D.2 Sprachüberblick. D Einführung in die Programmiersprache C. D.1 C vs. Java. D.1 C vs. Java. 1 Erstes Beispiel. 1 Erstes Beispiel (2) 1 C hat nicht

Transkript

1 D Einührung in die Programmiersprache C D Einührung in die Programmiersprache C D.1 C vs. Java 1 Erstes Beispiel Java: objektorientierte Sprache Die Datei hello.c enthält die olgenden Zeilen: zentrale Frage: aus elchen Dingen besteht das Problem Gliederung der Problemlösung in Klassen und Objekte Hierarchiebildung: Vererbung au Klassen, Teil-Ganze-Beziehungen Ablau: Interaktion zischen Objekten /* say "hello, orld" */ main() print("hello, orld\n"); C: imperative / prozedurale Sprache Die Datei ird mit dem Kommando cc übersetzt: zentrale Frage: elche Aktivitäten sind zur Lösung des Problems auszuühren Gliederung der Problemlösung in Funktionen Hierarchiebildung: Untergliederung einer Funktion in Teilunktionen Ablau: Ausührung von Funktionen % cc hello.c (C-Compiler) oder % gcc hello.c (GNU-C-Compiler) dadurch entsteht eine Datei a.out, die das ausührbare Programm enthält. D.1 ausührbares Programm liegt in Form von Maschinencode des Zielprozessors vor (kein Byte- oder Zischencode)! D.3 D.1 C vs. Java D.1 C vs. Java 1 Erstes Beispiel (2) 1 C hat nicht Klassen und Vererbung Objekte umangreiche Klassenbibliotheken 2 C hat Zeiger und Zeigerarithmetik Präprozessor Mit der Option -o kann der Name der Ausgabedatei auch geändert erden z. B. % cc -o hello hello.c Das Programm ird durch Auru der Ausgabedatei ausgeührt: %./hello hello, orld % Kommandos erden so in einem Fenster mit UNIX/Linux-Kommandointerpreter (Shell) eingegeben es gibt auch integrierte Enticklungsumgebungen (z. B. Eclipse) Funktionsbibliotheken D.2 D.4

2 2 Aubau eines C-Programms 4 ie ein C-Programm nicht aussehen sollte: rei ormulierbar - Zischenräume (Leerstellen, Tabulatoren, Neline und Kommentare) erden i. a. ignoriert - sind aber zur eindeutigen Trennung direkt benachbarter Worte erorderlich Kommentar ird durch /* und */ geklammert keine Schachtelung möglich Identiier (Variablennamen, Marken, Funktionsnamen, ) sind aus Buchstaben, geolgt von Ziern oder Buchstaben augebaut "_" gilt hierbei auch als Buchstabe Schlüsselörter ie i, else, hile, us. können nicht als Identiier verendet erden Identiier müssen vor ihrer ersten Verendung deklariert erden Aneisungen erden generell durch ; abgeschlossen #deine o deine #o o rite #o ooo (unsigned) #o o_o_ 1 #o _o_ char #o _oo goto #o _oo_ read #o o_o or #o o_ main #o o i #o oo_ 0 #o _o(_,, )(void) o(_,,ooo( )) #o o(o_o_<<((o_o_<<(o_o_<<o_o_))+(o_o_<<o_o_))) +(o_o_<<(o_o_<<(o_o_<<o_o_))) o_()_o =oo_,,, [ o];_oo ; : = o-o : _o(o_o_,, =(_-o_o_<?_- o_o_: ));o_o(; ;_o(o_o_,"\b",o_o_), --); _o(o_o_," ",o_o_);o (-- )_oo ;_o(o_o_,"\n",o_o_); :o (_=_oo_( oo_,, o))_oo ; D.5 sieht eher ie Morse-Code aus, ist aber ein gültiges C-Programm. D.7 3 Allgemeine Form eines C-Programms: /* globale Variablen */ /* Hauptprogramm */ main() /* lokale Variablen */ /* Aneisungen */ Datentypen Konstanten Variablen Ganze Zahlen Fließkommazahlen Zeichen Zeichenketten /* Unterprogramm 1 */ unction1() /* lokale Variablen */ /* Aneisungen */ /* Unterprogramm n */ unctionn() /* lokale Variablen */ /* Aneisungen */ D.6 D.8

