Propädeutikum. Dipl.-Inf. Frank Güttler M. Sc. Stephan Fischer

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1 Propädeutikum 2016 Dipl.-Inf. Frank Güttler M. Sc. Stephan Fischer

2 Vorbereitungskurs Informatikstudium Programmieren (C-Kurs) Erfolgreich Studieren Dipl.-Inf. Frank Güttler / M. Sc. Stephan Fischer quapona technologies GmbH An der Kirschallee Leipzig 2

3 Überblick Kapitel 10 (Fortsetzung) Funktionen Kapitel 11 Bibliotheken (Funktionssammlungen) Kapitel 12 Module und Kompilierung 3

4 Kapitel 10 (Fortsetzung) Funktionen 4

5 Kapitel 10 - Funktionen Funktionen - Verwendung // kreisumfang.c Berechnung des Kreisumfangs mittels Radius #include <stdio.h> #define M_PI float umfang(float radius); int main() { float radius, ergebnis; printf("kreisradius? "); scanf("%f", &radius); ergebnis = umfang(radius); printf("kreisumfang: %f\n", ergebnis); } return 0; float umfang(float radius) { return 2 * radius * M_PI; } 5

6 Kapitel 10 - Funktionen Funktionsaufruf ergebnis = umfang(radius); Semantik 1. Werte aus Argumenten berechnen, ggf. Typ konvertieren 2. Werte als Kopie (call-by-value) übergeben Andere Moeglichkeit: call-by-reference (später) 3. Funktion ausführen 4. Aufrufstelle wird mit Rückgabewert ersetzt 5. Programmausführung fortsetzen 6

7 Kapitel 10 - Funktionen Hauptfunktion int main() Muss existieren Darf nicht manuell aufgerufen werden Deklaration und Definition fallen zusammen Typ int return Wert; muss angegeben werden Vereinbarung: Rückgabewert 0 = korrekter Programmablauf Beispiel int main() { return 0; } 7

8 Kapitel 10 - Funktionen Funktionsrücksprung Rücksprung Implizit: Nach Abarbeitung der letzten Anweisung Kein Rückgabewert Explizit (return) An beliebiger Stelle in Funktion Meist Rückgabewert Syntax return [ Ausdruck ]; Semantik 1. Ausdruckswert in Rückgabetyp konvertieren 2. Wert zurückgeben 3. Programm an Aufrufstelle fortsetzen 4. I.d.R Auswertung des Rückgabewerts 8

9 Kapitel 10 - Funktionen Funktionsrücksprung Beispiel int highfive(void) { } return 5; int highfive2() { return 2+3; } void donothing() { ; } void donothing2(void) { } return; 9

10 Kapitel 11 Bibliotheken (Funktionssammlungen) 10

11 Bibliotheken - Übersicht Kapitel 11 - Bibliotheken (Funktionssammlungen) I. Editieren Quelldatei modul.c II. Übersetzen - Präprozessor - Compiler - Assembler Objektdatei modul.o Bibliothek Bibliothek Bibliothek lib1.so lib1.so lib1.so III. Binden Programm a.out IV. Ausführen Komandozeile $./a.out 19

12 Bibliotheken - Deklarationen Kapitel 11 - Bibliotheken (Funktionssammlungen) Header (.h) Zusammenfassung der Funktionsdeklarationen einer Bibliothek Einbindung mit #include <stdio.h> (Compiler-/Systemverzeichnis) #include name.h (Aktuelles Verzeichnis)

13 Bibliotheken - Deklarationen Kapitel 11 - Bibliotheken (Funktionssammlungen) Übersicht über die wichtigsten Header der Standardbibliothek <assert.h> Testhilfen <ctype.h> Zeichenverarbeitung isdigit,... <errno.h> Fehlernummern <float.h> Interne Datenformate (Gleitkommatypen) FLT_MAX,... <limits.h> Interne Datenformate (Ganzzahlige Typen) INT_MAX,... <local.h> Länderspezifische Darstellung von Zahlen <math.h> Mathematische Funktionen sin, cos,... <setjmp.h> Sprünge zwischen Funktionen <signal.h> Behandlung von Signalen <stdarg.h> Behandlung von Funktionen mit variabler Parameterzahl <stddef.h> Elementare Typen size_t, NULL,... <stdio.h> Ein-/ Ausgabe printf, scanf,... <stdlib.h> Diverse Hilfsroutinen malloc,... <string.h> Stringverarbeitung strcpy, strcat,... <time.h> Termine und Zeiten time

14 Kapitel 11 - Bibliotheken (Funktionssammlungen) Bibliotheken - Übersicht math.c wurzel.c math.h Kompilieren Kompilieren Linken wurzel.o wurzel math.o 14

