Übungspaket 28 Module und getrenntes Übersetzen

Transkript

1 Übungspaket 28 Module und getrenntes Übersetzen Übungsziele: Skript: 1. Verteilen von Programmteilen auf mehrere Dateien 2. Richtige Verwendung der Header-Dateien 3. Richtiger Umgang mit dem C-Compiler Kapitel: 55 und 39 sowie insbesondere auch Übungspaket 17 Semester: Wintersemester 2018/19 Betreuer: Thomas, Tim und Ralf Synopsis: Im Gegensatz zu vielen klassischen Programmiersprachen bietet C die Möglichkeit, das Programm auf mehrere Dateien zu verteilen. Diese Verteilung gestattet es, nur diejenigen Dateien zu übersetzen, die sich auch wirklich geändert haben; die anderen.o-dateien können bleiben, wie sie sind. Diese Option führt zu übersichtlichen Quelltext-Dateien und kann die notwendige Übersetzungszeit bei großen Programmen deutlich reduzieren. Allerdings tritt beim Aufteilen des Quelltextes auf mehrere Dateien das Problem der Konsistenzhaltung auf: es kann vorkommen, dass eine Funktion in einer Datei anders definiert ist, als sie in einer anderen Datei aufgerufen wird. Hier hilft der richtige Umgang mit den Header-Dateien und den #include-direktiven, was wir im Rahmen dieses Übungspaketes probieren wollen.

2 Teil I: Stoffwiederholung Aufgabe 1: Fragen zum Compiler Wie heißen die vier Teilprogramme, die der Compiler nacheinander aufruft? 1. Präprozessor 2. (eigentlicher) Compiler 3. Assembler 4. Linker/Binder Welcher Teil des Compilers bearbeitet die #include-direktiven? Der Präprozessor Welche Phasen beinhaltet der eigentliche Übersetzungsvorgang? Phasen 1-3 Mittels welcher Option hört der Compiler vor dem Binden auf? -c Gib hierfür ein Beispiel. In welcher Datei landet das Ergebnis der eigentlichen Übersetzung? Was weiß der Compiler nach dem Übersetzen von datei.c? gcc -c datei.c datei.o Rein gar nichts. Nehmen wir nun an, wir würden zwei Dateien übersetzen. Was weiß der Compiler von der ersten Datei, beim Übersetzen der zweiten, wenn wir folgende Kommandos verwenden? gcc -c datei-1.c und gcc -c datei-2.c gcc -c datei-1.c datei-2.c Absolut nichts Ebenso wenig Erkläre nochmals kurz in eigenen Worten, was die #include-direktive macht. Der Compiler ersetzt die #include-direktive 1:1 durch die angegebene Datei. Vervollständige die beiden folgenden Beispiele: #include-direktive #include <math.h> #include "vowels.h" Effekt Fügt die Datei math.h ein. Fügt die Datei vowels.h ein; diese wird zunächst im aktuellen Verzeichnis gesucht. Erkläre mit eigenen Worten, wofür man üblicherweise sogenannte.h-dateien verwendet: Die Endung.h ist eine Konvention und steht für Header-Datei. In diese Dateien schreibt man üblicherweise Definitionen (#define-direktiven) und Funktionsdeklarationen hinein, damit der Compiler beim Übersetzen die definierten Werte sowie die Signaturen der Funktionen kennt. Die Datei stdio.h ist eine der besten Beispiele hierfür Wintersemester 2018/19, Einführung in die Praktische Informatik

3 Teil II: Quiz Aufgabe 1: Übersetzen und Binden (Linken) Im Folgenden gehen wir davon aus, dass wir eine Reihe von Dateien haben und diese mittels des C-Compilers übersetzen und/oder binden wollen. in der ersten Spalte steht jeweils das auszuführende Kommando. In der zweiten soll jeweils stehen, welche Dateien übersetzt werden. In der dritten Spalte soll stehen, ob ein lauffähiges Programm zusammengebunden wird und wie ggf. dessen Name lautet. Vervollständige die fehlenden Spalten. Kommando übersetzte Dateien gebundenes Programm gcc datei-1.c datei-1.c a.out gcc datei-1.c -o badman datei-1.c badman gcc -c a.c b.c a.c, b.c ---- gcc a.o b.o ---- a.out gcc -o temperatur x.c y.o x.c (y.o gibt es schon) temperatur gcc -c inge.c peter.c inge.c, peter.c ---- gcc -o supi supi.c supi.c supi Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2018/

