierte Funktionen des Moduls Exportierte globle Vriblen des Moduls Modulspezifische Konstnten, Typen, Mkros Verwendung durch Inklusion ( import in Jv) Wird uch vom Modul inkludiert, um Übereinstimmung von Deklrtionen und Definitionen sicher zu stellen ( implements in Jv) c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.5 Module in C c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.5 Module in C 12 13

5 Module in C Heder (Forts.) [ Jv] Zurück zum Beispiel: Wettersttion Modulschnittstelle: foo.h // foo.h #ifndef _FOO_H #define _FOO_H // declrtions extern uint16_t ; void f(void); #endif // _FOO_H Modulimplementierung foo.c // foo.c #include <foo.h> // definitions uint16_t ; void f(void) Modulverwendung br.c (vergleiche ) RS232.h I2C.h preprocess Quellmodule Objektmodule link compile ELF-Binry RS232.c I2C.c wether.c io.h.h gcc gcc (Compiler) gcc (Compiler) (Compiler) RS232.o I2C.o wether.o ld (Linker) io.o.o.o.o.o.o vr-libc.lib wether // br.c extern uint16_t ; void f(void); #include <foo.h> void min() = 0x4711; f(); Jedes Modul besteht us Heder- und Implementierungsdtei(en).h-Dtei definiert die Schnittstelle.c-Dtei implementiert die Schnittstelle, inkludiert.h-dtei, um sicherzustellen, dss Deklrtion und Definition übereinstimmen Modulverwendung durch Inkludieren der modulspezifischen.h-dtei Ds Gnze funktioniert entsprechend bei Bibliotheken c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.5 Module in C Zusmmenfssung c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.5 Module in C Überblick: Teil C Systemnhe Softwreentwicklung Prinz der Trennung der Belnge Modulrisierung Wiederverwendung und Austusch wohldefinierter Komponenten Verbergen von Implementierungsdetils In C ist ds Modulkonzept nicht Bestndteil der Sprche, sondern idiomtisch durch Konventionen relisiert Modulschnittstelle.h-Dtei (enthält Deklrtionen) Modulimplementierung.c-Dtei (enthält Definitionen) Modulverwendung #include <Modul.h> privte Symbole ls sttic definieren Die eigentliche Zusmmenfügung erfolgt durch den Linker Auflösung erfolgt usschließlich über Symbolnmen Linken ist nicht typsicher! Typsicherheit muss beim Übersetzen sichergestellt werden durch gemeinsme Heder-Dtei V_SPIC_hndout 12 Progrmmstruktur und Module 13 Zeiger und Felder 14 µc-systemrchitektur c dl SPiC (Teil C, SS 15) 12 Progrmmstruktur und Module 12.6 Zusmmenfssung 12 16

6 Einordnung: Zeiger (Pointer) Zeiger (Pointer) Literl: Drstellung eines Wertes Vrible: chr ; Behälter für einen Wert Eine Zeigervrible (Pointer) enthält ls Wert die Adresse einer nderen Vriblen Ein Zeiger verweist uf eine Vrible (im Speicher) Über die Adresse knn mn indirekt uf die Zielvrible (ihren Speicher) zugreifen Drus resultiert die große Bedeutung von Zeigern in C Zeiger-Vrible: chr *p = &; Behälter für eine Referenz uf eine Vrible ein p Funktionen können Vriblen des Aufrufers verändern 9 5 (cll-by-reference) Speicher lässt sich direkt nsprechen Effizienz durch Effizientere Progrmme Mschinennähe 3 13 Aber uch viele Probleme! Progrmmstruktur wird unübersichtlicher (welche Funktion knn uf welche Vriblen zugreifen?) Zeiger sind die häufigste Fehlerquelle in C-Progrmmen! c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.1 Zeiger Einführung 13 1 Definition von Zeigervriblen c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.1 Zeiger Einführung 13 2 Adress- und Verweisopertoren Zeigervrible := Behälter für Verweise ( Adresse) Syntx (Definition): Typ * Bezeichner ; Beispiel int x = 5; x 5 int *; int y; = &x; y = *; ➋ y 5 ➋ Adressopertor: & x Der unäre &-Opertor liefert die Referenz ( Adresse im Speicher) der Vriblen x. Verweisopertor: * y Der unäre * -Opertor liefert die Zielvrible ( Speicherzelle / Behälter), uf die der Zeiger y verweist (Dereferenzierung). Es gilt: (* (& x)) x Der Verweisopertor ist die Umkehropertion des Adressopertors. Achtung: Verwirrungsgefhr (*** Ich seh überll Sterne ***) Ds * -Symbol ht in C verschiedene Bedeutungen, je nch Kontext 1. Multliktion (binär): x * y in Ausdrücken 2. Typmodifizierer: uint8_t *p1, *p2 typedef chr* CPTR in Definitionen und Deklrtionen 3. Verweis (unär): x = *p1 in Ausdrücken Insbesondere 2. und 3. führen zu Verwirrung * wird fälschlicherweise für ein Bestndteil des Bezeichners gehlten. c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.2 Zeiger Definition 13 3 c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.2 Zeiger Definition 13 4

