Programmieren 1 C Überblick

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1 Programmieren C Überblick. Einleitung 2. Graphische Darstellung von Algorithmen 3. Syntax und Semantik 4. Einstieg in C: Einfache Sprachkonstrukte und allgemeiner Programmaufbau 5. Skalare Standarddatentypen 6. Kontrollfluss 7. en und Ausdrücke 8. Felder und Zeiger 9. Speicherklassen. Strukturen und Unionen. Unterprogramm-Techniken (Funktionen) 2. Rekursion 3. Dateien und Dateiverarbeitung Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 252 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 253

2 en sind die Verben von C Operanden die Subjekte und Objekte der Verben Ein Ausdruck besteht aus einem oder mehreren Operanden und keinem, einem oder mehreren en. Wir unterscheiden... Konstanten-Ausdrücke *3 /3. 'a' Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C en und Ausdrücke Ganzzahlige Ausdrücke j, k seien Integers j j * k j / k + 3 k 'a' 3 + (int) 5. Gleitkomma-Ausdrücke x, y seien float oder double x x + 3 x / y * (float) 4 Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 255

3 Zeiger-Ausdrücke p sei ein Pointer, j ein Integer p &j p + "abc" (char *) xfffff Bedeutung der Zeiger-Arithmetik folgt im nächsten Hauptkapitel Es gibt noch weitere Ausdrucks-Typen z.b. Logische Ausdrücke Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 256 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 257

4 Vorrang = precedence, Assoziativität = associativity en mit höherem Vorrang binden die durch sie verbundenen Operanden stärker. Z.B. Punkt- vor Strichrechnung. Will man das anders haben, muss man Klammern setzen Haben en den gleichen Vorrang, so hängt ihre Abarbeitung von der Assoziativität ab: Von links nach rechts: a + b c; /* Addiere a zu b, subtrahiere davon c */ Von rechts nach links: a = b = c; /* Weise c der Variablen b zu, dann b der Variablen a */ In welcher Reihenfolge aber die Operanden eines s berechnet (ausgewertet) werden, ist nicht definiert: x = f() + g(); Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C en und Ausdrücke primäre unäre C-en mit Vorrang und Assoziativität additiv shift en-klasse multiplikativ en ( ) [ ] ->. cast sizeof & (Adresse) * (Dereferenzg.) - + ~ ! * / % + - << >> Assoziativität rechts-nach-links Vorrang am höchsten relational < <= > >= Gleichheit ==!= bit-weises AND & bit-weises exklusives OR ^ bit-weises inklusives OR logisches AND && logisches OR konditional? : rechts-nach-links Zuweisung = += -= *= /= %= >>= <<= rechts-nach-links &= ^= Komma, am niedrigsten Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 259

5 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C en und Ausdrücke Überblick unäres Minus - -x Negation von x unäres Plus + +x Wert von x Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 26

6 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C en und Ausdrücke Überblick Multiplikation * x * y x mal y Division / x / y x dividiert durch y Modulo (Rest) % x % y x modulo y Addition + x + y x plus y Subtraktion - x y x minus y Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 263

7 Vorsicht bei Integer-Division und Modulo-, wenn einer der Operanden negativ ist: Beide Operanden positiv: 5/2 ergibt 2 /3 ergibt Ein Operand negativ: Ergebnis implementierungsabhängig: -5/2 ergibt 2 oder 3 /-3 ergibt oder -5 % 2 ergibt oder 7 % -4 ergibt 3 oder 3 Als Ausweg gibt es die Funktion div() mit definiertem Verhalten Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 264 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 265

8 Überblick Varianten eines Zuweisungsoperators in C Zuweisung = a = b weise a den Wert von b zu Addition und Zuweisung += a += b weise a den Wert von a+b zu Subtraktion und Zuweisung -= a -= b weise a den Wert von a-b zu Multiplikation und Zuweisung *= a *= b weise a den Wert von a*b zu Division und Zuweisung /= a /= b weise a den Wert von a/b zu Modulo und Zuweisung %= a %= b weise a den Wert von a%b zu Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C en und Ausdrücke Zuweisungen können mehrfach vorkommen: a = b = c = d = ; Vorsicht: entspricht (a = (b = (c = (d = )))); j = j * 3 + 4; j *= 3 + 4; geben verschiedene Resultate! Bindung der arithmetischen Wertzuweisungsoperatoren ist sehr gering. Der zweiten Zeile entspricht: j = j * (3 + 4); Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 267

9 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C en und Ausdrücke Überblick Postfix Inkrement ++ a++ liefere Wert von a, dann inkrementiere a Postfix Dekrement -- a-- liefere Wert von a, dann dekrementiere a Präfix Inkrement ++ ++a inkrementiere a, dann liefere Wert von a Präfix Dekrement -- --a dekrementiere a, dann liefere Wert von a Unterschiede zwischen den Post- und Präfix-Versionen sind fein, können aber je nach Kontext entscheidend unterschiedliche Ergebnisse liefern! Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 269

10 Äußerste Vorsicht vor Seiteneffekten: x = j * j++; In C ist es nicht definiert, welcher der beiden Operanden zuerst ausgewertet wird. Man sollte also solche Konstruktionen unbedingt vermeiden! Ähnlich schlechtes Beispiel bei Aufruf einer Funktion: f (a, a++); Verwendet man nur den Seiteneffekt, möchte aber den Wert nicht zuweisen, so sind beide Konstruktionen gleichwertig: i++; ist gleichwertig zu ++i; Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 27 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 27

11 Überblick Komma, a, b werte a aus, werte b aus, Resultat ist b Mit Hilfe des Komma-s können mehrere Ausdrücke an Stellen vorkommen, wo eigentlich nur ein Ausdruck vorgesehen ist. for (j=, k=; k-j > ; j++, k--)... Vorsicht: Lesbarkeit muss erhalten bleiben. Gerade die for-schleife verführt in Verbindung mit dem Komma- zu sehr komplexen Konstruktionen! Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 272 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 273

