Propädeutikum. Dipl.-Inf. Frank Güttler

Transkript

1 Propädeutikum 2015

2 Vorbereitungskurs Informatikstudium Erfolgreich Studieren Programmieren (C-Kurs) Universität Leipzig Institut für Informatik Technische Informatik 2

3 Weiterführende Literatur C Die Programmiersprache C. Ein Nachschlagewerk RRZN Bücher, 18. Auflage 3,60 (2013) The C Programming Language Standardwerk Kernigham & Ritchie ISBN

4 Überblick Kapitel 10 (Fortsetzung) Funktionen Kapitel 11 Bibliotheken (Funktionssammlungen) Kapitel 12 Module und Kompilierung 4

5 Kapitel 10 (Fortsetzung) Funktionen 5

6 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; } 6

7 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 ersetzen 5. Programmausführung fortsetzen 7

8 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; } 8

9 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 9

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

11 Kapitel 11 Bibliotheken (Funktionssammlungen) 11

12 Kapitel 11 - Bibliotheken (Funktionssammlungen) Bibliotheken - Übersicht 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

13 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)

14 Kapitel 11 - Bibliotheken (Funktionssammlungen) Bibliotheken - Deklarationen

15 Kapitel 11 - Bibliotheken (Funktionssammlungen) Bibliotheken - Übersicht math.c wurzel.c math.h Kompilieren Kompilieren Linken wurzel.o wurzel math.o 15

16 Bibliotheken - Definitionen Kapitel 11 - Bibliotheken (Funktionssammlungen) Bibliotheksarchive (.a,.so,.dll) Bereits übersetzte Definitionen Bibliothek kann unterschiedliche Header haben Namensgebung Statische Bibliothek: libname.a Dynamische Bibliothek: libname.so, libname.dll Beispiel: C-Bibliothek Header: stdio.h, stdlib.h, string.h,... Archiv: libc.a 16

17 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 17

18 Kapitel 12 Module und Kompilierung 18

19 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; 19

20 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 Abarbeitung von rechts nach links 20

21 Kompilierung - Einführung I. Editieren Quelldatei main.c Quelldatei kreis.c II. Kompilieren Präprozessor Compiler Assember Objektdatei main.o Objektdatei kreis.o Bibliothek Bibliothek Bibliothek lib1.so lib1.so libc.a III. Linken Programm main 21

22 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 22

23 I. Editieren // main.c #define ZERO 0 #nclude <stdio.h> int main(void); { printf(hallo\n); return ZERO; } 23

24 II. Kompilierung Präprozessor 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 24

25 II. Kompilierung Präprozessor Präprozessordirektiven ausführen, z.b.: Einfügen von include -Dateien Ersetzen von define -Konstanten // main.c #define ZERO 0 #include <stdio.h> int main(void); { printf(hallo\n); return ZERO; } Präprozessor- Syntaxanalyse main.c (Quellcode) Fehler Fehlerliste: error: invalid preprocessing directive #nclude main.i (präzisierter Quellcode) 25

26 II. Kompilierung Präprozessor 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) 26

27 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 27

28 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 Keine Fehler Fehlerliste: error: expected... before { token error: stray \ in program 28

29 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) 29

30 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) 30

31 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 31

32 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) 32

33 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) 33

34 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 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 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 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 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 38

39 Viel Erfolg! Propädeutikum Bis morgen! 2015