als erste Programmiersprache

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1 HEIKE KUHN STAOTMOHLGASSE WEINHEIM ~ 06201/ als erste Programmiersprache Von Prof. Dr. Joachim Goll Uwe Grüner Prof. Herbert Wiese 3., völlig überarbeitete Auflage EI3 B. G. Teubner Stuttgart. Leipzig ' Wiesbaden 2000

2 Prof. Oe Joachim GolI, Jahrgang 1947, unterrichtet seit 1991 im Fachbereich Informationstechnik der Fachhochschule Esslingen - Hochschule für Technik (FHTE) Programmiersprachen, Betriebssysteme, Software Engineering und Objektorientierte Modellierung. Während seiner beruflichen Tätigkeit in der Industrie befaßte er sich vor allem mit dem Entwurf von verteilten Informationssystemen. Prof. Goll ist Leiter des Steinbeis-Transferzentrums Softwaretechnik Esslingen. Uwe Grüner, Jahrgang 1967, studierte Technische Informatik an der FHTE. Seit seinem Diplom im Jahre 1992 ist er Lehrbeauftragter für Software Engineering, Betriebssysteme und Netzmanagement an der FHTE. Uwe Grüner arbeitete bis zum Jahre 1996 beim Steinbeis Transferzentrum Softwaretechnik als Projektleiter für Realzeitsysteme. Seit 1996 befaßt er sich bei Daimler-Benz mit dem Management von Netzen, Datenbanken und insbesondere mit Methoden und Tools für die Entwicklung von Realzeitsystemen. Prof. Herbert Wiese, Jahrgang 1947, ist seit 1988 Professor an der FHTE. Er lehrt im Fachbereich Informationstechnik die Fächer Rechnertechnik und Prozessdatenverarbeitung sowie das Fach Mikrocomputertechnik im Aufbaustudiengang Informatik im Maschinenbau. Professor Wiese leitet seit vielen Jahren das Rechenzentrum der Fachhochschule. Beim Steinbeis Transferzentrum Softwaretechnik ist er zuständig für die Konzeption und das Management von Rechnernetzen. Im vorliegenden Buch erwähnte Produkt- und Firmennamen wie zum Beispiel Borland, IBM, MS-DOS, MS-Visual C+ + u.a. sind gesetzlich geschützt, ohne dass im Einzelnen darauf hingewiesen wird. Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Ein Titelsatz für diese Publikation ist bei Der Deutschen Bibliothek erhältlich. ISBN ISBN (ebook) DOI / Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsges~.tzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt besonders für Vervielfältigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. B. G. Teubner Stuttgart. Leipzig' Wiesbaden 2000 Softcover reprint of the hardcover 3rd edition 2000 Der Verlag Teubner ist ein Unternehmen der Fachverlagsgruppe BertelsmannSpringer. Einband: Peter Pfitz, Stuttgart

