Gliederung Programmiersprachen. Programmiersprachen Einführung in C. Ausdrücke in Programmiersprachen ~ Aufbau mathematischer Formeln

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1 Programmiersprachen Einführung in C Teil 9: Prof. Dr. Gliederung Programmiersprachen 1. Von der Maschinensprache zu C 2. Die Struktur von C-Programmen 3. Variable und Datentypen in C 4. Bildschirm Ein-/Ausgabe 5. Kontrollstrukturen 6. Funktionen 7. Programmierstil, Programmierrichtlinien 8. Felder u. Zeichenketten Arbeiten mit Dateien 11. Strukturen, Aufzählungstypen 12. Zeiger 13. Enums, Strukturen und Unions 14. Speicherklassen 15. Optional: Vertiefung einiger Themen 2 in Programmiersprachen ~ Aufbau mathematischer Formeln 1 Beispiel : c h = a * b * ln (m) m k*s 1 Komponenten: Operanden und Operatoren Operanden: gemischt 1 Summenausdrücke 1 Produktausdrücke 1 Quotientenausdrücke 1 einfache Variablen 1 Konstanten Aus der Mathematik bekannte Merkmale von n 1 Operatorvorrang: Punktrechnung vor Strichrechnung 1 Stelligkeit von Operatoren: Anzahl der zur Berechnung nötigen Operanden 1 Vorzeichen einstellig 1 Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division zweistellig 1 Potenzierung zweistellig (a hoch b) 1 Assoziativität der Operatoren: implizite Klammerung bei mehrgliedrigen n a*b*c --> (a*b)*c 1 nichttriviale : 1 funktionale : ln (m) 1 Indizierte in Matrix- oder Vektor-Operationen ( a i,j ) 1 Index- a i*k-1,j 3 4 in Programmiersprachen: 1 sind Teile von Anweisungen, d.h. von ausführbaren programmiersprachlichen Gebilden 1 dienen 1 der Berechnung von Werten und 1 der Steuerung des Programmablaufs 1 in C /C++ : sind Folgen von Operanden und Operatoren, die 1 einen Wert berechnen 1 ein Objekt bezeichnen 1 einen Objekt-Typ festlegen oder ändern 1 einen Seiteneffekt auslösen. Operatoren Operator Bedeutung Prio Stelligkeit Assoz. ( ) Klammern in Ausdruck u. Funktion 1 l [ ] Klammernpaar für Feldindex-Ausdruck. Punktop.: Auswahl einer Strukturkomp. 2 -> Pfeilop.: Dereferenzieren u. Strukturkomp. 2! logische Negation 2 1 r bitweise Negation ++ Inkrement um 1 -- Dekrement um 1 - neg. Vorzeichen (<typ>) explizite Typumwandlung (casting) * Inhaltsoperator (Dereferenzieren) & Adreßoperator sizeof Speichergröße eines Objekts in Byte * Multiplikation 3 2 l / Division % Modulo-Operator (Divisionsrest bei ganzzahl.div.) + Addition 4 2 l - Subtraktion << bit-weises Schieben nach links (left shift) 5 2 l >> bit-weises Schieben nach rechts (right shift) 5 6 1

2 Operatoren (2) Operator Bedeutung Prio Stelligkeit Assoz. < Vergleichsoperator - kleiner als 6 2 l <= Vergleichsoperator - kleiner als oder gleich > Vergleichsoperator - größer als >= Vergleichsoperator - größer als oder gleich == Vergleichsoperator - gleich 7 2 l!= Vergleichsoperator - ungleich & bit-weise UND (AND) 8 2 l ^ bit-weise XODER (exklusives ODER, XOR) 9 2 l bit-weise ODER (OR) 10 2 l && logisches UND (AND) 11 2 l logisches ODER (OR) 12 2 l? : Bedingter Ausdruck 13 3 r = Zuweisungsoperatoren 14 2 r += -= *= /= %= >>= <<= &= = ^=, Komma-Operator: Verkettung von Anweisungen 15 2 l Reihenfolge der Operandenauswertung 1 festgelegt nur für: &&? :, 1 e1 && e2 Auswertung von e2 nur wenn e1 wahr 1 e1 e2 Auswertung von e2 nur wenn e1 falsch 1 e1? e2 : e3 erster Operand e1 zuerst; 1 e1, e2 e1 zuerst, dann e2; Wert des Kommaausdrucks ist Wert von e2. 