2. Programmierung in C

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1 2. Programmierung in C Inhalt: Überblick über Programmiersprachen, Allgemeines zur Sprache C C: Basisdatentypen, Variablen, Konstanten, Operatoren und Ausdrücke Anweisungen und Kontrollstrukturen (Steuerfluss) Funktionen Felder (Arrays) Zeiger, Zeigerarithmetik Zeichenketten (Strings) Benutzerdefinierte Datentypen Speicherverwaltung und Datenstrukturen Dateiarbeit Bitlevel-Verarbeitung Peter Sobe 1

2 Felder in C Felder stellen eine Reihung von Elementen des gleichen Typs dar. Man spricht auch von Vektoren oder Arrays. Durch die Reihung (Hintereinanderspeichern) wird eine Ordnungsrelation über die Position des Elementes festgelegt. Über diese Position (Index) wird der Zugriff zum betreffenden Element vorgenommen. In C steht das erste Feldelement an der Position 0. Element 0 Element 1 Element 2 Element n-1 In C werden Felder durch die Verwendung der Indexklammern [ ] gekennzeichnet: Beispiel: int vektor[10]; // Deklaration eines Feldes mit 10 Elementen R.Großmann / P. Sobe 2

3 Deklaration von Feldern in C Felder als eine spezielle Datenstruktur müssen deklariert werden. Die Deklarationsanweisung legt den Namen des Feldes, die Anzahl der Elemente und den Typ der Elemente fest. Beispiel: float a[10]; a ist der Name des Feldes 10 ist die Anzahl der Elemente (a 0 a 1 a 2... a 9 ) float ist der Typ der Elemente R.Großmann / P. Sobe 3

4 Deklaration von Feldern in C float a[10]; Man beachte, dass die Anzahl der Elemente eine Konstante sein muss. Ist diese Anzahl bei der Programmierung (vor dem Ausführen des Programms) nicht bekannt, so muss trotzdem das Feld mit einer konstanten, maximal notwendigen Größe deklariert werden. Innerhalb dieser maximalen Größe kann jeweils mit unterschiedlich vielen Elementen gearbeitet werden. Der Speicherplatz ist für die maximale Anzahl reserviert, aber es werden aktuell ggf. weniger Elemente belegt. R.Großmann / P. Sobe 4

5 Initialisierung von Feldelementen / Zugriff auf Feldelemente Feldelemente können bei der Deklaration mit Werten belegt werden. Beispiel: float a[10]={-3.22,0.0,1,-7.234,55.5,6.6,-0.77,8,0.09,3; Der Zugriff auf die Elemente eines Feldes erfolgt über den Index (Position) des Elementes. Dieser Index wird in der Indexklammer angegeben. Beispiel: es soll auf das 7.Element von a zugegriffen werden: x = a[6]; (da das 1.Element den Index 0 hat, ist 6 der Index des 7.Elementes) Bei Zugriffen auf Feldelemente ist stets zu prüfen, ob der Index in den Deklarationsgrenzen des Feldes liegt. R. Großmann / P. Sobe 5

6 Beispiel mit Feld #include <stdio.h> #include <math.h> //arithmetisches Mittel // einer Messreihe void main() { int i,n; float a[50],s; printf("\neingabe Anzahl="); scanf("%d",&n); // n<=50 printf("\neingabe des Vektors:\n"); for (i=0; i<n; i=i+1) { printf("a[%2d]=",i); scanf("%f", &a[i] ); // Fortsetzung s=0; for (i=0;i<n; i=i+1) s=s+a[i]; s=s/n; printf("\n ar. Mittel=%f \n",s); Zählschleifen (for) sind die Typischen Steuerfluss-Konstrukte zur Verarbeitung der Felder R.Großmann / P. Sobe 6

7 Mehrdimensionale Felder Mehrdimensionale Felder (z.b. Matrizen als 2-dimensionale Felder in der Mathematik) werden analog zum eindimensionalen Fall deklariert. Eine zusätzliche Dimension wird durch eine weitere Indexklammer angegeben. Beispiel: float matrix[3][4]; dies ist eine Matrix mit 3 Zeilen und 4 Spalten. Der Zeilenindex wird immer zuerst variiert. Diese Matrix hat die Struktur: a 00 a 01 a 02 a 03 a 10 a 11 a 12 a 13 a 20 a 21 a 22 a 23 R.Großmann / P. Sobe 7