15 Bibliotheken - Definitionen Kapitel 11 - Bibliotheken (Funktionssammlungen) Bibliotheksarchive (.a,.so,.dll) Bereits übersetzte Definitionen Bibliothek kann unterschiedliche Header haben Namensgebung Statische Bibliothek: libname.a, libname.lib Dynamische Bibliothek: libname.so, libname.dll Beispiel: C-Bibliothek Header: stdio.h, stdlib.h, string.h,... Archiv: libc.a 15

16 Kapitel 11 - Bibliotheken (Funktionssammlungen) Bibliotheken - Linker Linker Erzeugt ausführbares Programm Laden von Objektcode aus Objektdateien u. Archiven Automatisch bei libc.a Manuell über Compileroption Linkerhinweis l Name Suchverzeichnis L Pfad Beispiel: Bibliothek libm (für <math.h>) gcc wurzel.c lm o wurzel Beispiel: Bibliothek libbool in /home/prop01/lib gcc logik.c L/home/prop001/lib lbool o logik 16

17 Kapitel 12 Module und Kompilierung 17

18 Kapitel 12 Module und Kompilierung Beispiel // main.c #include <stdio.h> #include kreis.h int main(void) { float radius, erg; printf("kreisradius? "); scanf("%f", &radius); erg = umfang(radius); printf("kreisumfang: %f\n", erg); // kreis.h #define M_PI float umfang(float radius); // kreis.c #include kreis.h float umfang(float radius) { return 2 * radius * M_PI; } } return 0; 18

19 Kapitel 12 Module und Kompilierung Überblick Kompilierung mit Modulen Durchläuft mehrere Schritte Verteilung des Quellcode auf unterschiedliche Dateien Wiederverwendung von Code Compileraufruf ein Modul gcc kreisumfang.c -o kreisumfang mehrere Module* gcc main.c kreis.c -o main Parallele Kompilierung mit -j * * You can mix options and other arguments. For the most part, the order you use doesn't matter. Order does matter when you use several options of the same kind; for example, if you specify `-L' more than once, the directories are searched in the order specified. gcc Dokumentation Command Options ( 19

20 Kapitel 12 Module und Kompilierung Kompilierung - Einführung I. Editieren Quelldatei main.c Quelldatei kreis.c II. Kompilieren Präprozessor Compiler Assembler Objektdatei main.o Objektdatei kreis.o Bibliothek Bibliothek Bibliothek lib1.so lib1.so libc.a III. Linken Programm main 20

21 Kapitel 12 Module und Kompilierung Programmerstellung I. Editieren Erstellung von Quellcode II. Kompilierung (Übersetzung) Generierung von Zwischencode Unterscheidung in Dateiendung Dateien werden wegen kürzerer Kompilierzeit oft beibehalten 3 Phasen: 1. Präprozessor 2. Compiler 3. Assembler III. Linken (Binden) Zusammenfügen zu ausführbarem Programm 21

22 Kapitel 12 Module und Kompilierung I. Editieren // main.c #define ZERO 0 #nclude <stdio.h> int main(void); { printf(hallo\n); return ZERO; } 22

23 II. Kompilierung Präprozessor Kapitel 12 Module und Kompilierung Präprozessordirektiven ausführen, z.b.: Einfügen von include -Dateien Ersetzen von define -Konstanten // main.c #define ZERO 0 #nclude <stdio.h> int main(void); { printf(hallo\n); return ZERO; } Präprozessor- Syntaxanalyse main.c (Quellcode) Fehler Fehlerliste: error: invalid preprocessing directive #nclude 23

24 II. Kompilierung Präprozessor Kapitel 12 Module und Kompilierung Präprozessordirektiven ausführen, z.b.: Einfügen von include -Dateien Ersetzen von define -Konstanten // main.c #define ZERO 0 #include <stdio.h> Präprozessor- Syntaxanalyse main.c (Quellcode) int main(void); { printf(hallo\n); return ZERO; } main.i (präzisierter Quellcode) 24

25 II. Kompilierung Präprozessor Kapitel 12 Module und Kompilierung Präprozessordirektiven ausführen, z.b.: Einfügen von include -Dateien Ersetzen von define -Konstanten main.i int printf(...); int scanf(...);... int main(void); { printf(hallo\n); return 0; } Präprozessor- Syntaxanalyse main.c (Quellcode) main.i (präzisierter Quellcode) 25

26 Kapitel 12 Module und Kompilierung II. Kompilierung Compiler Präzisierten Quellcode in Assemblercode übersetzen Syntaxanalyse evtl. Optimierungen Code-Generierung main.i int printf(...); int scanf(...);... int main(void); { printf(hallo\n); return 0; } C-Syntaxanalyse main.i (präzisierter Quellcode) Fehler Fehlerliste: error: expected... before { token error: stray \ in program 26

