Begriffe. Textdatei mit C-Anweisungen, meistens mit der Extension.c (KLEIN!)

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1 Begriffe Quellcode, Sourcecode: Befehle einer höheren Programmiersprache z.b. C, C++, Java, Fortran im Klartext, d.h. es handelt sich hier um reine Textdateien. C-Quellcode-Datei: Textdatei mit C-Anweisungen, meistens mit der Extension.c (KLEIN!) C-Headerdatei: Textdatei mit C-Anweisungen (zumeist nur Deklarationen, keine ausführbaren Programmteile) mit der Extension.h C++-Quellcode-Datei: Textdatei mit C++ Anweisungen, hat die Extensions.C,.cc,.cpp (nicht eindeutig). Compiler: Computerprogramm, das aus einer Quellcode-Datei eine Maschinencode-Datei (Objectcode) erzeugt. Manchmal wird dabei im 1. Schritt eine Assembler-Datei erzeugt und daraus produziert im 2. Schritt der Assembler die Objektdatei. Assembler-Datei: Textdatei mit Klartext-Darstellung des Maschinencodes (für Menschen lesbar). Assembler: Computerprogramm, das aus Assemblerdateien Maschinencode-Dateien (Objectcode) erzeugt. Cross-Compiler: Compiler, der Maschinencode für eine andere Computerarchitektur erzeugt. Beispiel: Smartphone-Programme werden auf einem PC entwickelt. Objectcode-Datei: Datei mit Maschinen-Code, die noch nicht ausführbar ist. Extension.o (UNIX),.obj (Windows). Es fehlen z.b. noch die Bibliotheksfunktionen. Library-Datei: Datei, die mehrere Objectcode-Dateien zusammenfasst. Extension.a,.so (UNIX), lib,.dll (Windows) Shared-Library-Datei: Spezielle Library-Datei, die vom Betriebssystem automatisch geladen werden kann. Extension.so (UNIX),.dll (Windows). Static Library: Gegenteil zur Shared-Library, kann nicht automatisch geladen werden. Linker: Computerprogramm, das eine oder mehrere Objektdateien mit den benötigten Bibliotheken zusammenbaut und eine ausführbare Datei (x-bit unter UNIX,.exe unter Windows), das Executable, erzeugt. Aus statischen Bibliotheken benötigte Teile werden hinzugefügt (diese machen also das Programm größer), Teile aus shared- Libraries werden nicht beigefügt sondern erst beim Programmstart vom Betriebssystem dazu geladen. Executable: Das ausführbare, vom Linker erstellte, Programm (.exe unter Windows)

2 Debugger: Hilfsprogramm zum Austesten von Executables. Ermöglicht das Setzen von Breakpoints (dort hält das Programm an), Einzelschrittausführung, Variablenkontrolle während des Programmlaufs, Watchpoints (Bedingungen, die während des Programmlaufes laufend überprüft werden) etc. Profiler: Hilfsprogramm zum Erstellen einer Ausführungs-Statistik. Zeigt an, wie oft Funktionen aufgerufen wurden, wie viel Zeit darin verbracht wurde etc. Mit diesen Informationen kann man ein Programm effizient optimieren. Versionskontrolle (Revision Control System): Datenbanksystem für Software-Entwicklung, die alle Änderungen am Quellcode dokumentiert und vor allem für Programmierteams und große Projekte eingesetzt wird. Make-Utility: Erstellt vollautomatisch aus beliebig vielen Quellcode-Dateien das Executable. Makefile: Steuerdatei für das Make-Utility. IDE: Integrated Developement Environment, Entwicklungsumgebung. Das ist eine grafische Benutzeroberfläche, in der Compiler, Linker, Debugger, Profiler, Make-Utility usw. integriert sind; IDEs sind ideal für größere Projekte, erfordern aber eine gewisse Einarbeitungszeit. Die bekanntesten sind Visual Studio (gibt es für diverse Programmiersprachen von Microsoft zu kaufen) sowie Eclipse und Netbeans für C/C++ und Java als Freeware. Geschichte in Kurzform Geschichte von C: 1972 Dennis Ritchie "erfindet" C in den Bell-Labratories von AT&T als Nachfolger von B 1973 Dennis Ritchie und Ken Thompson programmieren UNIX in C (vgl. MS-DOS 1981) 1977 C-Bibel "The C Programming Language" von ennis. Ritchie und Brian Kernighan erscheint. Dieses Buch definiert den "K&R-Standard" (Kernighan-Ritchie Standard) 1989 Ansi Standard C erscheint, erster offizieller C-Standard, erweitert C-Syntax um Dinge aus C++, die als sinnvoll erkannt wurden. Nicht nur C selbst sondern auch die ganze Laufzeitumgebung (Bibliotheken, Headerdateien) werden verbindlich heißt oft auch C89-Standard 1989/90 Ansi-C wird zum ISO Standard (ANSI Standard X ), kurz C90-Standard ist fast das gleiche wie C Revision des Standards und Erweiterung "Nomative Amendment 1", neue zusätzliche Headerdateien und Bibliotheksfunktionen

