RO-Tutorien 17 und 18

Transkript

1 RO-Tutorien 17 und 18 Tutorien zur Vorlesung Rechnerorganisation Christian A. Mandery TUTORIENWOCHE 2 AM KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Heute C-Buildumgebung Datentypen in C Kontrollstrukturen in C Operatoren in C C-Zeiger Übungsaufgaben Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 2/17

3 Notwendige Komponenten Benötigt werden: Texteditor (z.b. vim, emacs, gedit) Compiler und Linker (z.b. gcc) C-Standardbibliothek inkl. Header (z.b. glibc) ggf. Zusatztools (Debugger etc.) Am besten ein Gesamtpaket installieren: GNU Toolchain unter Linux Cygwin bzw. mingw mit Dev-C++ unter Windows Komplettpaket mit IDE von Microsoft (Visual Studio) Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 3/17

4 Notwendige Komponenten Benötigt werden: Texteditor (z.b. vim, emacs, gedit) Compiler und Linker (z.b. gcc) C-Standardbibliothek inkl. Header (z.b. glibc) ggf. Zusatztools (Debugger etc.) Am besten ein Gesamtpaket installieren: GNU Toolchain unter Linux Cygwin bzw. mingw mit Dev-C++ unter Windows Komplettpaket mit IDE von Microsoft (Visual Studio) Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 3/17

5 Ganzzahlige C-Datentypen signed/unsigned char (immer 1 Byte) signed/unsigned short [int] (oft 2 Byte) signed/unsigned int (oft 4 Byte) signed/unsigned long [int] (oft 4 oder 8 Byte) signed/unsigned long long [int] (oft 8 Byte) Die Größe der einzelnen Datentypen ist bis auf Mindestgrößen und die Größe von char nicht vorgeschrieben! Es gilt aber immer: sizeof(short int) sizeof(int) sizeof(long int) Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 4/17

6 Ganzzahlige C-Datentypen signed/unsigned char (immer 1 Byte) signed/unsigned short [int] (oft 2 Byte) signed/unsigned int (oft 4 Byte) signed/unsigned long [int] (oft 4 oder 8 Byte) signed/unsigned long long [int] (oft 8 Byte) Die Größe der einzelnen Datentypen ist bis auf Mindestgrößen und die Größe von char nicht vorgeschrieben! Es gilt aber immer: sizeof(short int) sizeof(int) sizeof(long int) Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 4/17

7 C-Datentypen für Gleitkommazahlen float ( single precision, 4 Byte) double ( double precision, 8 Byte) Der Aufbau von Gleitkommazahlen ist standardisiert (IEEE 754) und wird in Digitaltechnik und Entwurfsverfahren tiefergehend behandelt Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 5/17

8 Sonstige C-Datentypen Zeiger Arrays (Strings als Spezialfall) Selbstdefinierte Strukturen (struct) Enumerationen (enum) Unions (union) Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 6/17

9 Sonstige C-Datentypen Zeiger Arrays (Strings als Spezialfall) Selbstdefinierte Strukturen (struct) Enumerationen (enum) Unions (union) Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 6/17

10 Sonstige C-Datentypen Zeiger Arrays (Strings als Spezialfall) Selbstdefinierte Strukturen (struct) Enumerationen (enum) Unions (union) Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 6/17

11 Sonstige C-Datentypen Zeiger Arrays (Strings als Spezialfall) Selbstdefinierte Strukturen (struct) Enumerationen (enum) Unions (union) Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 6/17

12 Sonstige C-Datentypen Zeiger Arrays (Strings als Spezialfall) Selbstdefinierte Strukturen (struct) Enumerationen (enum) Unions (union) Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 6/17

13 Kontrollstrukturen Sollten bereits aus Java (1. Semester) bekannt sein Bedingte Ausführung und Fallunterscheidung: if (<Bedingung>)... [else...] switch (<Ausdruck>) {case <Wert>:...; case <Wert>:...; default:...} Schleifen: for (<Initialisierung>; <Bedingung>; <Iteration>)... while (<Bedingung>)... do... while (<Bedingung>); Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 7/17

14 Kontrollstrukturen Sollten bereits aus Java (1. Semester) bekannt sein Bedingte Ausführung und Fallunterscheidung: if (<Bedingung>)... [else...] switch (<Ausdruck>) {case <Wert>:...; case <Wert>:...; default:...} Schleifen: for (<Initialisierung>; <Bedingung>; <Iteration>)... while (<Bedingung>)... do... while (<Bedingung>); Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 7/17

15 Weitere Schlüsselwörter zur Kontrollflusssteuerung break: Innerste Schleife sofort verlassen continue: Nächsten Schleifendurchlauf sofort starten return: Funktion (ggf. mit Rückgabewert) sofort verlassen goto: Spärlich verwenden! Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 8/17

