Grundlagen der Informatik. Mathias Buhr

Transkript

1 Grundlagen der Informatik 1

2 Übersicht - 2.Übung Rückblick 1. Übung Compiler prozedurale Programmierung in C Variablen Funktionen Kontrollstrukturen Literatur 2

3 Rückblick Information & Entropie Zahlensysteme Binärsystem (Basis 2) Hexadezimalsystem (Basis 16) Zeichencodierung ASCII UTF-8 3

4 Programmierung jeder Maschinentyp hat eigene Maschinensprache Opcodes, Befehle der Maschine nicht portabel, schwer verständlich besser: Mnemonics oder Assembler kaum portabel, ebenfalls schwer lesbar wünschenswert: verständliche Sprache lesbar (z.b. arithmetische Ausdrücke statt Instruktionen) kompakt sicher (z.b. Einschränkung der mgl. Operationen auf einem Datentyp) 4

5 Einführung in C prozedurale (ergo imperative) Programmiersprache Standardisiert mehrere Standards (ANSI-C/C90, C95, C99) sehr hohe Verbreitung für verschiedenste Systeme portiert Einsatz für Betriebssysteme eingebettete Systeme (Handy, etc.) genormte Standard-Bibliothek Die Programmiersprache unter Unix 5

6 Einführung (in C) Eingabe im Editor Code in Textform Fehlerbehebung Übersetzen per Compiler Starten übersetztes Programm (Maschinencode) laufendes Programm Absturz 6

7 Code in Textform klassisches Bsp. aus Kernigham & Ritchie: Beginn des Programms (!) Blockklammern //Kommentar: Beispieldatei hello.c #include <stdio.h> int main(void) printf("hello World!\n"); return 0; } Präprozessor Programmbefehle 7

8 Compiler - allgemein Computerprogramm übersetzt Quellcode in ausführbares Programm bzw. Maschinencode Compiler!= Interpreter (z.b. BASIC, Python, PHP) aber Übergang fließend Compiler für viele Sprachen verfügbar: C, FORTRAN, C++, COBOL, Pascal, u.v.m. Compiler für Virtuelle Maschinen (VM): Java, Haskell just-in-time Compiler (JIT):.Net und Java 8

9 C - Compiler Stufen: Präprozesspor (#) lexikographische Analyse Quellcode Tokens Compiler Decompiler Parser Tokens Syntax Maschinencode Codeerzeugung Syntax Maschinenbefehle Optimierung Decompiler selten Ausgabe nur funktional identisch mit Quellcode! 9

10 Programm in C übersetzen z.b. unter Linux: GNU Compiler Collection Sammlung von C, Fortran, Pascal, Java,...- Compilern Intel C++ Compiler, Visual Studio C++,... für K&R Beispiel (auf Kommandozeile): gcc hello.c Ausgabe: Datei "a.out" Start auf der Kommandozeile (hier ohne Absturz): [buhr@c64]./a.out Hello World! [buhr@c64] 10

11 Programm in C übersetzen Wenn der Compiler Fehler meldet: don't panic! anfangs oft schwer verständlich oft Folgefehler aus 1. Fehler nur den ersten ausgegebenen Fehler inspizieren! Fragen oder Suchmaschine anwerfen fehlendes Anführungszeichen " im printf()-aufruf [buhr@c64] gcc hello.c hello.c:5:9: warning: missing terminating " character hello.c: In function main : hello.c:5: error: missing terminating " character hello.c:6: error: expected expression before return hello.c:7: error: expected ; before } token [buhr@c64] 11

12 Enführung: Sprache C Angabe von Variablen (Vereinbarung, Deklaration) int x; Angabe von Funktionen/Routinen (ebenfalls Vereinbarung, (Vorwärts-)Deklaration) int printf(char* zeichenkette); Ausdrücke: Funktionsaufrufe, Zuweisungen printf("hallo Welt"); x = 0; Kontrollfluß-Befehle & Schlüsselworte if ( x == 0) dosomething(); 12

13 Variablendeklaration Deklaration: Ausdruck der einen Namen in einem Geltungsbereich einführt. Deklaration von Variablen (Speicher+Alias): Datentyp Variablenname; Datentyp Name1, Name2,...; Datentyp definiert Größe (Anzahl der Repräsentationsbits) Codierung (somit auch Interpretationsvorschrift) int anzahl; double mittelwert; //vorzeichbehaftete Ganzzahl //gebrochene Zahl Welche Bezeichner/Namen sind gültig? 13

14 Variablen genauer im Abschnitt "Operatoren" - Übung 3 Zuweisung: int x,y; x = 0; y = 7; x = y; //Deklaration //Initialisierung bzw. Zuweisung Arithmetik int x,y,summe, multi; double mittelwert; x = 320; y = 123; summe = x + y; multi = x * y; mittelwert = summe / 2; //Vorsicht! Erklärung später 14

