Grundlagen der Informatik III Wintersemester 2010/ Vorlesung B.Sc. Patrik Schmittat

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1 Grundlagen der Informatik III Wintersemester 2010/ Vorlesung B.Sc. Patrik Schmittat int main() { printf("hello, world!"); return 0; msg: main:.data.asciiz "Hello, world!".text.globl main la $a0,msg li $v0,4 syscall jr $ra 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 1

2 Inhalt 1. Literatur 2. Einführung in C 3. Zusammenfassung und Ausblick 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 2

3 Literatur [DBG08] Dausmann, Manfred, Ulrich Bröckl und Joachim Goll: C als erste Programmiersprache. Teubner, [Erl99] [Weba] [Webb] Erlenkötter, Helmut: C Programmieren von Anfang an. Rowohlt Tb., The C++ Resources Network, Your Resource for C and C++ Programming, November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 3

4 Willkommen in C int main() { printf("hello, world!"); return 0; msg: main:.data.asciiz "Hello, world!".text.globl main la $a0,msg li $v0,4 syscall jr $ra Von Assembler weg und hin zur Hochsprache Das ist das Ziel dieser Woche, oder anders: C in 2 Stunden ;) 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 4

5 Zeitfaktor und Wartbarkeit Ihr habt gesehen, dass Assembler Kopfschmerzen verursachen kann Zeitfaktor ist wichtig und Assembler verschlingt viel davon 2 Minuten für den Code rechts aber 1,5 Stunden für die Assemblervariante Deswegen kommen wir nun zu den Hochsprachen import java. u t i l. Arrays ; public class BubbleSort { public s t a t i c void main ( S t r i n g [ ] args ) { i n t a [ ] = {16, 5, 18, 12, 11, 66, 62, 1 ; i n t n = 8; for ( i n t i = n 1; i > 0; i ) { for ( i n t j = 0; j < i ; j ++) { i f ( a [ j ] > a [ j + 1 ] ) { i n t temp = a [ j ] ; a [ j ] = a [ j + 1 ] ; a [ j +1] = temp ; System. out. p r i n t l n ( Arrays. t o S t r i n g ( a ) ) ; 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 5

6 Erstes C Programm # i n c l u d e < s t d i o. h> main ( ) { p r i n t f ( " Hello World! \ n " ) ; Simpelstes Programm zur Ausgabe von HelloWorld #include wird später behandelt main() Anfangspunkt für jedes Programm printf(..) Ausgabe eines Strings (später genauer) 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 6

7 Struktur, Konventionen und Kommentare Whitespace 1 ist in C beliebig setzbar, aber trotzdem existieren Konventionen {.. werden in eine eigene Zeile gerückt Jede Deklaration / Definition ist von leeren Zeilen umgeben Jede Anweisung steht in einer eigenen Zeile Kommentare können mit // oder /*.. */ eingefügt werden 1 Darunter zählen Leerzeichen, Tabulatoren, Zeilenenden, etc. 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 7

8 Kompilen und Linken Genau wie bei Assembler ist Kompilieren und Linken notwendig Für den Pool können folgende Befehle genutzt werden gcc o h e l l o h e l l o. c. / h e l l o -o hello ist hier der Name der Binary Für den Anfang reicht ein normaler Texteditor aus Jedoch könnte gdb wichtig werden 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 8

9 Typen Genau wie in Assembler existieren Typen, hier nur explizit modelliert Hier eine kurze Auflistung der wichtigsten Typen Typ Größe Bereich (signed, unsigned) char 1 Byte short 2 Bytes (long) int 4 Bytes bool 1 Byte true / false Nur in C++ float 4 Bytes ±3.4e ±38 (ca. 7 Nachkommastellen) (long) double 8 Bytes ±1.7e ±308 (ca. 15 Nachkommastellen) wchar_t 2 / 4 Bytes 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 9

10 Deklaration, Variablen und Casten C ist CaseSensitive Bei den Namen CamelCase nutzen z.b. ichbineinevariable i n t a ; f l o a t b = 1.0 f ; short c, d = 13, e ; unsigned i n t = 42; char * s t r ; # include <math. h> main ( ) { i n t p = 2, q = 4; f l o a t x1, x2, sqr ; sqr = s q r t ( ( p * p ) / 4.0 f q ) ; x1 = p / 2.0 f + sqr ; x2 = ( f l o a t ) p / 2 sqr ; 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 10

11 Sichtbarkeit (Scope) Variablen sind nur innerhalb ihrer {.. sichtbar main ( ) { i n t a, b ; a = 0; / / Ok { b = 0; / / Ok i n t c = 0; / / Ok c = 0; / / Fehler a = 0; / / Ok b = 0; / / Fehler 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 11

