Interne Darstellung von Gleitkommazahlen

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1 Interne Darstellung von Gleitkommazahlen 0.6 ist im Binärsystem: Bits (Mantisse genannt) Dieses bedeutet: 1* 1/2 + 0 * 1/4 + 0 *1/8 + 1 * 1/ * 1/ * 1/ und ergibt: Wenn float nur 24-Bit zur Darstellung der Mantisse verwendet (ist üblich, da normalerweise noch 8 Bit zur Darstellung des Exponenten verwendet werden), ist die Genauigkeit noch etwas geringer. Die Zuweisung dieser 24 Bit-Genauigkeit an eine double-zahl ergibt somit eine Warnung 31 Explizite Typkonvertierungen In einigen Fällen ist eine explizite Typkonvertierung unbedingt erforderlich: int a = 5; int b = 2; // In C/C++ double x = ((double) a ) / ((double) b); // x ist 2.5, sonst 2.0 In C++ auch erlaubt: double x = double(a) / double(b) // In C++ empfehlenswert: double x = static_cast<double>(a) / static_cast<double>(b); 32

2 Aufzählungstypen Manchmal ist es sinnvoll, eine Vielzahl gleichartiger Konstanten zu einer Menge zusammenzufassen. Jedes Element dieser Menge bekommt eine Ordinalzahl Das erste Element erhält z.b. die Ordinalzahl 0, das zweite 1 usw., Beispiel: enum Wochentag { Mon, Die, Mit, Don, Fri, Sam, Son ; Wochentag Tag; Tag = Mon; Syntax von Aufzählungen: enum AufzTyp { Bezeichnerl, Bezeichner2,... Variable; enum { Bezeichnerl, Bezeichner2,... Variable; enum AufzTyp { Bezeichnerl = 2, Bezeichner2,... ; 33 Operatoren (1) Binäre Operatoren + - * / % Addition Subtraktion Multiplikation Division Divisionsrest Arithmetik Zahlen, mit Einschränkung Adressen nur ganze Zahlen < <= ==!= >= > Vergl. auf kleiner Vergl. auf kleiner oder gleich Vergl. auf gleich Vergl. auf ungleich Vergl. auf größer oder gleich Vergl. auf größer Vergleich Alle Typen & ^ << >> bitw. UND-Verknüpfung bitw. ODER-Verknüpfung bitw. Exkl.-Oder-Verknüpfung bitw. Linksverschieben bitw. Rechtsverschieben Bitoperationen Ganzzahlige Typen && log. UND-Verknüpfung log. ODER-Verknüpfung Logische Verknüpfungen Boolesche Werte 34

3 Operatoren (2) Unäre Operatoren, Postfix- und Präfix-Operatoren & * + - Adresse von Inhalt von pos. Vorzeichen neg. Vorzeichen Refernzierung Dereferenzierung Arithmetik alle Typen Zeiger Zahlen ~ bitw. Invertierung Bitoperationen ganzz. Typen! logische Invertierung Log. Verknüpfung boolesche Werte (type) Typecast C-Allzweck-Cast viele Typen sizeof sizeof sizeof expr.: Speicherbedarf sizeof (type):speicherbedarf Inkrementierung Dekrementierung Postfix und Präfix Ausdrücke Typen ganzz. Typen und Zeiger 35 Operatoren (3) Zuweisungs-Operatoren und sonstige Operatoren = Wertzuweisung Zuweisung Alle Typen += -= *= /= %= &= = ^= <<= >>=?:, Addition Subtraktion Multiplikation Division Divisionsrest bitw. UND-Verknüpfung bitw. ODER-Verknüpfung bitw. Eckl.-Oder-Verkn. bitw. Linksverschieben bitw. Rechtsverschieben Formulierung bed. Ausdrücke Aufzählung in Klammerausdr. Arithmetik und Zuweisung Bitoperationen und Zuweisung Fragezeichen-Operator zur verkürzten Formulierung bedingter Ausdrücke, siehe 4.3 Zahlen, mit Einschränkungen, Adressen nur ganze Zahlen ganzz. Typen Ausdrücke Ausdrücke 36