3 1999 C99 Standard, es kamen neue Header dazu, z.b. <complex.h>, <inttypes.h> usw. POSIX-Standards: POSIX (Portable Operating Systems Interface) erweitert Standard-C um fast die gesamte UNIX- Laufzeitumgebung; diese Standards gehen weit über den reinen Sprachumfang hinaus kurz und vereinfacht: C90 + UNIX = POSIX. Unbekannterweise ist auch Windows (Xp,7...) POSIX-kompatibel Geschichte von C++: 1980 Bjarne Stroustrup (auch bei AT&T) erweitert C zu C++ (= C mit Klassen) 1986 C++ Bibel "The C++ Programming Language" von Bjarne Stroustrup erscheint 1998 ISO-Standard für C++ erschienen ISO-Standard C++11 erschienen 2014 ISO-Standard C++14 erschienen GNU-Compiler Für die meisten Computersysteme gibt es die GNU-Compiler der Opensource-Gemeinde ohne Kosten als fertiger Download. Diese sind oft auch im Bündel mit IDEs zu erhalten (s.o.) Ursprünglich nur für die C-Sprache geschrieben, unterstützen diese Compiler jetzt auch C++, Java, Fortran Aufruf: gcc (Gnu C-Compiler) C- Quellcode-Datei... g++ (Gnu C++-Compiler) C++-Quellcode-Datei... g77 (Gnu Fortran-Compiler) Fortran-Quellcode-Datei... gcj (Gnu Java-Compiler) Java-Quellcode-Datei... Unter UNIX sind diese Compiler "zumeist" standardmäßig installiert (wenn man die Option "Entwicklungsumgebung" bei der Installation auswählt). Unter Windows kann man sich ein ganzes UNIX-System dazu installieren (das dann innerhalb der Windows Eingabeaufforderung

4 zur Verfügung steht und genauso wie Unix zu bedienen ist): Cygwin ( oder MinGW ( Oder aber man installiert eine Windows-IDE mit den GNU- Compilern, die man dann aber nur mit dem GUI bedienen kann. Beispiele dafür sind die Eclipse- und Netbeans-IDE, die zwar von Haus aus nur Java unterstützen, sich aber mittels einiger Zusatzplugins auch als C oder C++ Entwicklungsplattform bestens eignen. Optionen für alle Gnu-Compiler: --version Gibt nur die Version des Compilers aus -E Starte nur den Präprozessor -c Starte nur den Compiler (+ Präprozessor, Assembler), nicht den Linker -S Erstelle auch eine Assembler-Datei (Maschinesprache-Datei im Klartext) -o filename Nenne den Outputfile filename (statt defaultmäßig a.out) -g baue Unterstützung für den Debugger ein -lbibliothek füge beim Linken die Bibliothek libbibliothek.a oder libbibliothek.so dazu: z.b. -lm fügt libm.a oder libm.so (Mathematik-Bibliothek mit sin, exp,...) -Dmacro Definiere den Makro macro -Dmacro=wert Definiere den Makro macro und setze ihn auf den Wert wert -Wall gib alle wichtigen Warnungen aus -pedantic sei richtig pedantisch beim Übersetzen -v sei gesprächig (verbose) Der Gnu-Compiler entscheidet anhand der File-Extensions, was er mit einem Programm tun soll, d.h. ein.c File wird mit dem C-Compiler übersetzt, ein.f File mit dem Fortran Compiler, ein.o File wird gar nicht übersetzt (da schon fertig) und nur mehr dem Linker übergeben usw. Deshalb ist es wichtig, dass alle Dateien immer die richtigen Extensions haben und auch (unter Unix) die Klein/Großschreibung beachtet wird:.c und nicht.c Gnu Debugger gdb Aufruf: gdb Executable-Name, also meist: gdb a.out Wurde das Programm mit der Compileroption g übersetzt, so kann man mit dem Debugger das Programm schrittweise (Einzelschrittmodus) ablaufen lassen oder aber automatisch an bestimmten Stellen anhalten lassen. Der Debugger zeigt dabei den Quellcode an, der als nächstes zur Ausführung gelangt. Auch im Falle eines Programmabsturzes lassen sich mehr Informationen ausgeben, sodass man die Ursache besser eingrenzen kann. danach stehen z.b. zur Verfügung: b Modulname setze Breakpoint beim Beginn von Funktion Modulname z.b. b main (Breakpoint am Beginn der Funktion main) p Ausdruck zeige Wert von Ausdruck, z.b. p i oder p i*i etc.

