Einheit Variablen in der Programmiersprache C Variablen-Modell, Variablen-Vereinbarungen

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1 Einheit Variablen in der Programmiersprache C Variablen-Modell, Variablen-Vereinbarungen Kurs C/C++ Programmierung, WS 2008/2009 Dipl.Inform. R. Spurk Arbeitsgruppe Programmierung FR 6.2 Informatik R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 1 / 19

2 Variablen-Modell der Programmiersprache C Wesentlich für C (wie für alle imperativen Programmiersprachen): Das Variablen-Konzept Programm verarbeitet Daten, die in sogen. Variablen abgelegt sind, und legt Ergebnisse wieder in solchen Variablen ab. Eine Variable ist eine benannte Speicherstelle. Die 4 Kennzeichen einer Variablen: 1 ein Variablen-Name, 2 ein Datentyp, 3 ein Wert, 4 eine Adresse R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 2 / 19

3 Variablen-Modell der Programmiersprache C 4 Kennzeichen einer Variablen (1) Variablen-Name Über den Variablen-Name kann Programmierer auf die benannte Speicherstelle zugreifen. In C z.b: x = y; /* x, y Variablen-Namen */ Folien ab Nr. 9 Datentyp: Bauplan für eine Variable, d.h. Festlegung: welche Operationen sind auf ihr möglich; wie erfolgt ihre Darstellung (Repräsentation) im Speicher des Computers: wieviele Bytes (= 8 Bits) belegt werden; die Bedeutung jedes Bits dieser Repräsentation. In C: int x; /* int Typ für Ganzzahl, i.a. 4-Bytes und 2-er Komplement-Repräsentation */ Folie 11 ff. R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 3 / 19

4 Variablen-Modell der Programmiersprache C 4 Kennzeichen einer Variablen (2) Wert Variable unterhalten veränderliche Größen (Daten); somit muss bei Bedarf der Wert der Variablen im Speicher explizit verändert werden; der Variablen muss durch das Programm explizit ein Wert zugewiesen werden; man (Programmierer und/oder Compiler!) darf nicht annehmen, dass der Arbeitsspeicher (durch seine physikalischen Eigenschaften oder durch das Betriebssystem) bei Programmstart einen definierten Zustand besitzt! ein solcher Wert ist rein zufällig Programmierer und/oder Compiler müssen geeigneten Startwert den zugehörigen Speicherzellen zuweisen. Sprich: die Variable muss geeignet initialisiert werden. In C: viele Fehler in C-Programmen resultieren aus nicht oder nicht geeignet initialisierten Variablen! R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 4 / 19

5 Variablen-Modell der Programmiersprache C 4 Kennzeichen einer Variablen (3) Adresse Variablen liegen in den Speicherzellen des Arbeitsspeichers des Computers; Speicherzellen des Arbeitsspeichers sind durchnummeriert; diese Nummer bezeichnet man als Adresse. eine Variable kann eine Folge zusammenhängender Speicherzellen belegen; die Adresse der Variablen ist dann die Nummer der Speicherzelle, in der die Variable beginnt. In C: Datentyp der Variablen legt die Anzahl an Speicherstellen fest; z.b. der Datentyp int, repräsentiert eine Ganz-Zahl im Speicher, die wenigstens 4 Bytes umfaßt. Besonderheit in C: Existenz eines Adress-Operators (&): liefert zu dem Namen einer Variablen ihre Speicher-Adresse dann kann im C-Programm über diese Adresse auf den Wert der Variablen zugegriffen werden. R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 5 / 19

6 Variablen-Modell der Programmiersprache C Weitere konzeptuelle, allerdings programmiersprachliche Kennzeichen von C-Variablen (1) Die oben genannten 4 Eigenschaften einer Variablen reflektieren unmittelbar wenn auch auf einer abstrakteren Ebene die Arbeitsweise eines Prozessor/Speicher-Paares einer Von-Neumann-Rechnerarchitektur. Auf der programmiersprachlichen Ebene besitzt eine C-Variable noch zwei weitere Kennzeichen: einen Gültigkeitszeitraum (Lebensdauer) einen Sichtbarkeitsbereich Hinweis: Diese beiden Eigenschaften werden mittels Speicherklassen festgelegt! (zu Speicherklassen von Variablen in einer späteren Kurs-Einheit mehr!). R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 6 / 19