4 Teil III: Fehlersuche Aufgabe 1: Eine einfache verteilte Anwendung Chefprogrammierer Dr. Modell-Hammer hat versucht, eine erste kleine verteilte Anwendung zu schreiben. Dabei hat er folgende Struktur im Sinn gehabt: test.c main() hello.h hello.c hello() Übersetzen: gcc -x test test.c hello.h hello.c In dieser Struktur befindet sich in der Datei test.c das Hauptprogramm, das seinerseits die Funktion hello() aufruft, die einen netten Begrüßungstext ausgibt. Diese Funktion gibt den Geburtstag, der als Struktur definiert ist, an die aufrufende Stelle zurück. Leider hat auch Dr. Modell-Hammer ein paar kleine Fehler gemacht... er ist desperate... Das Hauptprogramm: test.c 1 # include <stdio.h> 2 # include " hello.c" 3 4 int main ( int argc, char ** argv ) 5 { 6 struct birthdate birth = hello ( " frida " ); 7 printf ( "my birthday is: %d. %d. %d\n", 8 birth.day, birth. month, birth. year ); 9 } Die Header-Datei: hello.h 1 struct birthdate hello ( char * name ); Das Modul: hello.c 1 # include <stdio.h> 2 # include " hello.h" 3 4 struct birthdate { int day ; int month ; int year ; }; 5 6 struct birthdate hello ( char * name ) 7 { 8 struct birthdate birth ; 9 printf ( " hello %s, my darling!\n", name ); 10 birth. day = 30; birth. month = 2; birth. year = 1991; 11 return birth ; 12 } 28-3 Wintersemester 2018/19, Einführung in die Praktische Informatik

5 hello.c: 4 Zeile Fehler Erläuterung Korrektur struct... Das geht leider schief. Der Compiler kann die Datei hello.c einwandfrei übersetzen. Da aber im Regelfalle alle anderen Dateien nicht eine.c sondern eine.h-datei einbinden, bekommt der Compiler dort nicht mit, was struct birthdate sein soll. Mit anderen Worten: Diese Definition gehört in die.h-datei, damit der Compiler auch bei den anderen.c-dateien weiß, was mit struct birthdate gemeint ist. Verschieben nach hello.h hello.h: 1 Fehlende Definition Wie eben erläutert, muss hier die Definition für die Struktur birthdate hin. dito test.c: 2 hello.c Das Einbinden einer anderen.c-datei wollen wir ja gerade nicht. Dann hätten wir hier gleich alle Zeilen der Datei hello.c hinschreiben können. Wir wollen ja gerade, dass die C-Anweisungen in getrennten Dateien bleiben. Daher bindet man hier üblicherweise eine Header-Datei.h ein. Diese dient dann dem Compiler, damit er weiß, was los ist und somit leichter Fehler entdecken kann, was wiederum uns bei der Programmentwicklung sehr hilft. dito Kommando hello.h zu viel Beim Aufruf des Compilers müssen wir die.c- Dateien angeben; die.h-dateien werden durch die #include-direktiven vom C-Compiler automatisch eingebunden. hello.h streichen Aufgrund seiner Länge haben wir das komplette Programm auf der nächsten Seite abgedruckt. Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2018/

6 Das Hauptprogramm: test.c 1 # include <stdio.h> 2 # include " hello.h" 3 4 int main ( int argc, char ** argv ) 5 { 6 struct birthdate birth = hello ( " frida " ); 7 printf ( "my birthday is: %d. %d. %d\n", 8 birth.day, birth. month, birth. year ); 9 } Die Header-Datei: hello.h 1 struct birthdate { int day ; int month ; int year ; }; 2 3 struct birthdate hello ( char * name ); Das Modul: hello.c 1 # include <stdio.h> 2 # include " hello.h" 3 4 struct birthdate hello ( char * name ) 5 { 6 struct birthdate birth ; 7 printf ( " hello %s, my darling!\n", name ); 8 birth. day = 30; birth. month = 2; birth. year = 1991; 9 return birth ; 10 } Kommando zum Übersetzen: gcc -o test test.c hello.c 28-5 Wintersemester 2018/19, Einführung in die Praktische Informatik