8 Initialisierung mehrdimensionaler Felder / Zugriff auf Elemente Mehrdimensionale Felder können auch in der Deklarationsanweisung initialisiert werden. Dabei muss die Verarbeitungsreihenfolge Zeile -> Spalte usw. beachtet werden. Beispiel: float matrix[3][4]={ {1,2,3,4, {5,6,7,8, {9,10,11,12 ; dies ist eine Matrix mit 3 Zeilen und 4 Spalten. Der Zugriff auf Elemente erfolgt analog durch Angabe der Folge der Indexklammern in der Reihenfolge Zeile, Spalte, usw.. Da die Indizierung mit Null beginnt, selektiert die Angabe matrix[2][3] die dritte Zeile, und darin das vierte Element, also 12. R.Großmann / P. Sobe 8

9 Mehrdimensionale Felder - Beispiel Beispiel Matrix-Transposition: #define N 10 float matrix[n][n]; float t; int zeile, spalte; // Eingabe Matrix // for(zeile=0; zeile<n; zeile++) { for(spalte=zeile+1;spalte<n; spalte++) { // Tausch matrix[zeile][spalte] mit matrix[zeile_neu][spalte_neu] // wobei zeile_neu = spalte und spalte_neu = zeile t = matrix[zeile][spalte]; matrix[zeile][spalte] = matrix[spalte][zeile]; matrix[spalte][zeile] = t; R.Großmann / P. Sobe 9

10 Funktionen mit Feldern als Parameter Bislang wurde nach Eingabe- und Ausgabeparametern unterschieden: Eingabeparameter in der Parameterliste als Variable (Call-by-Value) Ausgabeparameter als Rückkehrwert, oder als Zeiger in der Parameterliste (Call-by-Reference) Bei Funktionen, die Felder als Parameter haben, ist in C eine Besonderheit zu beachten R.Großmann, P. Sobe

11 Funktionen mit Feldern als Parameter Bei Funktionen, die Felder als Parameter haben, ist in C eine Besonderheit zu beachten: Übergebene Felder werden wie Zeiger behandelt. Ein Feld-Variablenname ohne Indexklammer ist eine Adresse Die Parameterübergabe erfolgt über Call-by-Reference Aus diesem Grund wird bei Feldern nicht nach Ein- bzw. Ausgabeparametern unterschieden, da ohnehin die Adressen der Felder übergeben werden. In der Parameterliste wird ein Feld durch den Typ der Elemente, den Namen und ein Paar eckige Klammern gekennzeichnet, oder alternativ als Zeiger auf den Typ der Feldelemente. R.Großmann, P. Sobe

12 Beispiel mit eindimensionalen Feldern als Parameter Funktion zur Berechnung des arithmetischen Mittels eines Feldes von float-zahlen mit n Elementen: Funktionsdefinition: float amittel(int n, float feld[ ]) // auch float *feld möglich { int i; float s=0.0f; for (i=0;i<n;i++) s=s+feld[i]; // auch *(feld+i) möglich return s/(float)n; Beachte: bei eindimensionalen Feldern kann ein leeres Klammerpaar [ ] angegeben werden. R.Großmann, P. Sobe

13 Beispiel mit eindimensionalen Feldern als Parameter Funktionsaufruf: void main() { int anzahl; float mittel,messwerte[100]; // Anzahl und Messwerte werden // durch Einlesen belegt mittel=amittel(anzahl, messwerte) ; printf( \narithm.mittel=%f,mittel); R.Großmann, P.Sobe

14 Beispiel mit mehrdimensionalen Feldern als Parameter Funktion zum Transponieren einer quadratischen Matrix mit n² Elementen des Typs integer. Funktionsdefinition: void trans(int n, int ma[ ][10]) { int i,j,h; for (i=0;i<n;i++) for (j=0;j<i;j++) { h=ma[i][j]; ma[i][j]=ma[j][i]; ma[j][i]=h; Beachte: Bei mehrdimensionalen Feldern müssen nach dem leeren ersten Klammerpaar [ ] (Anzahl der Zeilen) unbedingt die nachfolgenden Klammerpaare mit Konstanten, die die genaue Anzahl für diese Dimension darstellen (z.b. genaue Anzahl der Spalten usw.) angegeben werden. Die Anzahl bezieht sich auf die Deklarationsgrenzen des übergebenen Argumentes, nicht auf die möglicherweise geringere Anzahl benutzter Elemente! R.Großmann, P. Sobe

15 Beispiel mit mehrdimensionalen Feldern als Parameter Funktionsaufruf: void main() { int j,i,m; int x[10][10]; printf("m="); scanf("%d",&m); // m<=10 //Belegung der Matrix x for (i=0;i<m;i++) for (j=0;j<m;j++) { printf("x[%d][%d]=",i,j); scanf("%d",&x[i][j]); ; //Transponieren trans(m,x); // Funktionsaufruf, x ist eine Matrix R.Großmann, P. Sobe