3 1 Was ist ein Datentyp? 2 Standardtypen in C (2) Menge von Werten + Menge von Operationen au den Werten Konstanten Variablen Darstellung ür einen konkreten Wert (2, 3.14, a ) Namen ür Speicherplätze, die einen Wert aunehmen können Konstanten und Variablen besitzen einen Typ Datentypen legen est: Repräsentation der Werte im Rechner Größe des Speicherplatzes ür Variablen erlaubte Operationen Festlegung des Datentyps implizit durch Verendung und Schreibeise (Zahlen, Zeichen) explizit durch Deklaration (Variablen) D.9 Die Bedeutung der Basistypen kann durch vorangestellte Typ-Modiier verändert erden short, long legt ür den Datentyp int die Darstellungsbreite (i. a. 16 oder 32 Bit) est. Das Schlüsselort int kann auch eggelassen erden long double double-wert mit ereiterter Genauigkeit (je nach Implementierung) mindestens so genau ie double signed, unsigned legt ür die Datentypen char, short, long und int est, ob das erste Bit als Vorzeichenbit interpretiert ird oder nicht D.11 2 Standardtypen in C 3 Variablen Eine Reihe häuig benötigter Datentypen ist in C vordeiniert char int loat double void Zeichen (im ASCII-Code dargestellt, 8 Bit) ganze Zahl (16 oder 32 Bit) Gleitkommazahl (32 Bit) eta au 6 Stellen genau doppelt genaue Gleitkommazahl (64 Bit) eta au 12 Stellen genau ohne Wert Variablen haben: Namen (Bezeichner) Typ zugeordneten Speicherbereich ür einen Wert des Typs Inhalt des Speichers (= aktueller Wert der Variablen) ist veränderbar! Lebensdauer ann ird der Speicherplatz angelegt und ann reigegeben Bezeichner A Z,a z,_ A Z,a z,_ 0 9 D.10 (Buchstabe oder _, evtl. geolgt von beliebig vielen Buchstaben, Ziern oder _) D.12

4 3 Variablen (2) 4 Ganze Zahlen Typ und Bezeichner erden durch eine Variablen-Deklaration estgelegt (= dem Compiler bekannt gemacht) Deinition reine Deklarationen erden erst in einem späteren Kapitel benötigt vorerst beschränken ir uns au Deklarationen in Variablen-Deinitionen eine Variablen-Deinition deklariert eine Variable und reserviert den benötigten Speicherbereich unsigned signed short long int, Typ Bezeichner ; = Wert D.13 Speicherbedar(short int) Speicherbedar(int) Speicherbedar(long int) Speicherbedar(int): meist 32 Bit Konstanten (Beispiele): 42, (oktal = ) 0x10 (hexadezimal = ) 0x1d (hexadezimal = ) D.15 3 Variablen (3) 5 Fließkommazahlen Variablen-Deinition: Beispiele int a1; loat a, b, c, dis; int anzahl_zeilen=5; char Trennzeichen; Position im Programm: nach jeder "" außerhalb von Funktionen neuere C-Standards und der GNU-C-Compiler erlauben Deinitionen an beliebiger Stelle im Programmcode: Variable ab der Stelle gültig Wert kann bei der Deinition initialisiert erden Wert ist durch Wertzueisung und spezielle Operatoren veränderbar Lebensdauer ergibt sich aus der Programmstruktur D.14 Deinition Speicherbedar(loat) Speicherbedar(double) Speicherbedar(long double) Speicherbedar(loat): 32 Bit Konstanten (Beispiele): long loat double normale Dezimalpunkt-Schreibeise 3.14, , , aber nicht einach 1 (äre eine int-konstante!) 10er-Potenz Schreibeise ( = , = ) e2, 3.0e-3 D.16

