Klaus Kannemann, M. Sc. C unter UNIX

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1 Klaus Kannemann, M. Sc. C unter UNIX

2 ~-- P rog rammierbücher für den anspruchsvollen Leser Microsoft C-Programmierhandbuch Ein Microsoft PressNieweg-Buch von K. Jamsa Grafikprogrammierung mit C Ein Microsoft PressNieweg-Buch von K. Jamsa Die Microsoft Programmer's Workbench Arbeiten mit dem Microsoft C/C++ PDS 7.0 von Thomas Kregeloh Das Vieweg Buch zu Borland C von Axel Kotulla Objektorientiert mit Turbo C++ von Martin Aupperle Das Vieweg-Buch zu C++ Version 3 von F. Bause und W. Tölle UNIX- Das Betriebssystem und die Shells Eine grundlegende Einführung von K. Kannemann, M. Sc. C unter UNIX Eine grundlegende Einführung für Programmierer Unter Berücksichtigung des ANS I-Standards von K. Kannemann, M. Sc. Referenzhandbuch Standard C Für den ANSI- und ISO-Standard Ein Microsoft PressNieweg-Buch von P.J. Plauger und J. Brodie Verteilte Systeme unter UNIX von W. Brecht Die Vieweg C++ Toolbox von M. Rebentisch Vieweg

3 Klaus Kannemann, M. Sc. C unter UNIX Eine grundlegende Einführung für Programmierer Unter Berücksichtigung des ANS I-Standards IJ Vleweg

4 Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufuahme Kannemann, Klaus: C unter UNIX : eine grundlegende Einfiihrung rur Programmierer; unter Berücksichtigung des ANSI-Standards / Klaus Kannemann. - Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1992 Das in diesem Buch enthaltene Programm-Material ist mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Der Autor und der Verlag übernehmen infolgedessen keine Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieses Programm Materials oder Teilen davon entsteht. Alle Rechte vorbehalten Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbh, BraunschweiglWiesbaden, 1992 Softcover reprint ofthe hardcover I st edition 1992 Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Verlagsgruppe Bertelsmann International. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere rur Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Umschlagsgestaltung: Schrimpf & Partner, Wiesbaden Druck und buchbinderische Verarbeitung: Paderborner Druckcentrum, Paderborn Gedruckt auf säurefreiem Papier ISBN-13 : DOI: / e-isbn-13:

5 v Vorwort Das Buch richtet sich einerseits an Programmierer und System-Analytiker, die bisher hauptsächlich mit herkömmlichen Hochsprachen wie COBOL und FORTRAN befaßt waren und sich nun auf den Übergang zur Programmiersprache C unter UNIX vorbereiten wollen. Andererseits sollen aber auch Techniker, Ingenieure und Wissenschaftler, darunter Chemiker, Physiker, Mathematiker und Statistiker, angesprochen werden, die aus persönlichem Interesse oder beruflicher Notwendigkeit einen intellektuell angemessenen Einstieg in das Programmieren suchen, ohne dabei das Risiko eingehen zu wollen, kostbare Zeit und Energien an obskure oder potentiell obsolete Programmiersprachen oder -systeme zu verwenden. Erfahrene C-Programmierer aus der PC-Welt mögen zahlreiche Einzelheiten und gewisse Aspekte der C-Programmierung unter UNIX von Interesse finden. Die Darstellung der C-Sprache erfolgt selbstverständlich unter gründlicher Berücksichtigung des ANSI-Standards. In der Tat ist die Beherrschung der Programmiersprache C unter dem Betriebssystem UNIX eine sehr sichere und zukunftsträchtige Anlage des beträchtlichen persönlichen Einsatzes an Zeit und Anstrengung, den der Einstieg in die Materie fordert. C und UNIX vervollständigen, ja potenzieren sich gegenseitig zu einer Technologie-Plattform, deren Anwendungsmöglichkeiten alles Herkömmliche übertreffen und deren Aktualität, Omnipräsenz und Beständigkeit weit in das nächste Millenium gesichen sind. Zu diesen, im wesentlichen techno-pragmatischen Beweggründen mag sich noch die intellektuelle Herausforderung gesellen, an dieser rasanten Entwicklung doch irgendwie teilnehmen zu können, dabei zu sein, nicht abseits stehen zu bleiben. Zwei Vorgaben liegen diesem Buch zugrunde. Erstens sollte dem Leser ein intellektuell angemessener Einstieg durch mitdenkendes Lesen und nachdenkendes Verstehen ermöglicht werden, anstelle ihn zum Nachahmen von mehr oder weniger künstlichen und langatmigen Programmvorlagen einzuladen, die zumeist doch nur an der realen Praxis vorbeigehen. Die Programmbeispiele in diesem Buch sind dementsprechend kurz gehalten, um die Aufmerksamkeit des Lesers an das Wesentliche zu fesseln. Zweitens sollte die C-Sprache das zentrale Thema darstellen, und nicht als Substrat für andere Theorien, Dogmen oder sonstige weitreichende Ambitionen dienen. Diesem disziplinarischen Vorsatz liegt die mechanistische und formale Betrachtungsweise des applied systems engineering zugrunde. dessen Konzepte und Begriffskategorien sich durch subjektbezogene Sachlichkeit und Präzision auszeichnen.

