Organisatorisches. Einführung in die Programmierung in C Hochschule Regensburg Universitätsstraße 31, Regensburg

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1 Organisatorisches Einführung in die Programmierung in C Hochschule Regensburg Universitätsstraße 31, Regensburg Prof. Dr. Jan Dünnweber Wenn Sie kommen kommen Sie pünktlich Aus Respekt vor Ihren Mitstudierenden, während der Vorlesung keine Gespräche... keine Telefonate... bringen Sie sich adäquat ein... Rück- und Zwischenfragen: Gerne! Kontakt jan.duennweber@hs-regensburg.de Sprechstunde, i.d.r. Freitags 11:30-12:30, sonst nach Vereinbarung Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 2 von 20 Programmierung 1 DPS-Homepage (Distributed and Parallel Systems) Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 3 von 20 Programmierung 1 In medias res: Unix und C Warum eigentlich Unix? Unix Varianten (FreeBSD, OpenBSD, NetBSD, Linux,...) für jede gängige Hardware-Architektur kostenlos erhältlich Kostenlose Compiler, Debugger, IDEs,...(GNU Software, fsf.org) Der komplette Quell-Code des Systems ist verfügbar... und Warum C? Relativ alte Sprache (erste Version 1971) aber im Bereich der Systemprogrammierung noch immer die Sprache der Wahl C ist kompakt, transparent, maschinennah und hoch-performant C ist nicht objekt-orientiert, high-level, plattformunabhängig C ist eine optimale Grundlage für das Erlernen von C++, Java, etc. Standardwerk zu C: Brian W. Kernighan, Dennis M. Ritchie Programmieren in C 2. Auflage, Hanser Verlag, 1990 ISBN: Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 4 von 20 Programmierung 1

2 Literatur Werkzeuge für die C-Programmierung C.L. Tondo und S. E. Gimpel, Das C-Lösungsbuch zu K&R 1989 ISBN M. McGrath, C Programming in easy steps, 2.te Auflage, 2006 ISBN Jürgen Wolf, C von A bis Z, 1200 Seiten, 2009 ISBN Jürgen Wolf, Grundkurs C, 9,90 EUR, 2010 ISBN P. Prinz und T. Crawford, C in a Nutshell, 2006 ISBN Steve Oualline, Practical C Programming, 1997 ISBN H. Erlenkötter, Programmieren in C, 4.te Auflage 2001 ISBN , 12 EUR Von Studenten empfohlen: grünes Buch... Editor, Compiler, IDE, etc. Alle Übungen lassen sich auch von zu Hause aus bearbeiten. Es werden nur OpenSource Werkzeuge verwendet Als Entwicklungsumgebung dient die Eclipse IDE Einheitliche Umgebung für Java und C Minimierter einmaliger Lernaufwand Alternativ könenn (für die ersten Übungen) auch nur die rudimentären UNIX-Tools (vi & emacs) verwendet werden. Auch diese werden in der Vorlesung behandelt Der OpenSource gcc Compiler kann auch unter Windows, nach der Installation von Cygwin oder MinGW benutzt werden Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 5 von 20 Programmierung 1 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 6 von 20 Programmierung 1 Alle Schlüsselwörter von C In der folgenden Tabelle sind alle Schlüsselwörter von ANSI C aufgelistet: auto break case char const continue default do double else enum extern float for goto if int long register return short signed sizeof static struct switch typedef union unsigned void volatile while In der Vorlesung werden wir den meisten Schlüsselwörtern wieder begegnen (nicht allen: z.b. goto nicht, da die Verwendung schnell zu schlechtem Programmierstil verführt, Edsger Dijkstras Artikel in ACM 3/68: Go To Statement Considered Harmful) Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 7 von 20 Programmierung 1 C in einem Semester Um zügig in die Programmierung einzusteigen, wird die Verwendung einzelner Befehle und Konzepte vorweg genommen (z.b. I/O), bevor die Grundlagen systematisch eingeführt werden Fundamentale Konzepte (z.b. Adress- und Speicherverwaltung) werden wir mehrfach besprechen Zur Kontrolle des eigenen Lernfortschritts ist v.a. die eigenständige Bearbeitung der Übungsaufgaben nötig Wir wollen das Ziel im Auge behalten daher Schnellkurs aber kein Crash-Kurs Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 8 von 20 Programmierung 1

