Variablen und Konstanten (1) Allgemeines

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1 Variablen und Konstanten (1) Allgemeines Name: Variablen und Konstanten werden über einen eindeutigen Namen identifiziert Ort: Variablen müssen gespeichert werden und haben somit einen Ort, der dem Programmierer i.d.r. nicht bekannt sein muss; Adressen von Variablen werden in Zusammenhang mit Zeigern benötigt Datentyp: gibt Auskunft, welche Daten in der Variablen gespeichert werden und welche Methoden darauf definiert sind Wert: Variablen haben zu jeder Zeit einen Wert, da sie einen Ort haben; liegt im Speicher / Register in Form eines Bitmusters Sichtbarkeit: Variablen können in manchen Programmteilen unsichtbar sein Bei Verwendung lokaler Variablen (innerhalb einer Funktion) Bei Definition in Modulen, wenn sie nicht exportiert werden in dem Fall in anderen Modulen nicht sichtbar Veränderbarkeit: von überall veränderbar, sofern sichtbar (z.b. globale Variable)

2 Variablen und Konstanten (2) Definition von Variablen Definition beinhaltet das Belegen von Speicher für diese Variable long wert; double ergebnis; long differenzbetrag, summe; In der Regel Verwendung von lokalen Variablen, die in Funktionen definiert werden main() { long wert; //... } // end main

3 Variablen und Konstanten (3) Initialisierung von Variablen Initialisierung: Setzen eines Wertes bei der Definition. Beispiel: long wert = 15; // Initialisieren einer Variablen mit 15 Variablen haben immer einen Wert, auch wenn dieser nicht initialisiert ist Nicht initialisierte Variablen sind häufige Programmierfehler. Beispiel: main() { double wert; // nicht initialisiert: Fehler in Ber. double zehnfacherwert; // nicht initialisiert: OK zehnfacherwert = 10 * wert; // Fehler } // end main

4 Variablen und Konstanten (4) Konstanten Konstanten sind nicht veränderbar, müssen aber initialisiert werden const double PI = ; Durch konsequenten Einsatz von Konstanten können Fehler vermieden werden Im Allgemeinen gelten die gleichen Bestimmungen wie für Variablen Konvention ist oft, Konstanten in Großbuchstaben zu schreiben, damit deren Gebrauch schnell erkennbar ist Achtung: Präprozessorkonstanten sind keine Konstanten in C!

5 Variablen und Konstanten (5) Arbeiten mit Variablen und Konstanten /* Variablen, Konstanten und deren Verwendung: Berechnung der Fläche eines Halb. und eines Viertelkreises */ #include <stdio.h> const double PI = ; main() { double radius = 10; // Initialisierung mit 10 double flaechehalbkreis; double flaecheviertelkreis; // Berechnung der Fläche eines Halbkreises flaechehalbkreis = radius * radius * PI / 2; // Berechnung der Fläche eines Viertelkreises flaecheviertelkreis = flaechehalbkreis / 2; printf("fläche des Halbkreises: %g\n", flaechehalbkreis); printf("fläche des Viertelkreises %g\n", flaecheviertelkreis); } // end main

6 Mumerische Datentypen (1) Allgemeines Datentyp ist Definitionsmenge von Daten inklusive aller Operationen, die auf dieser Menge definiert sind Unterscheidung zwischen mathematischen Datentypen (z.b. Ganze Zahlen Z) und realen Datentypen (z.b. Integer) Z lässt sich im Rechner nicht abbilden, die Zahlenmenge wird begrenzt kleinste und größte darstellbare Zahl, siehe Abschnitt Zahlen und Zeichen

7 Mumerische Datentypen (2) Ganze Zahlen Integer bilden die Menge der Ganzen Zahlen ab Qualifizierer beeinflussen den Wertebereich short, long beeinflussen die Anzahl der verwendeten Bits ohne Angabe ist das Format durch den Compiler interpretierbar unsigned: nur positive Zahlen signed: positive und negative Zahlen Datentyp Short int Long int Bits Datentyp signed short int unsigned short int signed long int unsigned long int Wertebereich

8 Mumerische Datentypen (3) Ganze Zahlen Wichtigste Operatoren sind: Die Division ist eine Ganzzahldivision es werden also keine Nachkommastellen ausgegeben. Der Modulo-Operator berechnet den Rest der Ganzzahldivision. Operator + - * / % Erklärung Addition Subtraktion Multiplikation Division Modulo Literale: Zeichenfolge zur Definition von Werten + positives Vorzeichen (kann weggelassen werden) - negatives Vorzeichen Beispiele (Ganze Zahlen): 1234 // ganze Zahl -4 // ganze Zahl

9 Mumerische Datentypen (4) Gleitkommazahlen Darstellung im Format IEEE754 Einfache Genauigkeit: 32 Bits S E M Vorzeichen der Zahl 0 = + 1 = - 8 Bit vorzeichenbehafteter Exponent Excess-127 Darstellung 23 Bit Mantisse Darstellung entspricht: ± 1,M 2 E -127 Doppelte Genauigkeit: 64 Bits S E M Vorzeichen 11 Bit Excess-1023 Exponent 52 Bit Mantisse Darstellung entspricht: ± 1,M 2 E -1023