4 Einfache Anweisungen Arithmetische Operatoren Einfache Zuweisung = Beispiel: summe=64; Addition + bzw. += Beispiele: summe = zahl + 61; summe = summe + 4; summe += 4; Subtraktion - bzw. -= Multiplikation * bzw. *= Division / bzw. /= Modulo-Operator % bzw. %= und weitere Operatoren... Jede Anweisung wird durch ein Semikolon abgeschlossen 37 Initialisierung von Variablen, Vergleich Deklaration und Initialisierung: int i = 7; /* Speicherplatz wird reserviert, der mit 7 initialisiert wird */ Zuweisung: i = 8; /* Vorhandener Speicherplatz wird mit neuem Wert belegt.*/ Vergleichsoperatoren gleich == ungleich!= kleiner < kleiner gleich <= größer > größer gleich >= 38

5 Vergleich Beispiele: if (zahl < 64)... if (zahl == 16)... if ((zahl >= 0) && (zahl <= 64))... // zahl aus dem Bereich [0..64] bool bo = 5 > 7; // bo erhält den Wert false int a = 5 > 7; // a erhält den Wert 0 int b = 5 < 7; // b erhält den Wert 1 39 Logische Verknüpfungen Logische Verknüpfungsoperatoren Logisches Und && Logisches Oder Logisches Nicht! Beispiele: if ( (!(zahl < 0)) && (!(zahl > 64)))... // Alle drei Abfragen sind gleich if ( (zahl >= 0) && (zahl <= 64) )... // bedeutend, sie testen, ob zahl if ( zahl >= 0 && zahl <= 64 )... // in dem Bereich liegt 40

6 Inkrement und Dekrement (1) zahl = zahl + 1; // kann verkürzt werden zu zahl += 1; // und nochmals zu zahl++; Entsprechend gibt es zahl--; für das Erniedrigen von zahl um 1. Beachte: zahl++; und ++zahl; sind nicht unbedingt das gleiche. Beispiel: int zahl1 = 64; int zahl2 = ++zahl1; // zahl2 und zahl1 sind nun beide 65 int zahl3 = zahl2++; // zahl3 ist 65 und zahl Inkrement und Dekrement (2) Pre-Increment und Post-Increment als Funktionen Pre-Increment: int zahl2 = ++zahl1; // entspricht int zahl2 =PreInc(zahl1); // mit int PreInc(int& i) { i = i + 1; return i; Post-Increment: int zahl2 = zahl1++; // entspricht int zahl2 =PostInc(zahl1); // mit int PostInc(int& i) { int temp=i; i = i + 1; return temp; 42

7 Prioritäten von Operatoren 1! ~ * & sizeof (type) unär, postfix, präfix 2 3 / % + - binäre arithmetische Operatoren 4 << >> Shift-Operationen < <= > >= ==!= & ^ && Vergleichsoperatoren Bitoperationen logische Verknüpfungen 12 = += -= *= /= %= &= = = <<= >>= Zuweisungsoperatoren 13, Komma-Operator 1 ist die höchste Priorität, 13 die niedrigste 43 Inhalt Inhalt: 4. Programmiersprache C 4.1 Programmaufbau in C 4.2 Basisdatentypen und einfache Anweisungen 4.3 Steuerfluss-Konstrukte 4.4 Arbeit mit indizierten Größen (Felder) 4.5 Arbeit mit Pointern 4.6 Zeichen und Zeichenketten 4.7 Funktionen 4.8 Strukturen 4.9 Typen, Variable und Konstante 44

8 4.3 Steuerfluss-Konstrukte Verbundanweisung if-anweisung switch-case-konstrukt while-schleife do-schleife for-schleife break-anweisung continue-anweisung 45 Verbundanweisung Verbundanweisung Eine Verbundanweisung dient dazu, mehrere Anweisungen zu einer zusammenzufassen. Zu Beginn können auch Vereinbarungen stehen, die dann aber nur innerhalb dieser Verbundanweisung gelten. Eine Verbundanweisung kann auch leer sein, sie kann nur Anweisungen enthalten, und sie kann auch nur Vereinbarungen enthalten. Letzteres ist im allgemeinen nicht sinnvoll. Beispiel in C: { float buffer; buffer = x; x = y; y = buffer; 46

