6. Grundlagen der Programmierung

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1 Computeranwendung in der Chemie Informatik für Chemiker(innen) 6. Grundlagen der Programmierung Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 1

2 Dr. Jens Döbler Grundlagen Programmierung in Hochsprachen Abstrakte Konzepte erleichtern Programmierung Schleifen Verzweigung/bedingte Ausführung Funktionen Programm muß für Ausführung in Maschinencode übersetzt werden Interpreter Compiler Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 2

3 Programmerstellung Editor Compiler Quelltext Objektcode Bibliotheken Linker Ausführbares Programm Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 3

4 C Entwickelt von B. W. Kernighan und D. M. Ritchie (1972) Weit verbreitet, C-Compiler für fast alle Computer verfügbar Sehr flexibel Systemnah ( low level ) Einfache Datentypen Komplexe Aufgaben (wie I/O, Speicherverwaltung) als Bibliotheksfunktionen Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 4

5 Ein einfaches Programm C-Code #include <stdio.h> main() { printf("hello, world\n"); } Ausführung: > hello hello, world Assembler-Code.file "hello.c".section.rodata.lc0:.string "hello, world\n".text.globl main.type main: pushl %ebp movl %esp, %ebp subl $8, %esp andl $-16, %esp movl $0, %eax subl %eax, %esp subl $12, %esp pushl $.LC0 call printf addl $16, %esp leave ret.size main,.-main.ident "GCC: (GNU) (SuSE Linux)" Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 5

6 Programme: Folge von Anweisungen Programme Sequenzielle Ausführung Programmsteuerung Bedingte Ausführung (abhängig von Bedingung) Schleifen (Programmblock wird mehrfach ausgeführt) Unbedingte Sprünge (nicht notwendig, sollten vermieden werden) Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 6

7 Flußdiagramme Stellen Programmablauf graphisch dar Anweisungen: Rechteck Bedingte Ausführung: Rhombus Ablauf: Pfeil Start Ausgabe: hello, world Ende #include <stdio.h> main() { printf("hello, world\n"); } Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 7

8 Variablen Speicherung von veränderlichen Werten Name (z.b. wert) Inhalt durch Zuweisung (z.b. wert = 1) Variablen haben einen Typ (z.b. Integer, Fließkomma, etc) Variablen müssen vor Benutzung deklariert werden (z.b. int wert wert vom Typ Integer) Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 8

9 Dr. Jens Döbler Ausdrücke Zusammengesetzt aus Operatoren und Werten Arithmetische Ausdrücke wert * 4 a & b (bitweise Und-Verknüpfung) Logische Ausdrücke a < b c == 1 (Achtung: c = 1 Zuweisung!) Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 9

10 Dr. Jens Döbler Arithmetische Operatoren Zuweisung: = Grundrechenarten: +, -, *, / Modulo (Rest bei Ganzzahldivision): % Bitweise logische Operationen and: & or: Shift (Verschiebung aller Bits): <<, >> Inkrement (Erhöhung um 1): ++ Dekrement (Erniedrigung um 1): -- Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 10

11 Dr. Jens Döbler Bool'sche Operatoren Gleichheit: == Ungleichheit:!= Relationale Operatoren: kleiner, größer: <, > kleiner gleich, größer gleich, <=, >= Und: && Oder: Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 11

12 Bedingte Ausführung if ausdruck anweisung1 else ausdruck auswerten wahr anweisung1 falsch anweisung2 anweisung2 Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 12

13 while Schleife while ausdruck anweisung ausdruck auswerten wahr anweisung falsch Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 13

14 do Schleife do anweisung anweisung while ausdruck wahr ausdruck auswerten falsch Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 14

15 for Schleife for (anweisung1; ausdruck; anweisung2) anweisung3 anweisung1 ausdruck auswerten wahr anweisung3 falsch anweisung2 Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 15

16 Beispiel C-Code #include <stdio.h> main() { int i; i=1; while (i <= 10) { printf("%d\n",i); i = i+1; } } start i = 1 i <= 10 wahr i ausgeben i = i + 1 ende falsch Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 16

17 Syntaxfehler Programmfehler Werden vom Compiler erkannt, einfach zu finden Semantische oder logische Fehler Treten während der Ausführung auf Oftmals schwer zu finden ( Debugging ) Auftreten von Programmzustand abhängig Vollständiger Test unmöglich Fehlerfreiheit nicht beweisbar Jens Döbler 2003 "Computer in der Chemie", WS , Humboldt-Universität VL6 Folie 17