Programmieren in C. C Syntax Datentypen, Operatoren und Kontrollstrukturen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff

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1 Programmieren in C C Syntax Datentypen, Operatoren und Kontrollstrukturen Prof. Dr. Nikolaus Wulff

2 Elementare Typen Imperative und objektorientierte Programmiersprachen bieten i.d.r. einen Satz elementarer Typen an: Natürliche Zahlen (Integer) reale Zahlen (Float oder Real) Zeichen (char) und Wahrheitswerte (boolean). C verfügt über eine Reihe von elementaren Typen (basic oder primitive types): int, short, long, float, double, char. Der Typ einer Variable legt fest die Wertemenge (z.b. int nur ganze Zahlen) und die zulässigen Operationen (z.b. int Addieren, Subtrahieren) Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 2

3 Basisdatentypen und Literale C kennt keinen Typen für Zeichenketten Escape Sequenzen Zeichenketten sind ein Array von chars. Zeichen (char): Konstanten: o, \t, \u007a (Unicode hexadezimal 'z') Zeichenketten (String): Konstanten: Hallo ganze Zahlen: Konstanten: 47(int), 47890L (long), 077 (oktal), 07777L (oktal long) durch führende Null, 0x89ab (hexadezimal), 0XC0B0L (hex long) durch X Fließkommazahlen: Konstanten: 3.141F, 6.02E23, 6.02E23F, 6.02E23D \ b /* backspace */ \ t /* horizontal tab */ \ n /* line feed */ \ f /* form feed */ \ r /* carriage return */ \ " /* double quote " */ \ ' /* simple quote ' */ \ \ /* backslash \ */ Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 3

4 Die numerischen Datentypen numerische Datentypen: Jede prozedurale Programmierspache bietet elementare numerische Datentypen mit den zugehörigen Operationen +,-,*,/,%,... an. Die Wertebereiche dieser Datentypen sind meist maschinenabhängig, was die Übertragbarkeit von Programmen erschwert. Wertebereiche sind in <limits.h> und <float.h> deklariert. Typ Größe Wertebereich (für 64 Bit OS) char 1 Byte -128 bis 127(Zeichen als Integer!) short 2 Bytes bis int (2)4 Bytes bis long (4)8 Bytes bis float 4 Bytes 1,2*10-38 bis 3,4*10 38 double 8 Bytes 2,3* bis 1,7* Der genaue Wertebereich hängt vom Betriebsystem ab! Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 4

5 Unsigned Datentypen Zusätzlich zu den Typen short, int und long kennt C noch unsigned Typen deren Wertebereich bei 0 beginnt: Typ Größe Wertebereich unsigned short 2 Bytes 0 bis unsigned int 4 Bytes 0 bis unsigned long 8 Bytes 0 bis Die unsigned Typen belegen den selben Speicherplatz, nur das Vorzeichenbit wird anders interpretiert. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 5

6 Überlauf Die Ganzzahlen besitzen nur einen endlichen Zahlenbereich. Werden zwei große Zahlen addiert kann es zu einem Überlauf kommen. Beispiel 2-Bit Zahlenbereich 2 2 =4 => Zahlen von min=0 bis 3=max: High Bit Low Bit Dezimal = 1??? = 5 mod 4 = 1 Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 6

7 Zahlenkreis Die endliche N-Bit Repräsentation der Ganzzahlen erfordert es die Zahlen nicht als unendlichen Geradenstrahl sondern als Kreis vorzustellen. -2 N-1 2 N Byte Darstellung d.h Zahlen Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 7

8 Signed und unsigned Darstellung Zu einem N-Bit Bereich gibt es 2 N Zahlen. Je nachdem ob diese N Bits als signed oder unsigned interpretiert werden ergeben sich andere Zahlen: Beispiel 2Bit 2 2 =4 Zahlen High Bit Low Bit Unsigned??? Signed Unsigned: Zahlen von 0 bis 2 N -1 Signed: Zahlen von -2 N-1 über 0 bis 2 N-1-1 Bei Signed gibt das höchste Bit das Vorzeichen an. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 8