9 Vereinbarungen, Anweisung, Verbundanweisung Jede Vereinbarung oder Anweisung wird in C und C++ durch ein Semikolon beendet. int i; i=99; i=i*2; Am Ende einer Verbundanweisung, d.h. nach der schließenden geschweiften Klammer, steht allerdings kein Semikolon. if (i>100) {printf(" i ist gross \n"); In C ++ können sich Vereinbarungen und Anweisungen beliebig abwechseln. In C stehen die Vereinbarungen vor den Anweisungen. 47 if-anweisung (1) Die if-anweisung ist das Ausdrucksmittel für die Selektion in C, C++. ja Bedingung nein Anw / if ( Bedingung) Anw; if (Bedingung) Verbundanweisung Beispiel: int monat; printf("bitte Monat Ihres Geburtsdatums eingeben:"); scanf("%d",&monat); if (monat<1 monat>12) { printf( falscher Wert für Monat eingegeben!\n"); exit(exit_failure); 48

10 if-anweisung (2) Bedingung ja nein Anw1 Anw2 Beispiel: char kuehlen = 0, heizen = 0; if (temperatur-zielwert > 2) { printf("zu warm -> kuehlen\n"); kuehlen = 1; else { if (zielwert temperatur > 2 ) { printf( zu kalt -> heizen\n"); heizen = 1; if ( Bedingung ) Anw1; else Anw2; if (Bedingung) Verbundanweisung1 else Verbundanweisung2 49 Bedingung ja nein var1 = var2 var1 = var3?-operator anstelle if If else Konstruktion: if ( Bedingung ) var1 = var2; else var1 = var3; Mit?-Operator: // Bedingte Zuweisung var1 = (Bedingung? var2 : var3 ); ja Bedingung nein var1 = wert var2 = wert If else Konstruktion: if ( Bedingung ) var1 = wert; else var2=wert; Mit?-Operator: // Bedingte Zuweisung (Bedingung? var1 : var2 ) = wert; 50

11 switch-case-konstrukt (1) Zur Selektion unter mehreren alternativen Zweigen Fallausdruck Wert1 Wert2... sonst Anw_1 Anw_2... Anw_n Anw_0 switch(fallausdruck) { case Wert_1: Anw_1; break; case Wert_2: Anw_2; break; case Wert_n: Anw_n; break; default: // kann entfallen Anw_0; 51 switch-case-konstrukt (2) Beispiel unsigned int tag, monat, jahr; // Eingabe des Datums switch(monat) { case 1: printf("januar"); break; case 2: printf("februar"); break; case 3: printf("maerz");break; default: printf("-undefiniert-"); In einen Fall (case) wird bei entsprechendem Wert (Konstante) des Fallausdrucks gesprungen. Nach case folgt eine oder mehrere Anweisungen. Achtung keine Verbundanweisung mit { Die break-anweisung ist erforderlich, damit nicht zusätzlich der jeweils folgende Fall auch abgehandelt wird! 52

12 while-schleife (1) Bedingung Anweisung Allgemeine Formen: while ( Bedingung ) Anweisung; while ( Bedingung ) Verbundanweisung Die Anweisung oder Verbundanweisung wird solange wiederholt ausgeführt, wie die Bedingung zutrifft. Durch Änderungen der Variablenwerte wird die Bedingung i.d.r. nach endlich vielen Durchläufen irgendwann nicht mehr zutreffen und die Wiederholung endet. Trifft die Bedingung bei Eintritt in die Schleife nicht zu, wird die Anweisung nicht (auch nicht ein einziges mal) ausgeführt. 53 while-schleife (2) Beispiel: int summe = 0; int i = 10; while (i >= 1) { // entspricht while (i>0), entspricht while (i) summe += i; --i; // oder i--; printf( Die Summe der Zahlen von 1 bis 10 ist %d \n, summe);. 54

13 do-while-schleife (1) Bedingung Anweisung Allgemeine Formen: do Anweisung while ( Bedingung); do Verbundanweisung while (Bedingung); Die do-while-schleife wird mindestens einmal durchlaufen. Die Anweisung oder Verbundanweisung wird solange noch einmal ausgeführt, wie die Bedingung nach der Ausführung zutrifft. Typischerweise ändert die Anweisung oder Verbundanweisung den Inhalt der Variable, die für die Bedingung benutzt werden. Damit wird erreicht, dass die Wiederholung irgendwann endet. 55 do-while-schleife (2) Beispiel: int summe = 0; int i = 10; do { summe += i; --i; while (i >= 1); printf( Die Summe der Zahlen von 1 bis 10 ist %d \n,summe); 56