1 Alle anderen Operatoren: nicht festgelegt!!! 1 Beispiele : 1 (a+b) + (c+d) unbekannt, aber keine Probleme 1 f(x,y) + g(y) undefiniert und Problem der Ausführungsfolge der Funktionen, wenn y Rückgabeparameter evtl. Wert von y in g(y) undefiniert! 1 x/x++ implementierungsabhängig (x/x oder x/(x+1)? 1 printf("a[%3d]: %d\n", i, a[i++]);??? 1 Abhilfe: Vollständig klammern oder aufspalten!!! 7 8 Einfache 1 zu den einfachen n gehören die 1 Primärausdrücke 1 Funktionsaufrufe 1 und eine Teilmenge der, die mit Operatoren gebildet werden 1 Verweise auf Feld- und Strukturelemente 1 Adreßausdrücke Primärausdrücke 1 Konstante Wert der Konstante (z.b. Zahlenwert) 1 konstante Zeichenfolge Zeiger auf erstes Zeichen 1 Variablenname Wert der Variablen Zahlentyp, Zeigertyp, Aufzählungstyp, Strukturtyp, union-typ 1 Variablenname - Feldtyp Zeiger auf erstes Feldelement, Adresse des Feldanfangs 1 Funktionsname Zeiger auf Funktion, Adresse der Funktion 1 ( <ausdruck> ) Wert und Typ des Ausdrucks in Klammern 1 Anfangspunkt einer rekursiven Definition von n: 1 jeder Primärausdruck ist ein Ausdruck, 1 die Anwendung eines Operators auf Primärausdrücke erzeugt einen Ausdruck entsprechend der Operatorstelligkeit 1 die Anwendung eines Operators auf einen Ausdruck erzeugt einen Ausdruck 9 10 Auswahl von Feldelementen und Strukturkomponenten 1 Auswahlausdrücke mit Feld- und Strukturnamen und den Operatoren [ ], ->,. 1 x[<ausdruck>] x Feldvariable oder Zeigervariable <ausdruck> Integer-Ausdruck Wert/Auswahl eines Feldelements 1 x.name Auswahl der Komponente name der Struktur x 1 x->name Auswahl der Komponente name der Struktur, auf die x zeigt Funktionsaufrufe 1 Funktionsname, Klammer, Argumentliste 1 In C wird die Funktion allein durch ihren Namen bezeichnet 1 In C++ gehören hingegen Anzahl+Typ der Parameter mit zur Funktionsspezifikation 1 C++ bietet zudem die Möglichkeit, Default-Belegungen der Parameter vorzusehen 1 f(<argumentliste>) Aufruf der Funktion mit Namen f und Liste der Argumente in <argumentliste>

3 Adreßausdrücke 1 Adreßoperator &, Inhaltsoperator * 1 & x Adresse von x. 1 * x das Objekt / die Funktion, deren Adresse durch Ausdruck x bezeichnet wird x vom Typ Zeiger auf <typ>, *x vom Typ <typ> Speicherbelegung /Typumwandlungen 1 sizeof angewendet auf Objekt oder Typ 1 sizeof <ausdruck> Byte-Anzahl für Speicherung des Ausdrucks, bei Feldnamen: Speicherbedarf des Feldes Achtung: keine Auswertung von <ausdruck> 1 sizeof(<typname>)byte-anzahl für ein Objekt des Typs <typname> bei char: 1 (ANSI C) 1 Explizite Typumwandlung 1 ( <typname> ) x Wert von x in Typ <typname> umgewandelt Implizite Typumwandlung nach von void Integer Gleitkomma Zeiger Feld Struktur Funktion void # Integer # # # # Gleitkomma # # # Zeiger # # # # # Feld # Struktur # # Funktion # 1 Integer: alle