7 Zeiger ls Funktionsrgumente Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) Prmeter werden in C immer by-vlue übergeben 9 5 Prmeterwerte werden in lokle Vriblen der ufgerufenen Funktion kopiert Aufgerufene Funktion knn ttsächliche Prmeter des Aufrufers nicht ändern Ds gilt uch für Zeiger (Verweise) [ GDI, 04-26] Aufgerufene Funktion erhält eine Kopie des Adressverweises Mit Hilfe des *-Opertors knn drüber jedoch uf die Zielvrible zugegriffen werden und diese verändert werden Cll-by-reference Beispiel (Gesmtüberblick) void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); void swp (int *, int *) tmp = *; ➋ * = *; ➌ * = tmp; ➍ b tmp ➌ ➍ ➋ c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.3 Zeiger und Funktionen 13 5 Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); 47 b 11 void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); 47 b 11 void swp (int *, int *) void swp (int *, int *) tmp tmp

8 Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); 47 b 11 void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); 47 b 11 void swp (int *, int *) tmp = *; ➋ * tmp void swp (int *, int *) tmp = *; ➋ * = *; ➌ * * tmp 47 Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); 11 b 11 void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); 11 b 47 void swp (int *, int *) tmp = *; ➋ * = *; ➌ ➌ tmp 47 void swp (int *, int *) tmp = *; ➋ * = *; ➌ * = tmp; ➍ ➍ tmp 47

9 Einordnung: Felder (Arrys) [ Jv] Feldinitilisierung Feldvrible := Behälter für eine Reihe von Werten desselben Typs Syntx (Definition): Typ Bezeichner [ IntAusdruck ] ; Typ Typ der Werte [=Jv] Wie ndere Vriblen uch, knn ein Feld bei Definition eine initile Wertzuweisung erhlten uint8_t LEDs[4] = RED0, YELLOW0, GREEN0, BLUE0 ; int prim[5] = 1, 2, 3, 5, 7 ; Bezeichner Nme der Feldvriblen [=Jv] IntAusdruck Beispiele: sttic uint8_t LEDs[ 8*2 ]; void f( int n ) uto chr [ NUM_LEDS * 2]; uto chr b[ n ]; Konstnter Gnzzhl-Ausdruck, definiert die Feldgröße ( Anzhl der Elemente). Ab C99 drf IntAusdruck bei uto-feldern uch vribel (d. h. beliebig, ber fest) sein. // constnt, fixed rry size [ Jv] // constnt, fixed rry size // C99: vrible, fixed rry size Werden zu wenig Initilisierungselemente ngegeben, so werden die restlichen Elemente mit 0 initilisiert uint8_t LEDs[4] = RED0 ; // => RED0, 0, 0, 0 int prim[5] = 1, 2, 3 ; // => 1, 2, 3, 0, 0 Wird die explizite Dimensionierung usgelssen, so bestimmt die Anzhl der Initilisierungselemente die Feldgröße uint8_t LEDs[] = RED0, YELLOW0, GREEN0, BLUE0 ; int prim[] = 1, 2, 3, 5, 7 ; c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.4 Felder Einführung 13 7 c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.4 Felder Einführung 13 8 Feldzugriff Felder sind Zeiger Syntx: Feld [ IntAusdruck ] Wobei 0 IntAusdruck < n für n = Feldgröße Achtung: Feldindex wird nicht überprüft häufige Fehlerquelle in C-Progrmmen Beispiel uint8_t LEDs[] = RED0, YELLOW0, GREEN0, BLUE0 ; LEDs[ 3 ] = BLUE1; for( unit8_t i = 0; i < 4; ++i ) sb_led_on( LEDs[ i ] ); LEDs[ 4 ] = GREEN1; // UNDEFINED!!! [=Jv] [ Jv] Ein Feldbezeichner ist syntktisch äquivlent zu einem konstnten Zeiger uf ds erste Element des Feldes: rry &rry[0] Ein Alis kein Behälter Wert knn nicht verändert werden Über einen so ermittelten Zeiger ist ein indirekter Feldzugriff möglich Beispiel (Gesmtüberblick) int rry[5]; int * = rry; int *ep; ep = &rry[0]; ➋ ep = &rry[2]; ➌ *ep = 1; ➍ rry ep ➋ ➋ ➌ 1 ➍ ➌ c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.4 Felder Einführung 13 9 c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.5 Syntktische Äquivlenz 13 10