12 Überblick größer > a > b wenn a größer als b ist, sonst kleiner < a < b wenn a kleiner als b ist, sonst größer oder gleich >= a >= b wenn a größer oder gleich b ist, sonst kleiner oder gleich <= a <= b wenn a kleiner oder gleich b ist, sonst gleich == a == b wenn a gleich b ist, sonst ungleich!= a!= b wenn a ungleich b ist, sonst Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C en und Ausdrücke Alle relationalen en haben niedrigeren Vorrang als die arithmetischen en: entspricht a + b + c < d / f (a + b + c) < (d / f) == und!= haben nochmals einen geringeren Vorrang Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 275

13 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C en und Ausdrücke Überblick logisches UND && a && b falls a und b ungleich Null, sonst logisches ODER a b falls a oder b ungleich Null, sonst logische Negation!! a falls a gleich Null, sonst Wahrheitstafel (p und q vom Datentyp int) p q! p! q p && q p q Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 277

14 Mathematische ulierung: Liegt y zwischen x und z? x < y < z Hätte in C so ein völlig anderes (falsches) Ergebnis. Stattdessen muss man relationale und logische en kombinieren: (x < y) && (y < z) Operanden von logischen en können Integers und Gleitkommazahlen(!) sein. && -5 hat als Resultat. Dasselbe gilt für den (unsinnigen) Ausdruck.5 && Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C en und Ausdrücke Für logische en ist die Reihenfolge der Auswertung der Operanden definiert: Von links nach rechts Falls die Auswertung eines weiter rechts stehenden Operanden nicht mehr nötig ist, geschieht dies auch nicht. Damit kann der folgende Ausdruck sicher definiert werden: if ((a!= ) && (b/a >= 6.))... Vorsicht bei Ausdrücken mit Seiteneffekten: if ((a < b) && (c==d++))... Hier ist nicht sicher, ob d++ wirklich ausgeführt wird! Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 279

15 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C en und Ausdrücke Überblick right shift >> x >> y x um y Bits nach rechts schieben left shift << x << y x um y Bits nach links schieben bit-weises UND & x & y x mit y bit-weise und-verknüpft bit-weises ODER x y x mit y bit-weise oder-verknüpft bit-weises exklusives ODER (XOR) ^ x ^ y x mit y bit-weise exklusiv-oderverknüpft bit-weises Komplement ~ ~x bit-weises (Einer-) Komplement von x Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 28

16 Shift en Beide Operanden müssen ganzzahlig sein. Zunächst geschieht automatische integer promotion für beide Operanden. Dann wird der rechte Operand zu einem int konvertiert. Resultattyp ist der Typ des linken Operanden nach der integer promotion. Links-Shift ist äquivalent zu einer Multiplikation mit einer Zweierpotenz: x << y ist äquivalent zu x * 2 y Rechts-Shift von nicht-negativen Integers ist äquivalent zu einer Division durch eine Zweierpotenz: x >> y ist äquivalent zu x / 2 y Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C en und Ausdrücke Shift en In beiden Fällen von Shifts werden bei positiven x die freiwerdenden Bitpositionen mit Nullen aufgefüllt, beim Right-Shift von negativen Zahlen: Implementierungsabhängig Die freiwerdenden Bitpositionen können mit Nullen (logical shift) oder Einsen (arithmetic shift, dann bleibt die negative Zahl erhalten) aufgefüllt werden. Nach ANSI muss für unsigned integers immer ein logical shift durchgeführt werden. Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 283

17 Überblick right shift Zuweisung >>= a >>= b weise a>>b an a zu left shift Zuweisung <<= a <<= b weise a<<b an a zu bit-weises UND Zuweisung &= a &= b weise a&b an a zu bit-weises ODER Zuweisung = a = b weise a b an a zu bit-weises exklusives ODER (XOR) Zuweisung ^= a ^= b weise a^b an a zu Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 284 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 285

18 en Überblick type cast (type) (type) e Konvertiere e zu type Beispiel: (float) 3 / 2 Der cast- hat einen sehr hohen Vorrang. Obiger Ausdruck entspricht: ( (float) 3 ) / 2 Hauptsächliche Anwendung von casts bei Pointern (s. später) Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 286 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 287

19 Überblick sizeof sizeof sizeof (t) oder sizeof x Gibt als Ergebnis die Größe in Bytes des Datentyps t oder des Ausdrucks x Zwei Typen von Operanden: Ausdruck Dieser wird dabei nicht berechnet, d.h. es gibt keine Seiteneffekte; Klammer ist optional oder Datentyp Muss in Klammern stehen Der Ergebnisdatentyp ist laut ANSI immer unsigned (int oder long). Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 288 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 289

20 Überblick bedingter Ausdruck? : a? b : c falls a ungleich Null (also TRUE), so ist b das Resultat, sonst c Ein mit drei Operanden (ternärer )! Anstelle: if (x < y) z = x; else z = y; kann man nicht unbedingt leserlicher schreiben z = ((x < y)? x : y); Sollte eher vermieden werden! Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 29 Programmieren C Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 29

21 Überblick Adresse von & &x Adresse von x Dereferenzierung * *a Wert des Objektes gespeichert an der Adresse in a Array-Elemente [ ] x[5] Wert des Array-Elementes 5 Punkt (dot). x.y Wert der Komponente (member) y der Struktur x Pfeil nach rechts -> p->y Wert der Komponente (member) y der Struktur, auf die p zeigt Genaueres sehen wir später! Prof. Dr. Björn Dreher Programmieren C 292