14 for-schleife (1) Zählzyklus: Lv = awert (s) ewert Anw Entsprechende Form: for (Lv=awert; Lv<=ewert ; Lv=Lv+s) Anw Lv dient hier als Zählvariable Allgemeine Form: for ( Init-Ausdruck ; Bedingung ; Schritt-Ausdruck ) Anweisung for ( Init-Ausdruck ; Bedingung ; Schritt-Ausdruck ) Verbundanweisung Solange die Bedingung erfüllt ist, wird die Anweisung wiederholt. Die Ausdrücke in der for-schleife können auch leer sein. 57 for-schleife (2) Beispiel: int i; int summe = 0; for (i = 10; i > 0; --i) { summe += i; printf( Die Summe ist %d \n,summe); 58

15 for-schleife (3) Wirkungsweise einer for-schleife als PAP: for ( Init-Ausdruck ; Bedingung ; Schritt-Ausdruck ) Anweisung Init-Ausdruck Bedingung ja nein Anweisung Schritt-Ausdruck 59 break-anweisung Die break-anweisung kann in allen Schleifen verwendet werden, um die aktuelle Iteration vorzeitig zu beenden, d.h. vor Erreichen der normalen Ende-Bedingung. Es wird danach aus der Schleife herausgegangen. Anwendung für while-, do-while- und for-schleifen Beispiel: for (i=0; i<imax; i++) { if (bedingung1) { break;... if (bedingung2) { break;... if (bedingung3) { break;... 60

16 continue-anweisung Die continue-anweisung kann in allen Schleifen verwendet werden, um die aktuelle Ausführung des Schleifenkörpers vorzeitig zu beenden, d.h. vor Erreichen der normalen Ende-Bedingung. Es wird dann mit der folgenden Iteration weiter gemacht. Anwendung für while-, do-while- und for-schleifen Beispiel: for (i=0; i<imax; i++) { // do something... if (bedingung) { continue;... // do somethinge else Nutzung der verschiedenen Schleifen Die drei verschiedenen Varianten einer Schleife while, do-while und for können alternativ verwendet werden. Aspekte für eine sinnvolle Auswahl: Verwendung der while-anweisung, wenn die Anzahl der Iterationen n unbekannt ist, mit n >= 0 (auch null Durchläufe möglich!) Verwendung der do-while-anweisung, wenn im Gegensatz dazu n>=1 (mindestens ein Durchlauf!) und Bevorzugung der for-schleife dann, wenn die Anzahl der Iterationen schon bekannt ist. 62

17 Inhalt Inhalt: 4. Programmiersprache C 4.1 Programmaufbau in C 4.2 Basisdatentypen und einfache Anweisungen 4.3 Streuerfluss-Konstrukte 4.4 Arbeit mit indizierten Größen (Felder) 4.5 Arbeit mit Pointern 4.6 Zeichen und Zeichenketten 4.7 Funktionen 4.8 Strukturen 4.9 Typen, Variable und Konstante 63 Felder in C Felder stellen eine Reihung von Elementen gleichen Typs dar. Man spricht auch von Vektoren oder arrays. Durch die Reihung (hintereinander speichern) wird eine Ordnungsrelation über die Nummer (Position) des Elementes festgelegt. Über diese Nummer (Index) wird dabei auch der Zugriff zum betreffenden Element vorgenommen. In C hat das 1.Element die Nummer 0! Element 0 Element 1 Element 2 Element n-1 In C werden Felder durch die Verwendung der Indexklammern [ ] gekennzeichnet: Beispiel: int vektor[10]; R.Großmann / P. Sobe Informatik I, Wintersemester 11/12 64

18 Deklaration von Feldern in C Felder als eine spezielle Datenstruktur müssen deklariert werden. Die Deklarationsanweisung legt den Namen des Feldes, die Anzahl der Elemente und den Typ der Elemente fest. Beispiel: float a[10]; a ist der Name des Feldes 10 ist die Anzahl der Elemente (a 0 a 1 a 2... a 9 ) float ist der Typ der Elemente R.Großmann / P. Sobe Informatik I, Wintersemester 11/12 65 Deklaration von Feldern in C float a[10]; Man beachte, dass die Anzahl der Elemente eine Konstante sein muss. D.h. sind von Fall zu Fall unterschiedliche Elementanzahlen vorhanden, so muss trotzdem das Feld mit einer konstanten, max. notwendigen Elementeanzahl deklariert werden. Innerhalb dieser maximalen Anzahl kann jeweils mit unterschiedlich vielen Elementen gearbeitet werden. Der Speicherplatz ist für die maximale Anzahl reserviert, aber es werden aktuell ggf. weniger Elemente belegt. R.Großmann / P. Sobe Informatik I, Wintersemester 11/12 66