12 #include #include wird genutzt, um Dateien einzubinden Ist ein Präprozessor-Makro und es gibt auch andere (#if #ifndef #endif) In dem Sinne wird an dieser Stelle Copy / Paste durchgeführt Damit Header nicht zweimal eingebunden werden gibt es Include-Guards # i n c l u d e < s t d i o. h> / / Bindet s t d i o. h ein # i n c l u d e <.. > / / Header auf Systemebene suchen # i n c l u d e ".. " / / Header auf Projekt dann Systemebene suchen / / Typischer Include Guard der Header Datei example. h # i f n d e f EXAMPLE_H # d e f i n e EXAMPLE_H.. h i e r der e i g e n t l i c h e Code.. # e n d i f / / EXAMPLE_H 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 12

13 Zeichenketten (Strings) In dem Typ char* können Strings abgespeichert werden # i n c l u d e < s t d i o. h> main ( ) { char * s t r = " Hallo Welt! \ n " ; p r i n t f ( s t r ) ; Dabei ist \n ein Steuerzeichen \n Zeilenumbruch (newline) \r Wagenrücklauf (carriage return) \t Tabulator \v Vertikaler Tabulator \b Rückschritt (backspace) \a Ton ausgeben \ Anführungszeichen ( ) \\ Schrägstrich (backslash) (\) 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 13

14 Operatoren + * / Grundrechenarten % Modulo ++ Preorder ++i == return i=i+1; Postorder i++ == return i; i=i+1; & ^ ~ Bitweise AND, OR, XOR, NOT << >> Shift ==!= (Un-)Gleich > >= < <= Größer / Kleiner &&! Logisches AND, OR, NOT & Adresse von (monadisch) * Dereferenzierung (monadisch) a? b : c Bedingter Ausdruck if (a) b; else c; Einige der Operatoren sind auch mit = verwendbar z.b. += 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 14

15 Bindung ++ Postorder ( ) Funktionsaufruf [ ] Arrayzugriff ++ Preorder! Logisches NOT ~ Bitweise NOT + unäres Minus / Plus & * Adresse / Dereferenzierung (type) Typumwandlung (cast) >. Strukturzugriff * / Grundrechenarten % Modulo + Grundrechenarten << >> Shift > >= < <= Größer / Kleiner ==!= (Un-)Gleich & Bitweise AND ^ Bitweise XOR Bitweise OR && Logisches AND Logisches OR a? b : c Bedingter Ausdruck = (zgs) Zuweisung Je höher ein Operator in der Liste ist, desto stärker bindet er Mit Linien abgetrennte Operatoren besitzen die gleiche Bindung 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 15

16 Kontrollstrukturen if else switch while do for stehen auch in C zur Verfügung Sonderheiten: Ausdruck im if(..) muss nicht bool sein (exp!= 0 === true) Falls break; im switch fehlt wird Code fortgeführt! Deklaration der Schleifenvariable muss vor der for stehen / / S t r i n g / Byte Copy while ( a [ i ++] = b [ j + + ] ) ; switch ( v a l ) { case 0: r e s u l t = 0; case 1: r e s u l t = 1; / / r e s u l t === 1 / / Da kein break ; vorhanden i s t i n t i ; / / Muss davor stehen! for ( i = 0; i < n ; i ++) / / Befehle i n t r e s u l t = exp? 1 : 0; / / === i n t r e s u l t ; i f ( exp ) r e s u l t = 1; else r e s u l t = 0; 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 16

17 Sprungbefehle break, continue Schleifen können unterbrochen werden while ( t r u e ) { i f ( exp ) / / S p r i n g t raus break ; Während Schleifendurchlauf wieder an den Anfang springen i n t i ; for ( i = 0; i < n ; i ++) { i f ( a [ i ] == 0) / / Element ueberspringen continue ; / / Befehle 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 17

18 Ein- und Ausgabe, Formatierung printf(..) ist eine Methode um auf die Ausgabe zu schreiben Eingaben können mit scanf erledigt werden # i n c l u d e < s t d i o. h> main ( ) { char s t r [ 8 0 ] ; i n t i ; p r i n t f ( " Dein Name: " ) ; scanf ( "%s ", s t r ) ; p r i n t f ( " Dein A l t e r : " ) ; scanf ( "%d ", & i ) ; p r i n t f ( "%s %d \ n ", s t r, i ) ; i n t p r i n t f ( const char * format,... ) ; %Frmt Bedeutung Beispiel c Buchstabe a d, i Ganzzahl mit Vorzeichen 392 f Gleitkommazahl o Oktahlzahl mit Vorzeichen 610 s String sample u Ganzzahl ohne Vorzeichen 7235 x, X Hexzahl ohne Vorzeichen 7fa, 7FA % % ausgeben 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 18

19 Konvertierung Es stehen ein paar Funktionen zur Konvertierung zwischen char* und anderen Typen zur Verfügung Notwendig ist das Einbinden von stdio.h i n t a t o i ( const char * s t r ) ; long a t o l ( const char * s t r ) ; f l o a t a t o f ( const char * s t r ) ; Nicht im Standard aber vielleicht verfügbar Negative Zahlen gehen nur mit 10er-System char * i t o a ( i n t value, char * s t r, i n t base ) ; Standard-konform wäre die Nutzung von sprintf s p r i n t f ( s t r, "%d ", value ) / / 10er System s p r i n t f ( s t r, "%x ", value ) / / 16er System s p r i n t f ( s t r, "%o ", value ) / / 8er System 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 19