5 r starte das Programm, etwaige Argumente folgen dem r s führe 1 Programmschritt aus, verzweige ins Unterprogramm, wenn nötig n führe 1 Programmschritt aus, verzweige nicht in Unterprogramme q quit bt Backtrack (zeige Stack-Geschichte nach Absturz an) Der C-Präprozessor: Vor dem C-Compiler (und dem C++-Compiler) wird immer der C-Präprozessor aufgerufen. Dieser macht folgendes: 1) Kommentare entfernen 2) Präprozessoranweisungen ausführen. Diese beginnen mit dem Zeichen # in der 1. Spalte! 3) Makro-Ersetzungen: Der gesamte restliche Text wird auf Makros untersucht und diese durch den Ersatztext ersetzt #include: Include-Anweisung fügt eine Datei ein (zumeist eine Headerdatei) Dateiname in Spitzklammern <...>: Headerdatei gehört zu Laufzeitsystem Dateiname in Gänsefüßchen "...": Headerdatei ist selbsterstellt #include <stdio.h> // fügt stdio.h des Laufzeitsystems ein // unter Unix zumeist /usr/include/stdio.h #include <sys/types.h> // fügt /usr/include/sys/types.h ein (UNIX) #include "myheader.h" // fügt myheader.h aus dem aktuellen Verzeichnis ein #include "../headers/myheader.h" #define und #undef: Makro definieren bzw. löschen #define SIZE 1000 // Makro ohne Parameter #define PLUS(a, b) a+b // (sehr schlechter) Makro mit Parametern

6 Wird der Makro später im Programm (inclusive Klein-/Großschreibung) erkannt, wird er durch den Ersatztext ersetzt. Jedes SIZE wird daher durch 1000 und jedes Vorkommen von PLUS durch den entsprechenden Ersatztext ersetzt: PLUS(x,3) wird durch x+3 ersetzt. 7*PLUS(2, 3) wird demnach zu 7*2+3 Makros mit Parametern sehen aus wie Funktionsaufrufe, sind allerdings keine. Ich empfehle daher, Makros optisch zu kennzeichnen, z.b. groß schreiben! WICHTIG: Makroersetzungen erfolgen durch reine Textersetzung, daher ist die richtige Definition sehr wichtig. Man sollte folgende ungeschriebenen Regeln befolgen: Ist der Ersatztext komplex, sollte man ihn als Ganzes mit (...) einklammern Bei Makros mit Parametern sollte im Ersatztext jeder einzelne Parameter bei jedem Vorkommen in Klammern () gesetzt werden #define PLUS(a,b) ( (a) + (b) ) // so ist es gut #ifdef, #ifndef, #else, #endif und Varianten: Bedingte Auslassungen: Mit #ifdef Makroname kann abgefragt werden, ob der Makro Makroname definiert ist. Wenn nicht, wird der ganze Text bis #else oder #endif weggelassen. #ifndef dreht die Logik um (Makro ist nicht definiert) Zumeist darf man eine Headerdatei (z.b. xyz.h) nur 1x inkludieren, bei weiteren includes regnet es Fehlermeldungen, da der Compiler Definitionen nur 1x akzeptiert. Dagegen kann man sich schützen, indem man xyz.h so erstellt: /* xyz.h macht blablabla, copyright gehört blablabla */ #ifndef XYZ_H #define XYZ_H // Makroname abgleitet von Dateiname // definiere als erstes diesen Makro... // Rest von xyz.h #endif // Ende von xyz.h Eine solche Headerdatei wird nur beim ersten Mal wirklich inkludiert, da bei allen weiteren #include "xyz.h" der Makro XYZ_H schon definiert ist und daher nichts eingefügt wird. Makros können auch durch die Option -D beim Compileraufruf definiert werden!

7 Vordefinierte Makros (nicht vollständig): LINE Zeilennummer dieses Makros in der aktuellen Datei FILE Name der Datei in "", in der dieser Makro verwendet wird #error: Fehlerabbruch Dadurch kann man einen Compilerlauf mit Fehlermeldung beenden #error Dieses Programm ist noch nicht fertig #error Diese Zeile sollte eigentlich nicht im Programm stehen