9 Konvertierungen Automatisch short nach int int nach long long nach float float nach double Manuelle Konvertierungen Explizit casten Z.B.: double d = 1.23; float f = (float) d; char Automatische Konvertierung mit +/- Operator. Z.B 'c' 'C' 'A' => 2 C behandelt den char Datentypen intern als einen unsigned int mit 2 8 =256 Zeichen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 9

10 Operatoren Operator Funktion, arithmetisch Operator Funktion, boolesche * / % Multiplikation Division Modulo Addition Subtraktion Inkrement Dekrement! < <= > >= && logisches NICHT (NOT) kleiner als kleiner als oder gleich größer als größer als oder gleich logisches UND (AND) logisches ODER (OR) Redundante Operatoren: saldo++; => saldo = saldo + 1; Operator ==!= = Funktion Gleichheit Ungleichheit Zuweisung Operator & ^ << >> ~ Funktion, bitweise Bit-AND Bit-OR Bit-XOR exklusiv oder Bit Verschiebung links Bit Verschiebung rechts Bit-Komplement Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 10

11 Bit Operatoren Verknüpfungstabelle: z = x op y & ^ <<n *2 n >>n /2 n 2 & 3 = 010 bin & 011 bin = 010 bin = 2 2 & 4 = 010 bin & 100 bin = 000 bin = 0 2&&4 = 010 bin && 100 bin = 001 bin = = 010 bin 100 bin = 110 bin = 6 2 ^ 3 = 010 bin ^ 011 bin = 001 bin = 1 3 <<1 = 0011 bin <<1 = 0110 bin = 6 3 <<2 = 0011 bin <<2 = 1100 bin = 12 9 >>2 = 1001 bin >>2 = 0010 bin = 2 Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 11

12 Boolsch versus Bitweise Beachten Sie den Unterschied zwischen den Bitweisen und den boolschen Operatoren. int x,y,u,v; x = 1; y = 2; u = x & y; v = x && y; // => u = 0 // v = & 1 0 u = 0 0 v = 1 && 2 => 1 C kennt keinen boolschen Datentypen. Jeder Wert x ungleich 0 wird als True interpretiert. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 12

13 Tricks in C Es gibt tückische Ausdrücke in C, die nicht sofort einsichtig sind: Der erste Ausdruck löscht in x alle Bits bis auf die letzten sieben, der zweite Ausdruck setzt die letzten 6 Bits von y auf 0. Achtung 077 und 0177 sind Oktalzahlen! 0177 okt = bin x = x & 0177; y = y & ~077; 077 okt = bin = 63 dez => ~077 okt = bin Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 13

14 Operationen mit Basisdatentypen Zusammenziehen von Operationen und Zuweisungen möglich: sum = sum + count sum = sum + 1 Operationen mit Seiteneffekt: sum++ sum += count (a!= 0) & ((100 / a) > 10) u.u. Division durch 0 Kurzschlußlogik (&& und ): boolscher Ausdruck wird nur solange ausgewertet, bis das Ergebnis feststeht: (a!= 0) && ((100 / a) > 10) immer o.k. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 14

15 Variablen und Konstanten Vor ihrer Verwendung müssen Variablen und Konstanten bekannt gemacht, d.h. deklariert werden. Das kann an jeder beliebigen Stelle im Source-Code geschehen: Angabe des Typs, der die Wertemenge und die zulässigen Operationen bestimmt, Nennung ihres Bezeichners. Vom Laufzeitsystem wird jede Variable mit einem standardisierten Initialwert belegt. Optional kann bei der Deklaration ein Initialwert zugewiesen werden. Syntax in C: <VarDeklaration> := <Typ> <Bezeichner> Beispiel: int i; double d = 1.123; char c = 'a'; Eine Konstante wird mit dem Schlüsselwort const deklariert. Bei der Deklaration muß der Wert der Konstanten angegeben werden. Beispiel: const int i = 10; const double pi = ; const char a = 'a'; Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 15