6 VI Vorwort Damit entstand zugleich die Aufgabe der Umsetzung dieser Konzepte und Begriffskategorien in eine kohärente und in sich konsistente sprachliche Darstellung. Die damit verbundene techno-literarische Herausforderung wurde dabei gewissermaßen zur Inspiration. Das vorliegende Buch stellt das Kondensat vieler Erfahrungsjahre in der C Programmierung unter UNIX dar, von denen der rein persönliche Anteil des Autors jedoch nur einen Bruchteil ausmachen kann. Den Hauptanteil stellt der Erfahrungsschatz, den der Autor als Prüfer und Revisor von zahllosen C-Programmen sammeln und integrieren konnte. In der nostalgischen Erinnerung an jene, von dieser dankbaren Aufgabe erfüllten Jahre, verbleiben alle jene Programmierer, die in den vielen joint code readings freimütig Rede und Antwort standen, warum man dies eben so, und jenes genau anders gemacht habe. Die daraus resultierenden Erkenntnisse und Schlußfolgerungen hinsichtlich der intellektuellen Bewältigung von Programmiersprachen und der dabei entstehenden sprachlichen Kommunikationsprobleme haben dieses Buch denn auch geprägt. Mit Hingabe und Ausdauer waren auch diesmal wieder dabei: Frau A. Kumbartzky, Textgestaltung und -überprüfung sowie Erstellung der Sachverzeichnisse; Frank Kannemann, Auswahl und Vertiefung von Beispielen sowie die Verifikation technischer Einzelheiten; Thomas Kannemann, thematische Aufgliederung. Ihnen gilt mein besonderer Dank. Vanier, Canada August 1992 K. K.

7 VII Inhaltsverzeichnis 1 Einführung und Vorbereitung Grundlegende Betrachtungen Programmierung Betriebssysteme und Benutzerprogramme Kategorien von Programmiersprachen Die Programmiersprache C Hinweise zur Dokumentation Formale Schreibweise der C-Syntax Die C-Programmierumgebung Die UNIX-Shells Quelldateien Befehle und Anweisungen zur Arbeitsumgebung Quellkode-Verarbeitung Quellkode-Formatierung Erzeugung von Querverweisen Darstellung von Aufrufverschachtelungen Weitere Hilfseinrichtungen Verwaltung von Quelldateien Quellkode-Aufbereitung Der C-Präprozessor Lexikalische Aufbereitung Kommentare Zeilenfortsetzung Die ANSI-Trigraph-Folgen Die ANSI-Makros Lexikalische Substititonsregeln Aufbereitungsanweisungen Symbolische Substitutionen Makro-Definitionen Bedingte Inklusion von Kode-Segmenten Einbinden von Zusatzdateien... 66