7 Variablen-Modell der Programmiersprache C Weitere konzeptuelle, allerdings programmiersprachliche Kennzeichen von C-Variablen (2) Gültigkeitszeitraum (Lebensdauer) Eine Variable muss vor ihrem (ersten) Gebrauch erschaffen ( instanziert ) worden sein. Eine instanzierte Variable kann nur solange verwendet werden, bis sie zerstört wird. Beispiele: (aus Programmierung 2 bekannt!) Bei Eintritt in Funktionsausführung: lokale Variable und die Parameter der Funktion müssen instanziiert werden.... Bei Verlassen der Funktionsdurchführung müssen die (früher instanziierten) lokalen Variablen und Parameter wieder zerstört werden... (Erinnerung: über die entspr. Funktionsweise eines Laufzeitkellers!) Hinweis:... sofern eine Speicherklassen -Angabe static bei der Definition der lokalen Variablen nichts anderes aussagt. R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 7 / 19

8 Weitere konzeptuelle, allerdings programmiersprachliche Kennzeichen von C-Variablen (3) Weitere Eigenschaften von C-Variablen Sichtbarkeitsbereich Zu einem bestimmten (Ablaufzeit-) Punkt eines Programms kann eine existierende Variable entweder sichtbar oder unsichtbar sein. Beispiele: (aus Programmierung 2 bekannt!) Globale Variable, die in einer Übersetzungseinheit U1 definiert ist und in einer anderen U2 nicht deklariert ist, existiert zwar (in U1) bei einer Funktionsausführung f in U2, obgleich aus U2 heraus nicht sichtbar, damit auch nicht zugreifbar. Parameter-Namen von C-Funktionen verdecken deklarierte, globale Variablen gleichen Namens. R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 8 / 19

9 Namen, Namenskonventionen für Variablen in C (1) Namen von Variablen folgenden den allgemeinenen Bildungsregeln für einen (lexikalischen) Bezeichner in C: somit: Folge aus Buchstaben, Ziffern und Unterstrich, aber anfangen mit Buchstaben oder Unterstrich! Wiederholung an Beispielen: (beachte Konvention in C: Variablenname stets klein schreiben!) rand_streifen : ok, aber besser nur in (Standard-) Bibliotheken! null_8_fuenfzehn : ok vier_*_restaurant :!ok wegen * (nicht Buchstabe, Ziffer, Unterstrich) C_KURS : ok, aber nicht per Konvention (besser: klein schreiben!) 08fuenfzehn :!ok wegen Ziffer 0 am Anfang _08fuenfzehn : ok, aber per Konvention nur in Bibliotheken verwenden. R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 9 / 19

10 Namen, Namenskonventionen für Variablen in C (2) Tipps für die Wahl von (Variablen-) Bezeichnern wähle selbsterklärende Variablen-Namen: buchstabe, ziffer,... sind als Namen aussagekräftiger als a, b,... verwende Unterstrich _ um die Lesbarkeit zu verbessern: kreis_und_dreieck ist lesbarer als kreisunddreieck Aber beachte: keine Unterstriche am Bezeichner-Anfang! R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 10 / 19

11 Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm (1) In C-Programm: bevor man mit Variablen arbeiten kann, müssen sie vereinbart sein! Name und Datentyp der Variablen (evtl. noch Typ-Qualifizierer) ein Datentyp-Schlüsselwort, damit bekannt ist, welche Werte in ihr abgespeichert werden: z.b. ganze Zahlen (int, unsigned,... ), Zeichen (char), einfach/doppelt genaue Gleitpunktzahlen (float, double) reserviert notwendigen Speicherplatz für eine Variable (aus ihrem Typ ableitbar) Compiler R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 11 / 19

12 Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm (2) Syntaktische Form einer Variablen-Vereinbarung: Wie in Programmiersprachen üblich: C ermöglicht die Vereinbarung mehrerer Variablen in einem einzelnen syntaktischen Konstrukt! Eine Variablen-Vereinbarung (für eine einfache Variable) wird eingeleitet durch eine (einzelne) Typangabe und abgeschlossen mit einem Semikolon dazwischen befindet sich eine (nicht leere) Liste von Variablen-Namen, die durch Kommas voneinander getrennt sind. <type_angabe> <variablen_name> [, <variablen_name> ] ; R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 12 / 19