3 Agenda Kurze Historie von C Inhalte der Vorlesung Elementare Einführung C Programm Syntax Datentypen, Variablen und Konstanten Operatoren und Ausdrücke, Kontrollstrukturen Funktionen und Programmstruktur Zeiger, Felder und Strukturen Ein- / Ausgabe und weitere Bibliotheksfunktionen Anfang der siebziger Jahre von Kernighan und Ritchie für UNIX entwickelt C ist eine sehr systemnahe Sprache, die es ermöglicht (fast) ohne Assembler auszukommen ANSI C wurde 1988 standardisiert und existiert für nahezu alle Betriebssysteme wurde die objektorientierte Erweiterung C++ von Bjarne Stroustrup in den Bell Laboratorien entwickelt Viele Sprachen wie z.b. Java, Objective C, Perl, PHP etc. besitzen eine C ähnliche Syntax und sind mit C Kenntnissen leicht zu erlernen: Man muss sich nur noch die objektorientierten Paradigma aneignen Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 9 von 20 Programmierung 1 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 10 von 20 Programmierung 1 Die wichtigsten Programmiersprachen Prinzipien der C-Programmierung 50s 60s 90s Java C++ C BCPL PL360 Delphi ML Smalltalk SIMULA LISP Oberon Modula Pascal ALGOL 68 ALGOL COBOL Assembler Ada Prolog PL/1 Basic Fortran Ein Programm besteht aus einer Menge von Anweisungen für den Computer In den höheren Programmiersprachen sind diese Anweisungen in einer dem Menschen verständlichen, lesbaren Form notiert, dem sogenannten Quelltext ( Sourcecode) Dieser besteht aus einer Folge von Zeichen: Den Buchstaben a-z, A-Z sowie dem Unterstrich Den Ziffern 0-9 Sonderzeichen und dem Leerzeichen Die Syntax der Sprache bestimmt die erlaubten Ausdrücke, die verwendet werden dürfen Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 11 von 20 Programmierung 1 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 12 von 20 Programmierung 1

4 Aufbau von C Programmen C-Programme bestehen aus Ausdrücken. (i.e. ;-terminated expressions) int x; /* Eine Variable x wird deklariert */ x = 2 + 3; /* Der Variableninhalt wird als 2+3=5 definiert */ Anweisungen können zu Blöcken zusammengefasst werden, die durch geschweifte Klammern {} eingeleitet und beendet werden. if(x>4) { /* Nur wenn x größer ist als 4... */ y = 2; } /*... wird der Block ausgeführt */ Übung: Machen Sie sich anhand der Referenz mit dem GNU-Debugger vertraut, analysieren Sie einfache Beispiele von Primitive Datentypen C stellt verschiedene primitive Datentypen bereit, z.b. ganze Zahlen (int), rationale Zahlen (float) und einzelne Zeichen (char) Bevor eine Variable verwendet wird, muss diese deklariert werden, d.h. Typ und Name werden vereinbart int g; /* g ist eine ganze Zahl */ float r; /* r ist eine rationale Zahl */ char z; /* z ist eine einzelnes Zeichen */ Die Bezeichner ( Namen) g, r, z sind willkürlich gewählt Den deklarierten Primitiven wird zur Laufzeit automatisch der entsprechende Speicherplatz zugewiesen Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 13 von 20 Programmierung 1 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 14 von 20 Programmierung 1 Anweisungen und Ausdrücke Ein erstes Programm Anweisungen (instructions) werden in C zu Ausdrücken (expressions) zusammengefasst Ein Ausdruck wird immer durch ein Semikolon beendet, z.b. zpi = 2 * 3.14; Dieser Ausdruck bedeutet: Multipliziere die Zahl 2 mit der Zahl 3.14 und weise das Ergebnis einer Variablen mit dem symbolischen Namen zpi zu Zuerst wird die rechte Seite des Satzes (Anweisung Multipliziere) anschließend die linke Seite des Satzes (Anweisung Wertzuweisung des Ergebnisses an zpi ausgeführt Testausgabe auf dem Bildschirm Jedes C Programm besitzt eine main Funktion, die vom Betriebssystem beim Programmstart aufgerufen wird Die main Funktion gibt nach der Abarbeitung an das Betriebssystem einen Rückgabewert zurück, der signalisiert, ob der Aufruf erfolgreich war (return 0) oder nicht (return 1 bzw. Fehlercode) #include <stdio.h> int main(int argc, char argv) { printf("studieren ist toll!\n"); / Hello World / return 0; } Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 15 von 20 Programmierung 1 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 16 von 20 Programmierung 1

5 Bestandteile des C- Klassikers Hello World Was haben wir gelernt? / Der C Klassiker / #include <stdio.h> / Standard I/O Deklarationen einbinden / / main Funktion ist der C Einstiegspunkt / int main(int argc, char argv) { / Hello World per Funktion printf ausgeben / printf("hello World!\n"); / Das Programm mit return Wert 0 beenden / return 0; } Die main Funktion gibt die Zeichenkette Hello Word mit der Bibliotheksfunktion printf aus Die Funktion printf wird in der Datei stdio.h deklariert und per include Anweisung bekannt gemacht Mit /*... */ werden Kommentare im Quelltext markiert Zusammenfassung C ist eine alte aber immer noch moderne Programmiersprache C ist den Hochsprachen zuzurechenen, d.h. C muss vor der Ausführung in Assembler übersetzt werden Es gibt wenige Schlüsselwörter aber mächtige Kontrollstrukturen Werkzeuge sind frei verfügbar ( Der sichere Umgang mit Variablen und Kontrollstrukturen, wie Zuweisungen, Schleifen, Bedingungen usw. erfordern v.a. viel Übung.. Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 17 von 20 Programmierung 1 Prof. Dr. Jan Dünnweber, Folie 18 von 20 Programmierung 1