5 6 Zeichen 7 Zeichenketten (Strings) Bezeichnung: char Bezeichnung: char * Speicherbedar: 1 Byte Speicherbedar: (Länge + 1) Bytes Repräsentation: ASCII-Code zählt damit zu den ganzen Zahlen Repräsentation: Folge von Einzelzeichen, letztes Zeichen: 0-Byte (ASCII-Wert 0) Konstanten: Zeichen durch geklammert Beispiele: a, X Sonderzeichen erden durch Escape-Sequenzen beschrieben Tabulator: \t Backslash: \\ Zeilentrenner: \n Backspace: \b Apostroph: \ Werte: alle endlichen Folgen von char-werten Konstanten: Zeichenkette durch " " geklammert Beispiel: "Dies ist eine Zeichenkette" Sonderzeichen ie bei char, " ird durch \" dargestellt Beispiel ür eine Deinition einer Zeichenkette: char *Mitteilung = "Dies ist eine Mitteilung\n"; D.17 D.19 6 Zeichen (2) American Standard Code or Inormation Interchange (ASCII) NUL 00 BS 08 DLE 10 CAN 18 SP 20 ( H 48 P 50 X h 68 p 70 x 78 SOH 01 HT 09 DC1 11 EM 19! 21 ) A 41 I 49 Q 51 Y 59 a 61 i 69 q 71 y 79 STX 02 NL 0A DC2 12 SUB 1A " 22 * 2A 2 32 : 3A B 42 J 4A R 52 Z 5A b 62 j 6A r 72 z 7A ETX 03 VT 0B DC3 13 ESC 1B # B 3 33 ; 3B C 43 K 3B S 53 [ 5B c 63 k 6B s 73 7B EOT 04 NP OC DC4 14 FS 1C $ 24, 2C 4 34 < 3C D 44 L 3C T 54 \ 5C d 64 l 6C t 74 7C ENQ 05 CR 0D NAK 15 GS 1D % 25-2D 5 35 = 3D E 45 M 3D U 55 ] 5D e 65 m 6D u 75 7D ACK 06 SO 0E SYN 16 RS 1E & 26. 2E 6 36 > 3E F 46 N 3E V 56 ^ 5E 66 n 6E v 76 ~ 7E BEL 07 SI 0F ETB 17 US 1F 27 / 2F 7 37? 3F G 47 O 3F W 57 _ 5F g 67 o 6F 77 DEL 7F D.18 D.4 Ausdrücke Ausdruck = gültige Kombination von Operatoren, Konstanten und Variablen Reihenolge der Ausertung Die Vorrangregeln ür Operatoren legen die Reihenolge est, in der Ausdrücke abgearbeitet erden Geben die Vorrangregeln keine eindeutige Aussage, ist die Reihenolge undeiniert Mit Klammern ( ) können die Vorrangregeln überstimmt erden Es bleibt dem Compiler reigestellt, Teilausdrücke in möglichst eizienter Folge auszuerten D.4 Ausdrücke D.20

6 3 spezielle Zueisungsoperatoren 1 Zueisungsoperator = Zueisung eines Werts an eine Variable Verkürzte Schreibeise ür Operationen au einer Variablen a op= b a = a op b mit op +,, *, /, %, <<, >>, &, ^, int a; a = 20; Beispiele: a = -8; a += 24; /* -> a: 16 */ a /= 2; /* -> a: 8 */ D.21 D.23 2 Arithmetische Operatoren 4 Vergleichsoperatoren ür alle int und loat Werte erlaubt + Addition Subtraktion * Mulitiplikation / Division % Rest bei Division, (modulo) unäres negatives Vorzeichen (z. B. 3 ) unäres + positives Vorzeichen (z. B. +3 ) < kleiner <= kleiner gleich > größer >= größer gleich == gleich!= ungleich Beachte! Ergebnistyp int: ahr (true) = 1 alsch (alse) = 0 Beispiele: a = * 20-8; a > 3 a <= 5 a == 0 i ( a >= 3 ) D.22 D.24

7 5 Logische Operatoren 6 Biteise logische Operatoren Verknüpung von Wahrheitserten (ahr / alsch) Operation au jedem Bit einzeln (Bit 1 = ahr, Bit 0 = alsch) "nicht"! && "und" "oder" "nicht" ~ "und" & "oder" Antivalenz "exklusives oder" ^ Beispiele: Wahrheitserte (Boole sche Werte) erden in C generell durch int-werte dargestellt: Operanden in einem Ausdruck: Operand = 0: alsch Operand 0: ahr x ~x Ergebnis eines Ausdrucks: alsch: 0 ahr: 1 x 7 x & D.25 x ^ D.27 5 Logische Operatoren (2) 7 Logische Shitoperatoren Bits erden im Wort verschoben a = 5; b = 3; c = 7; a > b && a > c 1 und 0 0 << Links-Shit >> Rechts-Shit Die Beertung solcher Ausdrücke ird abgebrochen, sobald das Ergebnis eststeht! (a > c) && ((d=a) > b) 0 ird nicht ausgeertet x x << Gesamtergebnis=alsch (d=a) ird nicht ausgeührt D.26 D.28