Ganzzahltypen 1 Gleitkomma: alle Gleitkommatypen Typumwandlungen 1 Umwandlung nach Integer 1 von Integer: wenn Wert in Zieltyp darstellbar, dann umwandeln, sonst undefiniert 1 Kompromisse: vorzeichenloser Zieltyp - durch Abschneiden der MSB~Modulo-Bildung 1 von Gleitkomma: wenn ganzzahliger Anteil in Zieltyp darstellbar, dann umwandeln, sonst undefiniert 1 Zeiger (nur in C): Interpretation als gleich große Integerzahl 1 Umwandlung nach Gleitkomma 1 float nach double möglich 1 double nach float durch Runden oder Abschneiden 1 von Integer entsprechende Näherung Typumwandlungen 1 Umwandlung nach Zeigertyp 1 von Zeigertypen: jeder Zeigerwert kann zu jedem bel. Zeigertyp gewandelt werden 1 von Integer-Typen: nur NULL-Wert als NULL-Zeiger interpretierbar 1 von Feld-Typen: Ausdruck des Typs Feld-von-Typ T stets umgewandelt zu Zeiger auf T ; Feldname wird identifiziert mit Zeiger auf erstes Element (außer in sizeof) 1 von Funktions-Typen: Ausdruck des Typs Funktion mit Wert vom Typ T umgewandelt in Zeiger auf Funktion mit... (außer im Funktionsaufruf) Arithmetische 1 Vorzeichenausdrücke mit unären Operatoren +, : liefert den Wert des Operanden +x x (impliziter Operator) 1 - : liefert den negativen Wert des Operanden : -x 1 Arithmetische mit den binären Operatoren +, -, *, /, % 1 + : Additionsoperator a + b 1 - : Subtraktionsoperator a - b 1 * : Multiplikationsoperator a * b 1 / : Divisionsoperator a / b (ganzzahlige Division, wenn beide Operanden Integer) 1 % : Modulo -Operator a % b a modulo b (Divisionsrest bei ganzzahliger Division)

4 Arithmetische Inkrement- und Dekrement mit den unären Operatoren ++, - 1 Ausdruck Bezeichnung Wert / Wirkung ++x Präinkrement Erst x um 1 erhöhen, dann im Ausdruck verwenden x++ Postinkrement Erst x im Ausdruck verwenden, dann um 1 erhöhen --x und x-- analog 1 bei Zeigern Erhöhen bzw. Erniedrigen jeweils um 1 x (Größe des Verweisobjektes) --> Weiterschalten auf nächstes Element Beispiele int i, j; j = ++i + 1; // j = 3, i = 2 j = i++ + 1; // j = 2, i = 2 i = ++i + 1; // i = 3 1 Probleme aufgrund der Auswertungsreihenfolge von n bei der Programmierung mit Seiteneffekten: 1 i = 0; a [i] = i++; // Auswertungsreihenfolge ungeklärt! // erst Indexausdruck a[0] oder erst Zuweisungsausdruck, // dann a[1] (Implementierungsabhängig!) 1 Zuweisungsausdruck in der Wertzuweisung an das Feldelement bewirkt Seiteneffekt Vergleiche und logische 1 Vergleichsoperatoren: > >= < <= ==!= 1 Vergleiche mit arithmetischen Operanden 1 gewohnte mathematische Interpretation 1 Vergleiche mit Zeigern: 1 Vergleichbarkeit nur innerhalb derselben Struktur bzw. desselben Feldes, 1 Relation in Bezug auf Indexordnung und Abspeicherreihenfolge der Elemente 1 Vergleichsausdrücke erzeugen einen der Wahrheitswerte wahr (=1) oder falsch (=0) und sind damit vom Typ int 1 Vergleichsausdrücke sind also logische Vergleiche und logische 1 Achtung: keine Kettenbildung gemäß der mathematischen Abkürzung a < b < c 1 weil a < b < c --> (a < b) < c, Jedoch (a < b) liefert 0 oder 1 1 somit --> (0/1) < c 1 Lösung: Auflösen der Kette durch Benutzung