10 Mumerische Datentypen (5) Gleitkommazahlen Darstellung unterschiedlicher Genauigkeiten durch unterschiedliche Typen long double wird auf verschiedenen Plattformen unterschiedlich genau dargestellt Datentyp float double long double Anzahl Bits

11 Gleitkommazahlen - Literale Mumerische Datentypen (6) Müssen einen Dezimalpunkt, einen Exponenten oder beides enthalten Optional kann bei einem float ein f oder F angehängt werden, bei double ein l oder L andernfalls ist es interpretierbar (z.b. als long wie im Beispiel unten rechts) Beispiele für float-literale F F 0.147F oder.147f oder 147e-3F oder 147E-3F e12F Beispiele für double-literale L oder.147 oder 147e-3 oder 147E e12

12 Mumerische Datentypen (7) Gleitkommazahlen Operatoren: Operator + - * / Erklärung Addition Subtraktion Multiplikation Division

13 Gleitkommazahlen Mathematische Funktionen Header-Datei einbinden Mumerische Datentypen (8) #include <math.h> Linkeroption lm erforderlich (zumindest bei gcc) Parameter vom Typ double

14 Mumerische Datentypen (9) Gleitkommazahlen Trigonometrische Funktionen Funktion sin(x) cos(x) tan(x) asin(x) axos(x) atan(x) atan2(x,y) Beschreibung Sinus von x Kosinus von x Tangens von x Arcussinus von x Arcuskosinus von x Arcustangens von x Arcustangens von y/x mit Betrachtung der Vorzeichen Quadrant im Koordinatensystem

15 Mumerische Datentypen (10) Gleitkommazahlen Hyperbolische Trigonometriefunktionen Funktion sinh(x) cosh(x) tanh(x) asinh(x) acosh(x) atanh(s) Beschreibung Sinus hyperbolicus von x Kosinus hyperbolicus von x Tangens hyperbolicus von x Areahyperbelsinus von x Areahyperbelkosinus von x Areahyperbeltangens von x

16 Mumerische Datentypen (11) Gleitkommazahlen Potenz- und Logarithmusfunktionen Funktion exp(x) log(x) log10(x) pow(x,y) sqrt(x) cbrt(x) Beschreibung Exponentialfunktion von x (e x ) natürlicher Logarithmus von x Logarithmus zur Basis 10 Potenzfunktion (engl. power) x y Quadratwurzel (engl. square root) von x Kubikwurzel (engl. cube root) von x

17 Mumerische Datentypen (12) Gleitkommazahlen Absolutwert- und Rundungsfunktionen Funktion fabs(x) floor(x) ceil(x) Beschreibung Absolutbetrag von x Abrundung zur nächst kleineren ganzen Zahl Aufrundung zur nächst größeren ganzen Zahl

18 Mumerische Datentypen (13) Gleitkommazahlen Absolutwert- und Rundungsfunktionen Funktion fabs(x) floor(x) ceil(x) Beschreibung Absolutbetrag von x Abrundung zur nächst kleineren ganzen Zahl Aufrundung zur nächst größeren ganzen Zahl

19 Mumerische Datentypen (14) Zeichen Speicherung von Codes, die dem jeweiligen Zeichen entsprechen Datentyp char unsigned char Wertebereich Literale Zeichen können in einfachen Hochkommata angegeben werden char c = a Verwendung von Escape-Sequenzen char newline = \n

20 Mumerische Datentypen (15) Zeichen Gleiche Operationen wie für ganze Zahlen (+, -, *, /) beim Datentyp char werden Zahlen gespeichert, man kann also mathematische Operationen darauf ausführen Addiert man zu Zeichen A eine 1, so erhält man B char c1 = 65 // funktioniert, Typ char zum // Speichern von Zahlen char c2 = -83 // nicht empfohlen! char sollte man nicht ohne guten Grund zum Speichern von Zahlen benutzen Jahr-2000-Problem

21 Mumerische Datentypen (16) Zeichen DEZ HEX Zeichen DEZ HEX Zeichen DEZ HEX Zeichen DEZ HEX Zeichen NUL SP ` SOH 33 21! A a STX " B b ETX # C c EOT $ D d ENQ % E e ACK & F f BEL ' G g BS ( H h HT ) I i 10 0A LF 42 2A * 74 4A J 106 6A j 11 0B VT 43 2B B K 107 6B k 12 0C FF 44 2C, 76 4C L 108 6C l 13 0D CR 45 2D D M 109 6D m 14 0E SO 46 2E. 78 4E N 110 6E n 15 0F SI 47 2F / 79 4F O 111 6F o DLE P p DC Q q DC R r DC S s DC T t NAK U u SYN V v ETB W w CAN X x EM Y y 26 1A SUB 58 3A : 90 5A Z 122 7A z 7-Bit ASCII- Zeichencode 27 1B ESC 59 3B ; 91 5B [ 123 7B { 28 1C FS 60 3C < 92 5C \ 124 7C 29 1D GS 61 3D = 93 5D ] 125 7D } 30 1E RS 62 3E > 94 5E ^ 126 7E ~ 31 1F US 63 3F? 95 5F _ 127 7F DEL