8 7 Inkrement / Dekrement Operatoren ++ inkrement -- dekrement linksseitiger Operator: ++x bz. --x es ird der Inhalt von x inkrementiert bz. dekrementiert das Resultat ird als Ergebnis gelieert 9 Komma-Operator, der Komma-Operator erlaubt die Aneinanderreihung mehrerer Ausdrücke ein so gebildeter Ausdruck hat als Wert den Wert des letzten Teil- Ausdrucks rechtsseitiger Operator: x++ bz. x-- es ird der Inhalt von x als Ergebnis gelieert anschließend ird x inkrementiert bz. dekrementiert. Beispiele: a = 10; b = a++; /* -> b: 10 und a: 11 */ c = ++a; /* -> c: 12 und a: 12 */ D.29 D.31 8 Bedingte Beertung 10 Typumandlung in Ausdrücken A? B : C der Operator dient zur Formulierung von Bedingungen in Ausdrücken zuerst ird Ausdruck A beertet ist A ungleich 0, so hat der gesamte Ausdruck als Wert den Wert des Ausdrucks B, sonst den Wert des Ausdrucks C Enthält ein Ausdruck Operanden unterschiedlichen Typs, erolgt eine automatische Umandlung in den Typ des in der Hierarchie der Typen am höchsten stehenden Operanden. (Arithmetische Umandlungen) double loat c = a>b? a : b; /* z = max(a,b) */ besser: c = (a>b)? a : b; char long int int short D.30 Hierarchie der Typen (Auszug) D.32

9 11 Vorrangregeln bei Operatoren Operatorklasse Operatoren Assoziativität unär! ~ von rechts nach links multiplikativ * / % von links nach rechts additiv + - von links nach rechts shit << >> von links nach rechts relational < <= > >= von links nach rechts Gleichheit ==!= von links nach rechts biteise & von links nach rechts biteise ^ von links nach rechts biteise von links nach rechts logisch && von links nach rechts logisch von links nach rechts Bedingte Beertung?: von rechts nach links Zueisung = op= von rechts nach links Reihung, von links nach rechts D.33 1 Struktur eines C-Hauptprogramms main() Variablendeinitionen Aneisungen 2 Aneisungen Aneisung: Ausdruck Block Kontrollstruktur ; D.6 Einacher Programmaubau D.35 D.6 Einacher Programmaubau D.6 Einacher Programmaubau 3 Blöcke D.6 Einacher Programmaubau Struktur eines C-Hauptprogramms Aneisungen und Blöcke Einache Ein-/Ausgabe C-Präprozessor D.34 Zusammenassung mehrerer Aneisungen Lokale Variablendeinitionen Hilsvariablen Schaung neuer Sichtbarkeitsbereiche (Scopes) ür Variablen bei Namensgleichheit ist immer die Variable des innersten Blocks sichtbar main() int x, y, z; x = 1; int a, b, c; a = x+1; int a, x; x = 2; a = 3; /* a: 2, x: 1 */ D.36

10 4 Einache Ein-/Ausgabe D.6 Einacher Programmaubau 5 Einzelzeichen E/A D.6 Einacher Programmaubau Jeder Prozess (jedes lauende Programm) bekommt von der Shell als Voreinstellung drei Ein-/Ausgabekanäle: stdin stdout stderr als Standardeingabe als Standardausgabe Fehlerausgabe Die Kanäle stdin, stdout und stderr sind in UNIX au der Kommandozeile umlenkbar: % prog < EingabeDatei > AusgabeDatei getchar( ), getc( ) ein Zeichen lesen Beispiel: putchar( ), putc( ) ein Zeichen schreiben Beispiel: int c; c = getchar(); char c = a ; putchar(c); #include <stdio.h> int c; c = getc(stdin); char c = a ; putc(c, stdout); D.37 /* * kopiere Eingabe au Ausgabe */ main() int c; hile ( (c = getchar())!= EOF ) putchar(c); D.39 4 Einache Ein-/Ausgabe (2) D.6 Einacher Programmaubau 6 Formatierte Ausgabe D.6 Einacher Programmaubau Für die Sprache C existieren olgende primitive Ein-/Ausgabeunktionen ür die Kanäle stdin und stdout: getchar putchar scan print zeicheneise Eingabe zeicheneise Ausgabe ormatierte Eingabe ormatierte Ausgabe olgende Funktionen ermöglichen Ein-/Ausgabe au beliebige Kanäle (z. B. auch stderr) getc, putc, scan, print Auru: print ( ormat, arg) print konvertiert, ormatiert und gibt die Werte (arg) unter der Kontrolle des Formatstrings ormat aus die Anzahl der Werte (arg) ist abhängig vom Formatstring soohl ür ormat, ie ür arg sind Ausdrücke zulässig ormat ist vom Typ Zeichenkette (string) arg muss dem durch das zugehörige Formatelement beschriebenen Typ entsprechen D.38 D.40