27 Kapitel 12 Module und Kompilierung II. Kompilierung Compiler Präzisierten Quellcode in Assemblercode übersetzen Syntaxanalyse evtl. Optimierungen Code-Generierung main.i int printf(...); int scanf(...);... int main(void) { printf( Hallo\n ); return 0; } C-Syntaxanalyse main.i (präzisierter Quellcode) Keine Fehler 27

28 Kapitel 12 Module und Kompilierung II. Kompilierung Compiler Präzisierten Quellcode in Assemblercode übersetzen Syntaxanalyse evtl. Optimierungen Code-Generierung main.i int printf(...); int scanf(...);... int main(void) { printf( Hallo\n ); return 0; } C-Syntaxanalyse Optimierung und Code-Generierung main.i (präzisierter Quellcode) Keine Fehler main.s (Assemblercode) 28

29 Kapitel 12 Module und Kompilierung II. Kompilierung Compiler Präzisierten Quellcode in Assemblercode übersetzen Syntaxanalyse evtl. Optimierungen Code-Generierung main.s section.data msg db Hallo\n" section.text global _start _start: mov rax, 1 mov rdi, 1 mov rsi, msg mov rdx, 6 syscall mov rax, 60 mov rdi, 0 syscall C-Syntaxanalyse Optimierung und Code-Generierung main.i (präzisierter Quellcode) Keine Fehler main.s (Assemblercode) 29

30 Kapitel 12 Module und Kompilierung II. Kompilierung Assembler Assemblercode in Objekt-/Maschinencode übersetzen main.s section.data msg db Hallo\n" section.text global _start _start: mov rax, 1 mov rdi, 1 mov rsi, msg mov rdx, 6 syscall mov rax, 60 mov rdi, 0 syscall Syntaxanalyse main.s (Assemblercode) Fehler Fehlerliste: Ungewöhnlich, da Assemblercode von Compiler erzeugt 30

31 Kapitel 12 Module und Kompilierung II. Kompilierung Assembler Assemblercode in Objekt-/Maschinencode übersetzen main.s section.data msg db Hallo\n" section.text global _start _start: mov rax, 1 mov rdi, 1 mov rsi, msg mov rdx, 6 syscall mov rax, 60 mov rdi, 0 syscall Syntaxanalyse main.s (Assemblercode) Globale Objekte (wie die Funktion printf) erhalten eine Scheinadresse, da ihre tatsächliche Adresse noch nicht bekannt ist. main.o (Objekt-/Maschinencode) 31

32 Kapitel 12 Module und Kompilierung II. Kompilierung Assembler Assemblercode in Objekt-/Maschinencode übersetzen main.o Syntaxanalyse main.s (Assemblercode) Globale Objekte (wie die Funktion printf) erhalten eine Scheinadresse, da ihre tatsächliche Adresse noch nicht bekannt ist. main.o (Objekt-/Maschinencode) 32

33 Kapitel 12 Module und Kompilierung Für Interessierte Präprozessor-Ausgabe ansehen gcc E P main.c > main.i Code befindet sich in main.i Assembler-Code ansehen gcc S main.c Code befindet sich in main.s 33

34 Kapitel 12 Module und Kompilierung III. Linken Ausführbares Programm erstellen Objektdateien des Programm gegen Objektdateien der benötigten Bibliotheken linken Dabei werden die Scheinadressen aufgelöst main.o main.o (Objekt-/Maschinencode) Bibliotheken 34

35 Kapitel 12 Module und Kompilierung III. Linken Ausführbares Programm erstellen Objektdateien des Programm gegen Objektdateien der benötigten Bibliotheken linken Dabei werden die Scheinadressen aufgelöst main.o main.o (Objekt-/Maschinencode) Bibliotheken 35

36 Kapitel 12 Module und Kompilierung III. Linken Ausführbares Programm erstellen Objektdateien des Programm gegen Objektdateien der benötigten Bibliotheken linken Dabei werden die Scheinadressen aufgelöst main.o main.o (Objekt-/Maschinencode) Bibliotheken Fehler Fehlerliste: undefined reference to printf error: ld returned 1 exit status 36

37 Kapitel 12 Module und Kompilierung III. Linken Ausführbares Programm erstellen Objektdateien des Programm gegen Objektdateien der benötigten Bibliotheken linken Dabei werden die Scheinadressen aufgelöst main.o main.o (Objekt-/Maschinencode) Bibliotheken main (ausführbares Programm) 37

38 Viel Erfolg! Propädeutikum Bis morgen! 2016 Dipl.-Inf. Frank Güttler M. Sc. Stephan Fischer