16 Schlüsselwörter in ANSI-C C ist eine überschaubare Sprache. Sie besitzt lediglich 30 reservierte Schlüsselwörter: auto break case char continue default do double else entry enum extern float for goto if int long register return short sizeof static struct switch typedef union unsigned void while Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 16

17 Die if-else-anweisung Beispiel 1: if (x < 0) y = -1; else if (x > 0) y = 1; else y = 0; Beispiel 2: if (x > 0) if (x == 42) y = 4711; else y = 0; Beispiel 3: if (x > 0) { if (x == 42) { y = 4711; } else { y = 0; } } if ( <expr>) statement 1 ; else statement 2 ; Vorsicht bei geschachtelten if-anweisungen: ein else- Zweig bezieht sich immer auf die letzte if-anweisung ohne else-zweig. Explizite Klammerung hilft, Fehler zu vermeiden! Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 17

18 Themperaturumwandlung... int main() { float v, f, c; char scale; printf("insert scale {C F}: "); scale = getchar(); /* char von der Konsole lesen */ for (v =0; v <= 100; v +=10) { if(scale == 'c' scale == 'C') { c = v; f = 9.0/5.0*c ; printf("%5.1f C sind %5.1f F\n", c, f); } else if (scale == 'f' scale == 'F') { f = v; c = 5.0/9.0*(f ); printf("%5.1f F sind %5.1f C\n", f, c); } else { printf("enter either C or F scale..."); return 0; } } return 1; Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 18 }

19 Die switch-anweisung Anstatt vieler gleichwertiger if - else Anweisungen bietet sich häufig die switch-anweisung an: switch( <expr> ) { case <const 1 >: statement 1 ; break; } case <const 2 >: statement 2 ; break;... case <const N >: statement N ; break; default: statement default Entspricht eine der Konstanten <const j > dem Wert des Ausdrucks <expr> {char, int, long} so wird die zugehörige Anweisung ausgeführt. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 19

20 Beispiel switch-anweisung Beispiel: ch = a ; switch ( ch ) { case A : case a : a_counter++; break; case E : case e : e_counter++; break; case I : case i : i_counter++; break; case O case o : o_counter++; break; case U : case u : i_counter++; break; }; default: case label consonant_counter++; break; Als case label verwenden wir Konstanten vom Typ int, long oder char. Was passiert, wenn die break-anweisung fehlt? zwei case label denselben Wert haben? keiner der Fälle zutrifft und die default-anweisung fehlt? Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 20

21 Themperatur switch... printf("insert scale {C F}: "); scale = getchar(); /* read char */ for (v =0; v <= 100; v +=10) { switch(scale) { case 'C': case 'c': c = v; f = 9.0/5.0*c ; printf("%5.1f C sind %5.1f F\n", c, f); break; case 'F': case 'f': f = v; c = 5.0/9.0*(f ); printf("%5.1f F sind %5.1f C\n", f, c); break; default: printf("enter either C or F scale..."); } /* end switch */ } Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 21

22 Die do-while-schleife Beispiel einer while-schleife: r = p % q; while (r!= 0) { p = q; q = r; r = p % q; } Dasselbe Beispiel als do-schleife: do { r = p % q; p = q; q = r; } while (r!= 0); while-schleifen lassen sich immer als do-schleifen formulieren. while ( <expr>) statement; do statement; while ( <expr>) Vorsicht: die do-schleife ist genau wie die while-schleife eine Solange- Noch Schleife. Der Schleifenkörper wird ausgeführt, solange die Wiederholungsbedingung noch gültig ist. while-schleifen testen die Wiederholungsbedingung vor dem ersten Durchlauf. Ungeschützte do-schleifen laufen vor dem Test mindestens einmal durch. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 22

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