7 Teil IV: Anwendungen Ziel dieses Übungspaketes ist es, ein kleines Programm zu entwickeln, das auf zwei Dateien verteilt ist und dennoch zu einem lauffähigen Programm zusammengebunden wird. Um keine weiteren Probleme zu erzeugen, verwenden wir das Programm zum Zählen von Vokalen aus Übungspaket 24. Vorbemerkung Bevor wir mit der Arbeit loslegen, wiederholen wir hier als Lehrkörper nochmals drei wesentliche Punkte aus dem Skript: 1. Dem Compiler ist es es völlig egal, wo sich welche Funktionen befinden. Er muss aber wissen, in welchen Dateien sie kodiert sind, damit er sie übersetzen und am Ende zu einem Programm zusammenbinden kann. 2. Wenn der Compiler mehrere Dateien übersetzt, egal ob mittels eines oder mehrerer Kommandos, dann übersetzt er die angegebenen Dateien nacheinander. Nach dem Übersetzen jeder einzelnen Datei schreibt er das Ergebnis in eine Ergebnis-Datei (meist eine.o-datei) und vergisst sofort alles! Das bedeutet folgendes: Der Compiler merkt sich nicht irgendwelche Definitionen und/oder Funktionsköpfe; wir müssen selbst dafür sorgen, dass er alles zur richtigen Zeit mitbekommt. 3. Die Verwendung von.h-dateien ist nicht notwendig aber hilft uns und dem Compiler. In einer.h-datei stehen üblicherweise Konstantendefinitionen (beispielsweise #define SIZE 10) und Funktionsdeklarationen (beispielsweise int my ia prt( FILE *fp, int *a, int size );), die auch Prototypen genannt werden. Durch diese Deklarationen kann der Compiler Inkonsistenzen feststellen und uns diese mitteilen, wodurch die Programmentwicklung für uns stark vereinfacht wird. Aufgabe 1: Getrenntes Übersetzen am Beispiel 1. Aufgabenstellung Wir wollen wieder die Anzahl Vokale zählen, die sich in einer Zeichenkette befinden. Damit wir nicht von vorne anfangen müssen, greifen wir auf die Programme aus den Übungspaketen 24 (Anwendungsteil, Aufgaben 2) und 25 zurück. Aber diesmal packen wir die damals entwickelte Funktion int vokale( char * str ) in eine gesonderte Datei. Beide Dateien wollen wir getrennt übersetzen und zu einem Programm zusammenbinden. Das Testen erledigen wir mittels des argc/argv-mechanismus. Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2018/

8 2. Pflichtenheft Aufgabe : Trennen von Funktion (Funktionalität) und Hauptprogramm in mehrere Dateien Eingabe : keine; die Testdaten werden über argc/argv übergeben Ausgabe : Zahl der Vokale je Zeichenkette Sonderfälle : keine 3. Entwurf Da wir diesmal die Programmzeilen trennen wollen, benötigen wir ein paar Überlegungen zum Thema Entwurf, wobei wir ein wenig helfen wollen ;-) Wir wollen also das Hauptprogramm (main) vom Zählen der Vokale (vokale()) trennen. Ferner wollen wir sicherstellen, dass der Compiler überall die selbe Vorstellung bezüglich Funktionstyp und Parameter (Signatur) von der Funktion vokale() hat. Wie viele Dateien benötigen wir? Definiere die benötigten Dateinamen: Drei Dateien main.c, vokale.c und vokale.h 4. Implementierung Hier brauchen wir uns keine weiteren Gedanken machen, da wir bereits alle notwendigen Programmzeilen in den Übungspaketen 24 und 25 entwickelt haben. 5. Kodierung Zuerst die Schnittstelle vokale.h: 1 /* 2 * datei : vokale. h 3 * das hier ist die schnittstelle fuer vokale. c 4 */ 5 6 int vokale ( char * str ); // that s it! simple as this Da wir diese Datei jetzt überall mittels #include "vokale.h" einbinden, kann der Compiler die Konsistenz über die Dateigrenzen hinweg sicherstellen Wintersemester 2018/19, Einführung in die Praktische Informatik

9 Nun die Implementierung der Funktion vokale(): 1 /* 2 * datei : vokale. c 3 * das ist die implementierung der funktion vokale () 4 */ 5 6 # include " vokale.h" 7 8 int vokale ( char * str ) 9 { 10 int cnt ; 11 if ( str!= 0 ) // if ( str ) would be fine as well 12 { 13 for ( cnt = 0; * str ; str ++ ) 14 if ( * str == a * str == A 15 * str == e * str == E 16 * str == i * str == I 17 * str == o * str == O 18 * str == u * str == U ) 19 cnt ++; 20 } 21 else cnt = -1; 22 return cnt ; 23 } Und schließlich das Hauptprogramm main(): 1 /* 2 * datei : main.c 3 * hier befindet sich das hauptprogramm 4 */ 5 6 # include <stdio.h> 7 # include " vokale.h" // nicht vokale.c!!! 8 9 int main ( int argc, char ** argv ) 10 { 11 int i; 12 for ( i = 1; i < argc ; i ++ ) 13 printf ( " str = %s vowels =%d\n", 14 argv [ i ], vokale ( argv [ i ] ) ); 15 } Das war s auch schon :-) Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2018/