22 Mumerische Datentypen (17) Zeichen Funktionen zur Klassifikation und Manipulation von Zeichen werden mit ctype.h inkludiert #include <ctype.h> Beispiel für Klassifikation von Zeichen: char c = 'A'; long i; //... i = isalnum(c); Beispiel für Umwandlung von Zeichen: char c = 'A'; //... c = tolower(c);

23 Mumerische Datentypen (18) Zeichen Funktionen zur Klassifikation und Manipulation von Zeichen aus ctype.h Funktion isalpha(c) isalnum(c) isdigit(c) islower(c) isupper(c) isspace(c) Beschreibung nicht null, wenn c ein Buchstabe ist, sonst 0 nicht null, wenn c ein alphanumerisches Zeichen (kein Umlaut) ist, sonst 0 nicht null, wenn c eine Ziffer ist, sonst 0 nicht null, wenn c ein Kleinbuchstabe (kein Umlaut) ist, sonst 0 nicht null, wenn c ein Großbuchstabe (kein Umlaut) ist, sonst 0 nicht null, wenn c ein Füllzeichen ist, z.b. Leerzeichen oder Zeilenvorschub, sonst 0 Funktion tolower(c) toupper(c) Beschreibung liefert das Zeichen c, umgewandelt in einen Kleinbuchstaben (keine Uml.) liefert das Zeichen c, umgewandelt in einen Großbuchstaben (keine Uml.)

24 Mumerische Datentypen (19) Wahrheitswerte Wahrheitswerte sind in C nicht typisiert implementiert im Gegensatz zu C++, wo hierfür ein eigener Typ existiert (bool) Verwendung des Datentyps int void nichts, unbekannt, leer, kein Wert eigentlich kein Datentyp, da er keinen Wertebereich hat Verwendung in Zusammenhang mit Funktionen Variablen können nicht vom Datentyp void definiert werden

25 Mumerische Datentypen (20) Typumwandlungen engl. type cast Unterscheidung zwischen impliziter und expliziter Typumwandlung implizite Typumwandlung: Wert eines eingebauten Datentyps wird in den Wert eines anderen eingebauten Datentyps umgewandelt char kann in double umgewandelt werden, da kein Datenverlust auftritt double kann im Allg. nicht in andere Datentypen ohne Verlust umgewandelt werden Verlustbehaftete Typumwandlung kann auch stattfinden, wenn signed unsigned Umwandlungen auftreten char c = 32; long l = 5223; double d = 3.13; c = l; // Umwandlung long in char; Datenverlust l = c; // Umwandlung char in long l = d; // Umwandlung double in long; Datenverlust d = l; // Umwandlung long in double

26 Mumerische Datentypen (21) Typumwandlungen explizite Typumwandlungen finden statt wenn explizit ein Zieldatentyp angegeben wird spezielle Operatoren, die denselben Namen wie der Zieldatentyp tragen auch hier werterhaltende und verlustbehaftete Typumwandlung möglich int intvariable; unsigned int uintvariable; uintvariable = (unsigned int)intvariable;

27 Mumerische Datentypen (22) Typumwandlungen Beispiel einer expliziten Typumwandlung long anzahltage = 3; long anzahlhemden = 289; double hemdenprotag = anzahlhemden / anzahltage; liefert falsches Ergebnis, da mit den Ganzzahltypen eine Ganzzahldivision durchgeführt wird. Besser ist die explizite Typumwandlung mindestens einer der Variablen, damit die Rechnung mit double erzwungen wird: long anzahltage = 3; long anzahlhemden = 289; double hemdenprotag = (double)anzahlhemden / anzahltage;

28 Mumerische Datentypen (23) Typumwandlungen Umwandlung einer Gleitkomma-Zahl in eine Ganze Zahl mit dem Operator (long) beinhaltet keine Rundung es werden nur die überflüssigen Teile der Variable angeschnitten ( Datenverlust) Rundungen müssen deshalb explizit implementiert werden, z.b. durch Addition von 0.5: double betraggenau = ; long betraggerundet = (long)(betraggenau + 0.5);

29 Mumerische Datentypen (24) sizeof mit der sizeof() kann festgestellt werden, wieviel Bytes ein Datentyp, eine Variable oder Konstante belegt wird zur Übersetzungszeit ermittelt, Beispiel: #include <stdio.h> main() { printf("char: %d\n, sizeof(char)); printf("long: %d\n, sizeof(long)); printf("float: %d\n, sizeof(float)); printf("double: %d\n, sizeof(double)); } // end main Auf einer 32-Bit-Rechnerarchitektur liefert das folgendes Ergebnis: char: 1 long: 4 float: 4 double: 8