13 Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm (3) Beispiele für (korrekte) Variablen-Vereinbarungen: short zaehler; Variable namens zaehler, für die i.a. 2 Bytes reserviert werden; abgelegt in ihr: Ganz-Zahlen x, durch 2-er Komplement repräsentiert, ( 2 15 x ) char ein_zeich, quittung; 2 Variablen namens ein_zeich und quittung, für die jeweils 1 Byte reserviert wird; abgelegt in ihr: Ganz-Zahlen x ( 2 7 x 2 7 1) bzw. (0 x 2 8 1); Repräsentation: Zeichencodierung ASCII. float einfach_f; Variable namens einfach_fl, für die 4 Bytes reserviert werden; abgelegt in ihr: Gleitpunkt-Zahl einfacher Genauigkeit; Repräsentation: IEEE 754; Mantisse + Exponent. R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 13 / 19

14 Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm (4) double norden, nordosten, osten, suedosten, sueden, suedwesten, westen, nordwesten; 8 Variablen namens norden,..., nordwesten, für die jeweils 8 Bytes reserviert werden; abgelegt in ihnen: Gleitpunkt-Zahlen doppelter Genauigkeit; Repräsentation: IEEE 754; Mantisse + Exponent. unsigned int ohne_vorzeichen, zahl_positiv; zwei Variablen namens ohne_vorzeichen und zahl_positiv, für die jeweils 4 Bytes reserviert werden; abgelegt werden in ihnen Ganz-Zahlen; Hinweis: die beiden Variablen-Vereinbarungen demonstrieren auch, dass die Liste der Variablen-Namen über mehrere Zeilen geführt werden kann/darf. R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 14 / 19

15 Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm (5) Beispiele für fehlerhafte Versuche, Variablen zu vereinbaren: ( bitte schnell vergessen!) short zaehler1; zaehler2; zaehler3;? char ein_zeich, char zwei_zeich;? float einfach_f, double doppel_d;? entfernung double;? int unsigned ohne_vorzeichen, signed zahl_positiv;? R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 15 / 19

16 Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm Vereinbarung von Variablen: Unterscheidung: Definition und Deklaration In der Programmiersprache C: Es gibt 2 Arten von Vereinbarungen: Definitionen und Deklarationen Variablen-Definitionen: legen den Namen und die Art der Variablen fest, nämlich Typ und sonstige Attribute; und sorgen gleichzeitig für die Reservierung des Speicherplatzes. Variablen-Deklarationen: ( Compiler kennt schon korrekte Nutzung!) umfassen lediglich den Namen einer Variablen und den Typ Deklarationen unterstützen Export/Import -Schnittstellenbildung zwischen getrennten Übersetzungseinheiten ( später mehr!) Damit man es schon mal gesehen hat: extern int a; /* Deklaration, aber keine Definition! */ R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 16 / 19

17 Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm Position von Variablen-Vereinbarungen (1) In C89: In einem Block {... } müssen Variablen-Vereinbarungen vor allen Programmieranweisungen auftreten: (am Beispiel) int main(void) { int zaehler, jahre; float betrag; } /* <-- nur hier Anweisungsteil ==> nach dem Vereinbarungs-Anteil! */ R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 17 / 19

18 Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm Position von Variablen-Vereinbarungen (2) In C99: Einschränkung aus C89 gilt nicht mehr: (am Beispiel) int main(void) { int zaehler, jahre; /* <-- Anweisungs-Teil 1 */ float betrag; /* <-- Anweisungs-Teil 2 */ } R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 18 / 19

19 Vereinbarung von Variablen in einem C-Programm Position von Variablen-Vereinbarungen (3) In C99: trotz der zulässigen Vermischung von Vereinbarungs- und Anweisungs-Anteilen: Es besteht die Regel (am (fehlerhaften) Beispiel) erst vereinbaren, dann benutzen! int main(void) { int i = 10; printf("%d", j); int j= 100; /* <-- benutzt Variable j vor ihrer Vereinbarung: Fehler! */ /* <-- vereinbart Variable j nach ihrer ersten Benutzung: Fehler! */ } R. Spurk (Informatik) Variablen in der Programmiersprache C WS08/09 19 / 19