16 Operatoren Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, %, a++, ++a, a--, --a Logische Operatoren:!, ==,!=, <, >, >=, <=, &&, Bitweise Operatoren: &,, ^, <<, >>, ~ Zuweisungsoperatoren: =, += (etc.), <<= (etc.), &= (etc.) Sonstiges: &, *, a?b:c Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 9/17

17 Operatoren Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, %, a++, ++a, a--, --a Logische Operatoren:!, ==,!=, <, >, >=, <=, &&, Bitweise Operatoren: &,, ^, <<, >>, ~ Zuweisungsoperatoren: =, += (etc.), <<= (etc.), &= (etc.) Sonstiges: &, *, a?b:c Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 9/17

18 Operatoren Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, %, a++, ++a, a--, --a Logische Operatoren:!, ==,!=, <, >, >=, <=, &&, Bitweise Operatoren: &,, ^, <<, >>, ~ Zuweisungsoperatoren: =, += (etc.), <<= (etc.), &= (etc.) Sonstiges: &, *, a?b:c Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 9/17

19 Operatoren Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, %, a++, ++a, a--, --a Logische Operatoren:!, ==,!=, <, >, >=, <=, &&, Bitweise Operatoren: &,, ^, <<, >>, ~ Zuweisungsoperatoren: =, += (etc.), <<= (etc.), &= (etc.) Sonstiges: &, *, a?b:c Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 9/17

20 Operatoren Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, %, a++, ++a, a--, --a Logische Operatoren:!, ==,!=, <, >, >=, <=, &&, Bitweise Operatoren: &,, ^, <<, >>, ~ Zuweisungsoperatoren: =, += (etc.), <<= (etc.), &= (etc.) Sonstiges: &, *, a?b:c Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 9/17

21 Deklaration von Zeigern Zeiger sind wichtiges Konzept in C! Ein Zeiger ist eine Variable, deren Wert eine Speicheradresse ist Werden bei der Deklaration durch einen Stern gekennzeichnet Bei Deklaration angeben, auf welchen Datentyp er zeigen wird (Achtung: Keine Prüfung zur Laufzeit!) oder einen void-zeiger deklarieren Beispiele: int*, char*, char**, void** Häufig: int *a statt int* a int* a, b erzeugt einen Zeiger a und eine int-variable b! int *a, *b bzw. int *a, b sind besser lesbar Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 10/17

22 Deklaration von Zeigern Zeiger sind wichtiges Konzept in C! Ein Zeiger ist eine Variable, deren Wert eine Speicheradresse ist Werden bei der Deklaration durch einen Stern gekennzeichnet Bei Deklaration angeben, auf welchen Datentyp er zeigen wird (Achtung: Keine Prüfung zur Laufzeit!) oder einen void-zeiger deklarieren Beispiele: int*, char*, char**, void** Häufig: int *a statt int* a int* a, b erzeugt einen Zeiger a und eine int-variable b! int *a, *b bzw. int *a, b sind besser lesbar Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 10/17

23 Deklaration von Zeigern Zeiger sind wichtiges Konzept in C! Ein Zeiger ist eine Variable, deren Wert eine Speicheradresse ist Werden bei der Deklaration durch einen Stern gekennzeichnet Bei Deklaration angeben, auf welchen Datentyp er zeigen wird (Achtung: Keine Prüfung zur Laufzeit!) oder einen void-zeiger deklarieren Beispiele: int*, char*, char**, void** Häufig: int *a statt int* a int* a, b erzeugt einen Zeiger a und eine int-variable b! int *a, *b bzw. int *a, b sind besser lesbar Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 10/17

24 Verwendung von Zeigern Mit dem Adressoperator (&) ermittelt man die Adresse einer Variable Mit dem Dereferenzierungsoperator (*) greift man auf die Speicherzelle zu, deren Adresse ein Zeiger enthält Nicht verwechseln: Stern bei der Deklaration vs. Stern als Dereferenzierungsoperator! Pfeil-Operator (a->b): Kurzschreibweise für (*a).b Aber: Wozu braucht man Zeiger überhaupt? Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 11/17

25 Verwendung von Zeigern Mit dem Adressoperator (&) ermittelt man die Adresse einer Variable Mit dem Dereferenzierungsoperator (*) greift man auf die Speicherzelle zu, deren Adresse ein Zeiger enthält Nicht verwechseln: Stern bei der Deklaration vs. Stern als Dereferenzierungsoperator! Pfeil-Operator (a->b): Kurzschreibweise für (*a).b Aber: Wozu braucht man Zeiger überhaupt? Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 11/17

26 Verwendung von Zeigern Mit dem Adressoperator (&) ermittelt man die Adresse einer Variable Mit dem Dereferenzierungsoperator (*) greift man auf die Speicherzelle zu, deren Adresse ein Zeiger enthält Nicht verwechseln: Stern bei der Deklaration vs. Stern als Dereferenzierungsoperator! Pfeil-Operator (a->b): Kurzschreibweise für (*a).b Aber: Wozu braucht man Zeiger überhaupt? Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 11/17