3 Vorwort C hat in der Praxis eine außerordentliche Bedeutung gewonnen. Es hat nicht nur Assemblersprachen in der hardwarenahen Programmierung weitgehend verdrängt, sondern hat auch eine große Verbreitung in der Programmierung vielfältiger Anwendungen erfahren. Durch den Aufschwung objektorientierter Sprachen wie C++ und Java, die auf C basieren, hat sich die Bedeutung von C noch erhöht. Das vorliegende Buch wird seit einigen Jahren im Unterricht im ersten Semester der Fachhochschule und am Gymnasium eingesetzt. Es hat zum Ziel, dem Neuling die Sprachkonzepte von C so präzise wie möglich und dennoch in leicht verständlicher Weise vorzustellen. "Lernkästchen", auf die grafisch durch eine kleine Glühlampe aufmerksam gemacht wird, stellen eine Zusammenfassung eines Kapitels dar. Sie erlauben eine rasche Wiederholung des Stoffes. Ein fortgeschrittener Leser kann mit ihrer Hilfe gezielt bis zu der Stelle vorstoßen, an der für ihn ein detaillierter Einstieg erforderlich wird. Unser Dank gilt den Lehrbeauftragten Cristobal Pino und Markus Schuler, die unter anderem die Übungsbeispiele überprüften und durch eigene Vorschläge ergänzten, sowie den Herren Prof. Dr. Manfred Dausmann, Prof. Dr. Ulrich Bröckl-Fox und Prof. Jürgen Nonnast für die kritische Durchsicht des Manuskriptes und manchen wertvollen Verbesserungsvorschlag. Um sowohl einem Neuling als auch einem erfahrenen Leser gerecht werden zu können, sind in der vorliegenden 3. Auflage Abschnitte, die eine Vertiefung darstellen, mit dem Symbol [J gekennzeichnet. Diese Abschnitte stellen für das Folgende keine Voraussetzung dar. Sie können deshalb vom Einsteiger beim ersten Durchlauf übersprungen werden, um rasch einen Überblick über die ganze Breite von C zu erhalten. Die Vertiefungsabschnitte können dann bei Bedarf herangezogen werden. Esslingen, im April 2000 J. Goll / U. Grüner / H. Wiese Unterstützt von der Geschäftsstelle "Engineering Data Management" des debis Systemhauses zur Förderung des Ingenieur- und Informatik-Nachwuchses an Schulen, Fachhochschulen und Universitäten

4 Schreibweise In diesem Buch sind der Quellcode und die Ein-/Ausgabe von ganzen Beispielprogrammen sowie einzelne Anweisungen und Ein-I Ausgaben in der Schriftart Courier New geschrieben. Dasselbe gilt für Programmteile wie Variablennamen, Funktionsnamen etc., die im normalen Text erwähnt werden. Einige Programmbeispiele enthalten Platzhalter wie Anweisung oder Bedingung für konkrete Anweisungen oder Ausdrücke in der Programmiersprache. Ihre Rolle als Platzhalter ist jedoch so offensichtlich, dass für sie keine eigene Schriftart verwendet wurde. Sie sind wie die Wörter der Sprache in Courier New geschrieben. Wichtige Begriffe im normalen Text sind fett gedruckt, um sie hervorzuheben. Beispielprogramme und alle Bilder aus diesem Buch sowie Aufgaben und Lösungen finden Sie unter Ihre Verbesserungsvorschläge und kritischen Hinweise, die wir gerne annehmen, erreichen uns unter der Adresse: Joachim Goll Fachhochschule Esslingen - Hochschule für Technik, Fachbereich Informationstechnik Flandernstraße Esslingen oder via [email protected]

5 Inhaltsverzeichnis 1.1 Algorithmen und Probleme Nassi-Shneiderman-Diagramme Werkzeuge für die Programmierung Zeichen Variablen und Datentypen Entwicklung der höheren Programmiersprachen IN DIE PR 2.1 Ursprung von C Standardisierung von C Eigenschaften von C Einordnung der Programmiersprache C C und C LEXIKALISCHE KONVENTIONEN Zeichenvorrat von C Lexikalische Einheiten Aufbau eines C-Programms Das berühmte Programm "hello, world" Programm zur Zinsberechnung Euklid'scher Algorithmus als Programm Typkonzept Einfache Datentypen Variablen Typ-Attribute Typen in C Klassifikation von Datentypen EINEUHRU 6.1 Zeigertypen und Zeigervariablen Zeiger auf void Eindimensionale Arrays Einfache Sortierverfahren für eindimensionale Arrays