8 VIII Grundlagen der C-Programmierung unter UNIX 4 Die C-Prograrnmstruktur Die lexikalische Ebene Die syntaktischen Elemente Schlüsselworte Bezeichner Generische Konstante Operatoren und Begrenzer Kommentare Ausdrücke Einfache Statements Struktur-Einheiten höherer Ordnung Block-Statements Funktionsblöcke Quellkode-Module Datenobjekte Definitionen und Deklarationen Speicherklassen Der Geltungsbereich von Bezeichnern Vorbelegung und Beständigkeit Register-Variable Die primitiven Objekttypen Die Integral-Typen Die Gleitpunkt-Typen Enumerierte Nominalvariable ANS 1-Typen Zeiger Primäre Zeiger Zeiger höherer Ordnung Homogene Aggregate Singletone und Skalare Arrays Arrays und Zeiger Heterogene Aggregate Strukturen Überlagerungen Typungsvereinbarungen

9 Inhaltsverzeichnis IX 5.8 Dynamische Speicherverwaltung Anlegen von Speicherbereichen Modifizieren und Freisetzen Unterschiede zum traditionellen Standard Die Auswertung von Ausdrücken Primitive Operationen Primitive Operatoren Die Auswertung primitiver Operationen Typung und Anung von Ausdrücken L-Werte und R-Werte Artungsanpassung Typungsanpassung Objektbezogene Postfix - und Präfix-Operationen Postfix-Ausdrücke Inkrementation und Dekrementation in situ Arithmetische Operationen Multiplikative Arithmetik Additive Arithmetik Bit-bezogene Operationen Die unären Bit-Operatoren Die binären Bit-Operatoren Logische Operationen Relationale Operationen Bool'sche Operationen Zuweisungsausdrücke Unmittelbare Wertzuweisungen Dyadische Zuweisungsoperatoren Bedingte und gerichtete Auswertung Bedingte Auswertung Gerichtete Ausdrucksfolgen Zeigerausdrücke Zeiger-Arithmetik Anwendung auf Arrays Die Aufteilung von Speicherbereichen

10 x Grundlagen der C-Programmierung unter UNIX 7 Prozeßbezogene Ablaufsteuerung Synchrone Ablaufsteuerung Bedingungsfreie Ablaufsteuerung Bedingungsgebundene Ablaufsteuerung G~richtete Ablaufsteuerung Asynchrone Ablaufsteuerung Ereignisse und Signale Aktionsfunktionen Signalerzeugung in Prozessen Kernel-Signale Funktionen in C Benutzerprogrammierte Funktionen Die Funktionsdeklaration Die Funktionsdefinition Argumente und Rückgabewerte Funktionszeiger Das Hauptprogramm System- und Bibliotheksfunktionen Systemfunktionen Bibliotheksfunktionen Die Verwaltung von Funktionen Kompilieren und Linken Objektmodule Link-Bibliotheken Eingabe und Ausgabe EtA-Objekte Objektzugriff und -verwaltung Unmittelbare, maschinennahe Byte-EtA Der grundlegende sequentielle Ansatz Objekt-orientierte Eingabe und Ausgabe Höhere Zugriffsmethoden Datenströme auf der Shell-Ebene Datenkanäle Mittelbare, gepufferte EtA Byte- und objekt-orientierte E/A Steuer- und Hilfsfunktionen Zeichen- und Zeichenketten-E/A Formatierte Eingabe und Ausgabe

11 Inhaltsverzeichnis XI 10 Beilaufende Prozesse Prozeßerzeugung und -synchronisierung Zwischenprozeßliche Kommunikation Prozeßumwandlung Literaturhinweise Sach- und Begriffsverzeichnisse Generische UNIX-Verweise English Core Terminology Ausgewählte Begriffe: Deutsch-Englisch