20 Mathematische Funktionen Manche sind in math.h definiert i n t abs ( i n t v a l ) ; f l o a t fabs ( f l o a t v a l ) ; double cos / s i n / tan ( double v a l ) ; double acos / asin / atan / atan2 ( double v a l ) ; double cosh / sinh / tanh ( double v a l ) ; double exp / log / log10 / s q r t ( double v a l ) ; double pow ( double base, double exp ) ; double c e i l / f l o o r ( double v a l ) ; 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 20

21 String Operationen Prinzipiell sind immer die Funktionen mit n sicherer Wichtig ist, dass dest den komplett erzeugten String halten können muss! char * s t r c p y ( char * dest, const char * src ) ; char * strncpy ( char * dest, const char * src, s i z e _ t num ) ; char * s t r c a t ( char * dest, const char * src ) ; char * s t r n c a t ( char * dest, const char * src, s i z e _ t num ) ; i n t strcmp ( const char * str1, const char * s t r 2 ) ; i n t strncmp ( const char * str1, const char * str2, s i z e _ t num ) ; char * s t r s t r ( char * s t r, const char * sub ) ; s i z e _ t s t r l e n ( const char * s t r ) ; 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 21

22 Arrays Arrays sind eigentlich wenig unterschiedlich zu Java Nur die dynamische Allokation ist anders Ein äquivalent zu Javas.length existiert nicht! i n t i, n = 3; i n t a [ ] = { 4, 6, 1 ; i n t b [ 5 ] ; char century [ ] [ ] [ 2 4 ] [ 6 0 ] [ 6 0 ] ; / / >3GB Speicher ; ) for ( i = 0; i < n ; i ++) a [ i ] = 10 a [ i ] ; func ( a ) ; func ( b ) ; / / Leider kein K o m p i l e r f e h l e r void func ( i n t vec [ 3 ] ) {.. / / Auch die g l e i c h e Signatur void func ( i n t vec [ ] ) {.. void func ( i n t * vec ) { November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 22

23 Structs, typedef Structs sind eine Art und Weise Daten zu koppeln Mit typedef können Typen umbenannt werden struct typename {.. objectname ; struct v e c t o r 3 _ t { i n t x, y, z ; ; / / Es ginge auch h i e r a, b, c zu schreiben v e c t o r 3 _ t a, b, c ; a. x = 3; a. y = 2; c. z = 2; typedef unsigned i n t myint ; myint i = 1; 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 23

24 enum, #define, const enum dient dazu eine Auswahl von Werten zu erzeugen const deklariert sich niemals ändernde Variablen #define kann genutzt werden um Makros zu schreiben Jedoch sollte vorsichtig mit Makros umgegangen werden! enum f r u i t s _ e { APPLE, PEAR, BANANA ; f r u i t s _ e myfruit = APPLE; i f ( myfruit == PEAR) \ \ Befehle / / Im Scope immer 12 const monthsinyear = 12; / / Gleiche Bedeutung # d e f i n e MONTHSINYEAR 12 / / Makros = boese! # d e f i n e SCARY ==0) p r i n t f i f ( i SCARY ( " H i l f e! " ) ; 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 24

25 Funktionen Deklarationen von Funktionen verhält sich prinzipiell nicht anders als sonst Wichtig ist aber, dass die Funktionen die man nutzen möchte über der aktuellen deklariert sein müssen! / / Deklarationen void func ( i n t i ) ; i n t func2 ( f l o a t a, double c ) ; / / D e f i n i t i o n e n void func ( i n t i ) { / / Ginge ohne die D e k l a r a t i o n / / von func2 oben n i c h t! func2 ( 2. 0 f, 1. 0 ) ; i n t func2 ( f l o a t a, double c ) {.. void func3 ( ) {.. / / D e k l a r a t i o n und D e f i n i t i o n z u g leich 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 25

26 Defaultwerte, Rekursion und Überladung Defaultwerte für Parameter sind in C nicht verfügbar (nur in C++) Bei Rekursion kein anderes Verhalten Überladung funktioniert ebenso identisch void func ( i n t i / * = 0 f u n k t i o n i e r t n i c h t * / ) {.. void rekfunc ( ) { / / Ja die schoene Endlosrekursion rekfunc ( ) ; / / Ueberlaed die func ( i n t ) mit einem f l o a t Parameter void func ( f l o a t f ) { November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 26

27 Zusammenfassung und Ausblick Erstes Programm in C Struktur, Konventionen und Kommentare Typen, Variablen, Cast, Scope include, Strings Operatoren, Bindung, Kontrollstrukturen Ein- / Ausgabe, Konvertierung Mathematische und String Funktionen Arrays, Structs, typedef, Enums, define, const Funktionen, Überladung, Rekursion Nächste Vorlesung behandelt Zeiger, call-by-value / -reference malloc, free, calloc, realloc Lokale, globale, statische Variablen Datei Ein- / Ausgabe Argumente, gdb, Dokumentation 16. November 2010 Technische Universität Darmstadt B.Sc. Patrik Schmittat 27