27 Weiteres zu Zeigern Zeiger können wie andere C-Datentypen gecastet werden (schlechter Stil!) Im Unterschied zu Java-Referenzen keinerlei Schutzmechanismen: Keine Garantie, dass Zeiger auf deklarierten Typ zeigt Keine Garantie, dass Zeiger-Ziel aligned (ausgerichtet) ist Keine Garantie, dass Zeiger auf gültigen Speicher zeigt (Nullzeiger sind explizit erlaubt und werden gezielt eingesetzt) Was passiert, wenn man (im x86 Protected Mode) auf ungültigen Speicher zugreift? Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 12/17

28 Weiteres zu Zeigern Zeiger können wie andere C-Datentypen gecastet werden (schlechter Stil!) Im Unterschied zu Java-Referenzen keinerlei Schutzmechanismen: Keine Garantie, dass Zeiger auf deklarierten Typ zeigt Keine Garantie, dass Zeiger-Ziel aligned (ausgerichtet) ist Keine Garantie, dass Zeiger auf gültigen Speicher zeigt (Nullzeiger sind explizit erlaubt und werden gezielt eingesetzt) Was passiert, wenn man (im x86 Protected Mode) auf ungültigen Speicher zugreift? Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 12/17

29 Weiteres zu Zeigern Zeiger können wie andere C-Datentypen gecastet werden (schlechter Stil!) Im Unterschied zu Java-Referenzen keinerlei Schutzmechanismen: Keine Garantie, dass Zeiger auf deklarierten Typ zeigt Keine Garantie, dass Zeiger-Ziel aligned (ausgerichtet) ist Keine Garantie, dass Zeiger auf gültigen Speicher zeigt (Nullzeiger sind explizit erlaubt und werden gezielt eingesetzt) Was passiert, wenn man (im x86 Protected Mode) auf ungültigen Speicher zugreift? Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 12/17

30 Übungsaufgabe 1 1 Welche Datentypen wurden in der Vorlesung genannt und welche Werte können darin gespeichert werden? 2 Was ist bei diesen Datentypen zu beachten? 3 Wie legt man in C eine Variable von einem entsprechenden Datentyp an und weist dieser einen Wert zu? Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 13/17

31 Übungsaufgabe 1 1 Welche Datentypen wurden in der Vorlesung genannt und welche Werte können darin gespeichert werden? 2 Was ist bei diesen Datentypen zu beachten? 3 Wie legt man in C eine Variable von einem entsprechenden Datentyp an und weist dieser einen Wert zu? Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 13/17

32 Übungsaufgabe 1 1 Welche Datentypen wurden in der Vorlesung genannt und welche Werte können darin gespeichert werden? 2 Was ist bei diesen Datentypen zu beachten? 3 Wie legt man in C eine Variable von einem entsprechenden Datentyp an und weist dieser einen Wert zu? Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 13/17

33 Übungsaufgabe 2 Welche Kontrollstrukturen sind in der Programmiersprache C verfügbar und wie werden diese verwendet? Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 14/17

34 Übungsaufgabe 3 1 Wie wird ein Zeiger auf einen Datentyp in C deklariert? 2 Was bedeutet der Ausdruck &variable in C? 3 Erklären Sie die folgenden Zeilen C-Code und was am Ende ausgegeben wird (erklären Sie dabei, welche Bedeutung die Zeichen & und * haben): int a = 12; int* p; p = &a; printf("p = %d, a = %d", p, *p); Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 15/17

35 Übungsaufgabe 3 1 Wie wird ein Zeiger auf einen Datentyp in C deklariert? 2 Was bedeutet der Ausdruck &variable in C? 3 Erklären Sie die folgenden Zeilen C-Code und was am Ende ausgegeben wird (erklären Sie dabei, welche Bedeutung die Zeichen & und * haben): int a = 12; int* p; p = &a; printf("p = %d, a = %d", p, *p); Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 15/17

36 Übungsaufgabe 3 1 Wie wird ein Zeiger auf einen Datentyp in C deklariert? 2 Was bedeutet der Ausdruck &variable in C? 3 Erklären Sie die folgenden Zeilen C-Code und was am Ende ausgegeben wird (erklären Sie dabei, welche Bedeutung die Zeichen & und * haben): int a = 12; int* p; p = &a; printf("p = %d, a = %d", p, *p); Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 15/17

37 Übungsaufgabe 4 Erstellen Sie ein Programm, das die Elemente in einem zweidimensionalen Array um den Wert 5 erhöht. int b[x][y] = { {0, 1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7} }; /*... */ Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 16/17

38 Fertig! Quelle: Christian A. Mandery RO-Tutorien 17 und 18 17/17