10 Felder sind Zeiger Ein Feldbezeichner ist syntktisch äquivlent zu einem konstnten Zeiger uf ds erste Element des Feldes: rry &rry[0] Ein Alis kein Behälter Wert knn nicht verändert werden Über einen so ermittelten Zeiger ist ein indirekter Feldzugriff möglich Felder sind Zeiger Ein Feldbezeichner ist syntktisch äquivlent zu einem konstnten Zeiger uf ds erste Element des Feldes: rry &rry[0] Ein Alis kein Behälter Wert knn nicht verändert werden Über einen so ermittelten Zeiger ist ein indirekter Feldzugriff möglich int rry[5]; rry int rry[5]; rry int * = rry; int *ep; ep = &rry[0]; ➋ int * = rry; int *ep; ep = &rry[0]; ➋ ep = &rry[2]; ➌ ep ➌ ep = &rry[2]; ➌ *ep = 1; ➍ ep *ep ➌ c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.5 Syntktische Äquivlenz c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.5 Syntktische Äquivlenz Zeiger sind Felder Rechnen mit Zeigern Ein Feldbezeichner ist syntktisch äquivlent zu einem konstnten Zeiger uf ds erste Element des Feldes: rry &rry[0] Diese Beziehung gilt in beide Richtungen: *rry rry[0] Ein Zeiger knn wie ein Feld verwendet werden Insbesondere knn der [ ] - Opertor ngewndt werden 13 9 Im Unterschied zu einem Feldbezeichner ist eine Zeigervrible ein Behälter Ihr Wert ist veränderbr Neben einfchen Zuweisungen ist dbei uch Arithmetik möglich int rry[3]; int * = rry; rry Beispiel (vgl ) uint8_t LEDs[] = RED0, YELLOW0, GREEN0, BLUE0 ; LEDs[ 3 ] = BLUE1; uint8_t *p = LEDs; for( unit8_t i = 0; i < 4; ++i ) sb_led_on( p[ i ] ); ++; ➋ ++; ➌ int rry[5]; = rry; ➋ ➌ (+3) &[3] Bei der Zeigerrithmetik wird immer die Größe des Objekttyps mit berücksichtigt. c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.5 Syntktische Äquivlenz c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.6 Zeigerrithmetik 13 12

11 Zeigerrithmetik Opertionen Felder sind Zeiger sind Felder Zusmmenfssung Arithmetische Opertionen ++ Prä-/Postinkrement Verschieben uf ds nächste Objekt In Kombintion mit Zeigerrithmetik lässt sich in C jede Feldopertion uf eine äquivlente Zeigeropertion bbilden. Prä-/Postdekrement Verschieben uf ds vorngegngene Objekt Für int i, rry[n], * = rry; mit 0 i < N gilt: +, Addition / Subtrktion eines int-wertes Ergebniszeiger ist verschoben um n Objekte Subtrktion zweier Zeiger Anzhl der Objekte n zwischen beiden Zeigern (Distnz) rry &rry[0] &[0] *rry rry[0] * [0] *(rry + i) rry[i] * ( + i) [i] rry++ ++ Vergleichsopertionen: <, <=, ==, >=, >,! = 7 3 Zeiger lssen sich wie Gnzzhlen vergleichen und ordnen Fehler: rry ist konstnt! Umgekehrt können Zeigeropertionen uch durch Feldopertionen drgestellt werden. Der Feldbezeichner knn ber nicht verändert werden. c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.6 Zeigerrithmetik c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.6 Zeigerrithmetik Felder ls Funktionsprmeter Felder ls Funktionsprmeter (Forts.) Felder werden in C immer ls Zeiger übergeben Cll-by-reference sttic uint8_t LEDs[] = RED0, YELLOW1; void enlight( uint8_t *rry, unsigned n ) for( unsigned i = 0; i < n; ++i ) sb_led_on( rry[i] ); [=Jv] Felder werden in C immer ls Zeiger übergeben Cll-by-reference Wird der Prmeter ls const deklriert, so knn die Funktion die Feldelemente nicht verändern Guter Stil! void enlight( const uint8_t *rry, unsigned n ) [=Jv] [ Jv] void min() enlight( LEDs, 2 ); uint8_t moreleds[] = YELLOW0, BLUE0, BLUE1; enlight( moreleds, 3); R 0 Y 0 G 0 B 0 R 1 Y 1 G 1 B 1 Informtionen über die Feldgröße gehen dbei verloren! Die Feldgröße muss explizit ls Prmeter mit übergeben werden In mnchen Fällen knn sie uch in der Funktion berechnet werden (z. B. bei Strings durch Suche nch dem bschließenden NUL-Zeichen) Um nzuzeigen, dss ein Feld (und kein Zeiger uf Vrible ) erwrtet wird, ist uch folgende äquivlente Syntx möglich: void enlight( const uint8_t rry[], unsigned n ) Achtung: Ds gilt so nur bei Deklrtion eines Funktionprmeters Bei Vriblendefinitionen ht rry[] eine völlig ndere Bedeutung (Feldgröße us Initilisierungsliste ermitteln, 13 8 ) c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.7 Felder ls Funktionsprmeter c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.7 Felder ls Funktionsprmeter 13 16