19 Initialisierung von Feldelementen / Zugriff auf Feldelemente Feldelemente können in der Deklarationsanweisung mit Werten belegt werden. Beispiel: float a[10]={-3.22,0.0,1,-7.234,55.5,6.6,-0.77,8,0.09,3; Der Zugriff auf die Elemente eines Feldes erfolgt über den Index (Positionsnummer) des Elementes. Dieser Index wird in der Indexklammer angegeben. Beispiel: es soll auf das 7.Element von a zugegriffen werden: x = a[6]; (da das 1.Element den Index 0 hat, ist 6 der Index des 7.Elementes) Bei Zugriffen auf Feldelemente ist stets zu prüfen, ob der Index in den Deklarationsgrenzen des Feldes liegt. R. Großmann / P. Sobe Informatik I, Wintersemester 11/12 67 Beispiel eines Feldprogramms #include <stdio.h> #include <math.h> //arithmetisches Mittel einer Messreihe void main() { int i,n; float a[50],s; printf("\neingabe Anzahl=");scanf("%d",&n); // n<=50 printf("\neingabe des Vektors:\n"); for (i=0;i<n;i++) //Eingabe der n Feldelemente { printf("a[%2d]=",i); scanf("%f", &a[i] );; //auch hier ist der &-Operator zu s=0; //verwenden for (i=0;i<n;i++) s=s+a[i]; //Zählschleifen sind die typischen s=s/n; //Steuerfluss-Konstr. für Felder printf("\n arithmetisches Mittel=%f \n",s); R.Großmann / P. Sobe Informatik I, Wintersemester 11/12 68

20 Mehrdimensionale Felder Mehrdimensionale Felder (z.b. Matrizen als 2-dimensionale Felder in der Mathematik) werden analog zum eindimensionalen Fall deklariert. Eine zusätzliche Dimension wird durch eine weitere Indexklammer angegeben. Beispiel: float matrix[3][4]; dies ist eine Matrix mit 3 Zeilen und 4 Spalten. Der Zeilenindex wird immer zuerst variiert. Diese Matrix hat die Struktur: a 00 a 01 a 02 a 03 a 10 a 11 a 12 a 13 a 20 a 21 a 22 a 23 R.Großmann / P. Sobe Informatik I, Wintersemester 11/12 69 Initialisierung mehrdimensionaler Felder / Zugriff auf Elemente Mehrdimensionale Felder können auch in der Deklarationsanweisung initialisiert werden. Dabei muss die Verarbeitungsreihenfolge Zeile -> Spalte usw. beachtet werden. Beispiel: float matrix[3][4]={ {1,2,3,4, {5,6,7,8, {9,10,11,12 ; dies ist eine Matrix mit 3 Zeilen und 4 Spalten. Der Zugriff auf Elemente erfolgt analog durch Angabe der Folge der Indexklammern in der Reihenfolge Zeile, Spalte, usw.. Da die Indizierung mit Null beginnt, selektiert die Angabe matrix[2][3] die dritte Zeile, und darin das vierte Element, also 12. R.Großmann / P. Sobe Informatik I, Wintersemester 11/12 70

21 Mehrdimensionale Felder - Beispiel Beispiel Matrix-Transposition: #define N 10 float matrix[n][n]; float t; int zeile, spalte; // Eingabe Matrix // for(zeile=0; zeile<n; zeile++) { for(spalte=zeile+1;spalte<n; spalte++) { // Tausch matrix[zeile][spalte] mit matrix[zeile_neu][spalte_neu] // wobei zeile_neu = spalte und spalte_neu = zeile t = matrix[zeile][spalte]; matrix[zeile][spalte] = matrix[spalte][zeile]; matrix[spalte][zeile] = t; R.Großmann / P. Sobe Informatik I, Wintersemester 11/12 71