des UND Operators : (a < b) && (b < c) logische 1 alle int - 1 alle Vergleichsausdrücke 1 alle durch Anwendung der Operatoren && (UND), (ODER),! (NICHT) auf logische entstehenden 1 Zeiger (implizite Typwandlung nach Integer) 1 Überprüfung auf NULL-Zeiger 1 Auswertung von links --- Abbruch, wenn Ergebnis vorliegt 1 Bsp.: a && b, b nicht ausgewertet, falls a falsch 1 Bsp.: a b, b nicht ausgewertet, falls a wahr 1 Vergleichsoperatoren binden stärker als logische Operatoren 23 Bedingte und Klammerausdrücke 1 Bedingte mit dem 3-stelligen Operator? : 1 Komma- mit dem 2-stelligen Operator, 1 e0? e1 : e2 e0 auswerten, falls wahr e1 auswerten, falls falsch e2 auswerten 1 e1, e2 1. e1 auswerten 2. e2 auswerten Typ und Wert des Gesamtausdrucks werden durch Typ und Wert von e2 bestimmt! 1 Anwendung des Kommaausdrucks: 1 Verwendung zweier, wo nur ein Ausdruck erlaubt ist for (i=0, j=0; i<100; i++, j++) 1 Achtung: Bei Verwendung bei einem Funktionsaufruf muß geklammert werden, um eine Verwechslung mit der Parametertrennung durch Kommata zu vermeiden! 24 4

5 Konstante 1 Konstante sind, die der Compiler zur Übersetzungszeit auswerten kann 1 Beispiel: int i = 2*3+4/2; --> int i = 8; (von konstanten n wird nur das Ergebnis verwendet, jedoch kein Auswertungscode erzeugt) 1 Anwendungsbeispiele 1 Argument der #if-präprozessordirektive 1 Dimensionierung von Feldern 1 case- in switch-anweisungen 1 explizite Definition von Aufzählungswerten 1 Initialisierungswerte von static- und extern-variablen Konstante 1 konstante können aus Integer- und char-konstanten durch Anwendung der folgenden Operatoren gebildet werden: 1 unär : + -.! 1 binär: + - * / % << >> ==!= < <= > >= & ^ && 1 ternär: _? _ : _ Zuweisungen Abkürzungsoperatoren 1 ursprünglicher Zuweisungs-Operator ist = 1 zusätzliche Zuweisungsoperatoren zur Abkürzung der 1 binären arithmetischen und der 1 binären Bit- 1 Schema: Operand_1 = Operand_1 Operand_2 Operand_1 = Operand_2 Zuweisungen 1 Vorteile 1 manchmal bessere Lesbarkeit des Ausdrucks, insbesondere bei langen Variablen-Namen 1 Evtl. Geschwindigkeit, wenn der linke Operand aufwendig berechnet werden muß; 1 Beispiel: a[3*fkt(x)][x*z*fkt2(x,y,z)] = a[3*fkt(x)][x*z*fkt2(x,y,z)] + 5; --> a[3*fkt(x)][x*z*fkt2(x,y,z)] += 5; 1 Bei dieser += Lösung muß die aufwendige Berechnung der Indizes nur einmal erfolgen. Hierdurch kann sich evtl. ein Geschwindigkeitsvorteil ergeben Zuweisung als Ausdruck 1 Unterschied in C/C++ zu allen anderen geläufigen Programmiersprachen: Zuweisungen sind 1 Folgen: 1 Zuweisungen dürfen überall da verwendet werden, wo des betreffenden Datentyps erlaubt sind! 1 Beispiel: if (fp = fopen("datei xxx", "r")) // Hier ist wirklich die Zuweisung gemeint! Zuweisung als Ausdruck 1 Aber auch 1 jeder Ausdruck wird durch Anhängen von ';' zu einer Anweisung: ausdruck ; 1 Also z.b. auch 2*3*x; aber auch: printf("text"); // Hier sinnlos, da der Wert nicht verwendet wird // printf hier als Funktion Teil eines Ausdrucks. (printf liefert als Funktion die Anzahl der gedruckten Zeichen zurück. Dies wird jedoch häufig nicht benötigt!)