12 Felder ls Funktionsprmeter (Forts.) Zeiger uf Zeiger Die Funktion int strlen(const chr *) us der Stndrdbibliothek liefert die Anzhl der Zeichen im übergebenen String void min() const chr *string = "hllo"; // string is rry of chr sb_7seg_shownumber( strlen(string) ); Dbei gilt: Implementierungsvrinten Vrinte 1: Feld-Syntx "hllo" h l l o \ Vrinte 2: Zeiger-Syntx Ein Zeiger knn uch uf eine Zeigervrible verweisen int x = 5; int * = &x; int **p = &; /* ** p = 5 */ x 5 p Wird vor llem bei der Prmeterübergbe n Funktionen benötigt Zeigerprmeter cll-by-reference übergeben (z. B. swp()-funktion für Zeiger) Ein Feld von Zeigern übergeben int strlen( const chr s[] ) int n=0; while( s[n]!= 0 ) n++; return n; int strlen( const chr *s ) const chr *end = s; while( *end ) end++; return end - s; c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.7 Felder ls Funktionsprmeter c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.8 Erweiterte Zeigertypen Zeiger uf Funktionen Zeiger uf Funktionen (Forts.) Ein Zeiger knn uch uf eine Funktion verweisen Dmit lssen sich Funktionen n Funktionen übergeben Funktionen höherer Ordnung Beispiel // invokes job() every second void doperiodiclly( void (*job)(void) ) while( 1 ) job(); // invoke job for( voltile uint16_t i = 0; i < 0xffff; ++i ) ; // wit second void blink( void ) sb_led_toggle( RED0 ); void min() doperiodiclly( blink ); // pss blink() s prmeter Syntx (Definition): Typ ( * Bezeichner )( FormlePrm opt ); (sehr ähnlich zur Syntx von Funktionsdeklrtionen) 9 3 Typ Bezeichner Rückgbetyp der Funktionen, uf die dieser Zeiger verweisen knn Nme des Funktionszeigers FormlePrm opt Formle Prmeter der Funktionen, uf die dieser Zeiger verweisen knn: Typ 1,..., Typ n Ein Funktionszeiger wird genu wie eine Funktion verwendet Aufruf mit Bezeichner ( TtPrm ) 9 4 Adress- (&) und Verweisopertor (*) werden nicht benötigt 13 4 Ein Funktionsbezeichner ist ein konstnter Funktionszeiger void blink( uint8_t which ) sb_led_toggle( which ); void min() void (*myfun)(uint8_t); // myfun is pointer to function myfun = blink; // blink is constnt pointer to function myfun( RED0 ); // invoke blink() vi function pointer blink( RED0 ); // invoke blink() c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.8 Erweiterte Zeigertypen c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.8 Erweiterte Zeigertypen 13 20

13 Zeiger uf Funktionen (Forts.) Zusmmenfssung Funktionszeiger werden oft für Rückruffunktionen (Cllbcks) zur Zustellung synchroner Ereignisse verwendet ( Listener in Jv) // Exmple: synchronous button events with libspicbord #include <vr/interrupt.h> // for sei() #include <7seg.h> // for sb_7seg_shownumber() #include <button.h> // for button stuff Ein Zeiger verweist uf eine Vrible im Speicher Möglichkeit des indirekten Zugriffs uf den Wert Grundlge für die Implementierung von cll-by-reference in C Grundlge für die Implementierung von Feldern Wichtiges Element der Mschinennähe von C Häufigste Fehlerursche in C-Progrmmen // cllbck hndler for button events (invoked on interrupt level) void onbutton( BUTTON b, BUTTONEVENT e ) sttic int8_t count = 1; sb_7seg_shownumber( count++ ); // show no of button presses if( count > 99 ) count = 1; // reset t 100 Die syntktischen Möglichkeiten sind vielfältig (und verwirrend) Typmodifizierer *, Adressopertor &, Verweisopertor * Zeigerrithmetik mit +, -, ++ und -- syntktische Äquivlenz zu Feldern ([] Opertor) void min() sb_button_registerlistener( // register cllbck BUTTON0, BTNPRESSED, // for this button nd events onbutton // invoke this function ); sei(); // enble interrupts (necessry!) while( 1 ) ; // wit forever Zeiger können uch uf Funktionen verweisen Übergeben von Funktionen n Funktionen Prinz der Rückruffunktion c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.8 Erweiterte Zeigertypen c dl SPiC (Teil C, SS 15) 13 Zeiger und Felder 13.9 Zusmmenfssung 13 22