15 Funktionsdeklaration allgemeine Form: Datentyp Funtionsname(Parametertyp Parametername, ) Deklarationen; Anweisungen; } Beispiel: int printf(const char* zeichenkette,...); int addiere(int a, int b) int sum; sum = a + b; return sum; } //aus Beispiel! 15

16 Kontrollstrukturen - do allgemeine Form: do Deklarationen; Anweisungen; } while ( Ausdruck ); Beispiel: int x = 0; do printf("x = %d\n",x); x = x + 1; } while ( x < 10 ); 16

17 Kontrollstrukturen - while allgemeine Form: while ( Ausdruck ) Deklarationen; Anweisungen; } Beispiel: int x = 0; while ( x < 10 ) printf("x = %d\n",x); x = x + 1; } 17

18 Kontrollstrukturen - for allgemeine Form: for ( Ausdruck1; Ausruck2; Ausdruck3 ) Deklarationen; Anweisungen; } Beispiel (mit "gcc -std=c99 sum.c" kompilieren!): for ( int x = 0; x < 10; x = x + 1 ) printf("x = %d\n",x); } 18

19 Kontrollstrukturen - if allgemeine Form: if ( Bedingung ) Deklarationen; Anweisungen; } else } Beispiel: if ( x == 0 ) //Test auf Gleichheit printf("division durch Null!\n"); } else double quotient = 10.0 / x; } 19

20 Ausgabe mit printf() deklariert als int printf(format, parameter1, parameter2,...); einfachster Fall ohne Parameter printf("hello World!\n"); mit Platzhaltern % und Parametern int zahl = 5; double gzahl = 0.345; printf("ausgabe einer Ganzzahl: %d\n",zahl); printf("ausgabe der zwei Zahlen: %d und %lf\n",zahl,gzahl); Platzhalter mit Formatangabe wird durch Parameter ersetzt 20

21 Ausgabe mit printf() Syntax: %[Parameternummer][Flags][Breite] [.Präzision][Länge]Typ Platzhaltertyp muss zum Datentyp des jeweiligen Parameter passen! %d int %u unsigned int %f double Dokumentation unter Linux: "man printf" double x = ; double y = ; //Reihenfolge x,y beachten! printf("y=%2$9.2f x=%1$.4f\n",x,y); //Ausgabe mit(!) Leerzeichen: y= 0.99 x=

22 komplexes Beispiel #include <stdio.h> int main(void) double a,b,hyp; double hoehe, flaeche, umfang; } a = 3; b = 4; hyp = 5; umfang = a + b + hyp; hoehe = (a * b) / hyp; flaeche = (a * b) / 2; printf("das Dreieck hat die Seiten:\n"); //folgende Zeile soll für die Aufgaben //verwendet bzw. abgewandelt werden printf("kathete a=%lf Kathete b=%lf Hypothenuse hyp=%lf\n",a,b,hyp); return 0; 22

23 Aufgabe 2.1 Compiler, C Benutzen Sie das Beispiel der vorherigen Folie und implementieren Sie die drei Berechnungen als Funktionen. Deren Ergebnisse sollen dann in der main-funktion ausgegeben werden. Die Funktion für die Fläche könnte dann beispielsweise so aussehen: double berechneflaeche(double a, double b) //Berechnung return area; } //und der Aufruf: double flaeche = berechneflaeche(7.0,5.9); Hinweis: Bitte deklarieren/definieren Sie die Funktion VOR der main-funktion. Der Compiler kennt die Funktion sonst "noch" nicht, wenn sie in der main-funktion aufgerufen wird. 23

24 Aufgabe C Die Gleichungen(ausser Umfang) gelten für rechtwinklige Dreiecke. Für die Parameter im Beispiel (a,b,hyp) ist dies der Fall. Prüfen Sie vor den Berechnungen, ob die Kantenlängen einem rechtwinkligem Dreieck entsprechen. Wenn ja, dann kann die Berechnung mit Hilfe der im Beispiel genannten Gleichungen erfolgen. Falls die Seiten nicht rechtwinklig sind, so müssten Fläche und Höhe anders errechnet werden. Das Programm sollte daher in diesen Fällen eine gehaltvolle Fehlermeldung ausgeben und ohne Berechnungen enden.,,er ist der Anführer der Schwindler" - Heraklit 24

25 Literaturempfehlung Grumm, Sommer: Einführung in die Informatik, Oldenburg Wissenschaftsverlag, 2004 Brian W. Kernigham, Dennis Ritchie: Programmieren in C, Hanser Fachbuch, 1990 Karlheinz Zeiner: Programmieren lernen mit C, Hanser,