6 VI Inhaltsverzeichnis 7 ANWEISUNGEN ND OPERATOREN Operatoren und Operanden Ausdrücke und Anweisungen Nebeneffekte Auswertungsreihenfolge L-Werte und R-Werte Zusammenstellung der Operatoren Implizite Typkonvertierung Sequenzpunkte bei Nebeneffekten KONTROLLS1RU REN Blöcke - Kontrollstrukturen für die Sequenz Selektion Iteration Sprunganweisungen BLÖCKE UND FUNKTIONEN Struktur eines Blockes Sichtbarkeit und Lebensdauer Definition und Aufruf von Funktionen Deklaration von Funktionen Gültigkeitsbereiche von Namen Alte Funktionsdefinition und -deklaration nach Kernighan und Ritchie Die Ellipse... - ein Mittel für variable Parameteranzahlen Rekursive Funktionen FORTGESCHRITTENE ZEIGERTE HNIK Zusammenhang zwischen Zeigern und Vektoren Arrays Übergabe von Arrays und Zeichen ketten Vergleich von char-arrays und Zeigern auf Zeichenketten Das Schlüsselwort const bei Zeigern und Arrays Kopieren von Zeichen ketten Standardfunktionen zur Stringverarbeitung und Speicherbearbeitung Vektoren von Zeigern und Zeiger auf Zeiger Zeiger auf Funktionen STRUKT~U~RE~N~U~~~K~~~====~ 11.1 Strukturen Unionen Bitfelder - Komponenten von Strukturen und Unionen

7 Inhaltsverzeichnis VII 12 KOMPLIZIERTE DATENTYPEN, EIGENE TYPNAMEN UND EINDEUTIGKEIT V N NA 12.1 Komplizierte Vereinbarungen Komplizierte Typen typedef zur Vereinbarung eigener Typnamen Namensräume Interne und externe Bindung SPEICHE UNG VON DATEN IN DATEISYSTEMEN Dateien aus Sätzen fester Länge Dateien unter UNIX - das Streamkonzept Dateien aus Sicht höherer Programmiersprachen EIN- UND AUSGABE Schichtenmodell für die Ein- und Ausgabe Umlenkung der Standardeingabe und -ausgabe C-Bibliotheksfunktionen zur Ein- und Ausgabe High-Level-Funktionen für die Standardeingabe und -ausgabe High-Level Dateizugriffsfunktionen SPEICHERKLASSEN Adreßraum eines Programms Programme aus mehreren Dateien - Adressen Programme aus mehreren Dateien - die Speicherklasse extern Programme aus mehreren Dateien - die Speicherklasse static Speicherklassen bei lokalen Variablen Initialisierung Tabellarischer Überblick über die Speicherklassen Design und Programmiersprache ÜBERGABEPARAMETER UND RUCKGABEWERT EINES PROGRAMMS Übergabe von Parametern beim Programmaufruf Beendigung von Programmen DYNAMISCHE PEICHERZUWEISUNG, LISTEN UND BAUME Reservierung von Speicher Rückgabe von Speicher Verkettete Listen Baumstrukturen

8 VIII Inhaltsverzeichnis 18 INTERNE SUCHVER A 18.1 Sequentielles Suchen Halbierungssuchen Suchen nach dem Hashverfahren PRAPROZESSOR Aufgaben des Präprozessors Einfügen von Dateien in den Source-Code Symbolische Konstanten und Makros mit Parametern Bedingte Kompilierung Weitere Präprozessor-Direktiven AN DARDBIBLI THEKSFUNKnONEN A.1 Fehlersuche (assert.h) A.2 Klassifizierung und Konvertierung von Zeichen (ctype.h) A.3 Länderspezifische Darstellungen und Zeichen (Iocale.h) AA Mathematische Funktionen (math.h) A.5 Globale Sprünge (setjmp.h) A.6 Signalbehandlungen (signal,h) A. 7 Behandlung einer variablen Parameterliste (stdarg.h) A.B Ein- und Ausgabe (stdio.h) A.9 Zahlenkonvertierung, Speicherverwaltung, Zufallszahlengenerierung und Beenden von Programmen (stdlib.h) A.10 String- und Speicherbearbeitung (string.h) A.11 Datum und Uhrzeit (time.h) ANHANG B LOW-LEVEL DATEIZUGRIFFSFU ONEN B.1 Dateioperationen B.2 Ein-/Ausgabe B.3 Positionieren in Dateien BA Beispiel zur Dateibearbeitung mit Low-Level-Funktionen ANHANG C SORnEREN MIT DEM QUIeKSORT ANHANG D SORnERVERFAHREN IM VERGLEICH LITERATURVERZEICHNIS..., ~ INDEX...,