Programmieren in C Signale, Bitfelder, Unionen Fehler, Debugging, Profiling

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1 Programmieren in C Signale, Bitfelder, Unionen Fehler, Debugging, Profiling Hochschule Fulda FB AI Wintersemester 2014/15 Peter Klingebiel, HS Fulda, DVZ

2 Signale 1 Signal Systemnachricht an einen Prozess vergleichbar mit einem Interrupt ausgelöst z.b. vom Nutzer... Abbruch (Ctrl-C, SIGINT) Programmstop (SIGKILL)... oder vom System Timer (SIGALRM) Programmende (SIGTERM) #include <signal.h> Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 2

3 Signale 2 einige Signale: SIGINT Unterbrechung (meist Ctrl-C) SIGHUP Programmende SIGKILL Programm beenden SIGALRM Timer abgelaufen Signale können abgefangen werden: void handler(int sig) {... }... signal(sigalrm, handler); Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 3

4 Signale 3 signal.c /* * signal.c * Demo fuer Signale * klin, */ #include <stdio.h> #include <signal.h> unsigned long dumcnt = 0; /* Schle Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 4

5 Signale 4 Timerfunktionen alarm(int nsec) löst nach nsec Sekunden ein Signal SIGALRM aus: void alrmhandler() { printf("sigalrm!\n"); }... signal(sigalrm, alrmhandler); alarm(5);... Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 5

6 Signale 5 alarm.c /* * alarm.c * Demo fuer alarm und SIGALRM * klin, * Unix, Linux, Cygwin, NICHT dev-c * Aufruf: alarm sekunden */ #include <stdio.h> #include <signal.h> #include <time.h> Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 6

7 Signale 6 Feinere Auflösung mit Intervall-Timer #include <sys/time.h> Datentypen struct timeval { time_t tv_sec; /* Sekunden */ suseconds_t tv_usec; /* Microsek. */ }; struct itimerval { struct timeval it_interval; struct timeval it_value; }; Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 7

8 Signale 7 Funktionen setitimer(int w, struct itimerval *v, struct itimerval *ov) getitimer(int w, struct itimerval *v) Werte für w ITIMER_REAL Systemuhr/-zeit ITIMER_VIRTUAL Prozesszeit Beispiel: struct itimerval it; it.it_value.tv_sec = 2; /* 2 Sek. */ it.it_value.tv_usec = 0; /* Start */ it.it_interval.tv_sec = 0; /* 0,5 Sek */ it.it_interval.tv_usec = ; /* Interv. */ setitimer(itimer_real, &it, NULL); Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 8

9 Bitfelder 1 Bitfelder Elemente vom struct-typ Einzelelemente: int oder unsigned int gedacht für hardwarenahe Programmierung Problem: compilerabhängig nicht portabel! Beispiel: typedef struct _iodev { /* Bitfeld */ unsigned int rflag:1; /* 1 Bit: Writeflag */ unsigned int wflag:1; /* 1 Bit: Readflag */ unsigned int d1:2; /* Dummy */ unsigned int type:2; /* 2 Bit: Geraetetyp */ unsigned int d2:2; /* Dummy */ unsigned int data:8; /* 8 Bit: Datenbyte */ } iodev; Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 9

10 Bitfelder 2 Speicherung eines Bitfelds Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 10

11 Bitfelder 3 bitfeld.c /* * bitfeld.c * Demo Bitfelder * klin, * Aufruf: bitfeld [-v] */ #include <stdio.h> #define IO_RD 1 /* Lesegeraet */ #define IO_WD 2 /* Schreibgeraet Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 11

12 Unionen 1 union: spezielle Art von struct anderer Name: varianter Rekord Speichern der Elemente in union nicht nacheinander, sondern übereinander union-elemente teilen sich Speicherplatz sinnvoll bei gleichartigen Objekten, die aber verschiedenen Typs sein können union { /* Union: */ char c; /* char */ short s; /* short */ int i; /* int */ } u; /* teilen sich Platz */ Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 12

13 Unionen 2 Speicherung von struct und union Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 13

14 Unionen 3 union.c /* * union.c * Demo union * klin, */ #include <stdio.h> struct { /* Struct */ char c; short s; Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 14

15 Unionen 4 union oft Element in einem struct Typ des Elements in union muss definiert sein eigenes Typelement im struct Beispiel struct number { /* Struct Zahl */ byte typ; /* Typ union-element */ union { /* Union: */ byte b; /* byte */ short s; /* short */ int i; /* int */ } u; }; Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 15

16 Unionen 5 Zugriff auf union: struct number n;... switch(n.typ) { case BYTE: dobyte(n.u.b); break; case SHORT: doshort(n.u.s); break; case INT: doint(n.u.i); break; } Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 16

17 Unionen 6 Beispiel: mydraw4.c #define LINE 0x01 /* Typ Linie */ #define RECT 0x02 /* Typ Rechteck */ #define CIRCLE 0x04 /* Typ Kreis */... typedef struct _obj { /* Objekt allgemein */ int n; /* Objektnummer */ int f; /* Loeschflag */ int t; /* Typ des Objekts */ union { line l; /* Linie */ rect r; /* Rechteck */ circle c; /* Kreis */ } o; } object; Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 17

18 Unionen 7 mydraw4.c /* * mydraw4.c * Einfaches Zeichenprogramm * Kreise, Linien, Rechtecke, Farbe * Leinwandgroesse: 640 x 480 Pixel * Erzeugt SVG-Format * Version 4 - interaktiv * klin, */ #include <stdio.h> Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 18

19 Syntaxfehler 1 C hat kein sinnvolles error recovery eine sehr schlechte Fehlerbehandlung beim Übersetzen nach Auftreten von Syntaxfehlern der C-Compiler setzt nach einem Fehler nicht neu auf und tut so, als ob es keinen Fehler gegeben hat, sondern produziert eine Anzahl, manchmal eine wahre Fülle von Folgefehlern tatsächliche Fehler oft schwer zu finden Fehlererkennung und korrektur mühsam Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 19

20 Syntaxfehler 2 treten nur ein oder ganz wenige Fehler auf Fehlersuche in oder vor der Zeile, die in der Fehlermeldung angegeben ist treten viele und oft unsinnig erscheinende Fehler auf Fehlersuche im Umfeld vor der Zeile, die in der Fehlermeldung angegeben ist dann erneut kompilieren... oder viel Glück!! Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 20

21 Laufzeitfehler 1 oft ist es mühsam, Syntaxfehler zu finden noch mühsamer Laufzeitfehler finden intuitives Herangehen: zusätzliche Ausgaben in den Programmtext einstreuen ggfs. mit CPP-Direktiven #ifdef DEBUG printf("copy: %p %p\n", s1, s2); #endif übersetzen dann mit gcc DDEBUG file.c Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 21

22 Laufzeitfehler 2 debug1.c /* * debug1.c * klin, */ #include <stdio.h> char *string; void scopy(char *s1, char *s2) { Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 22

23 Laufzeitfehler 3 debug2.c - debug1.c mit CPP-Direktiven /* * debug2.c * klin, / */ #include <stdio.h> #define DEBUG char *string; Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 23

24 Laufzeitfehler 4 das Verfahren ist mühsam und zeitaufwendig Alternative Debugger nutzen Debugger: Werkzeug, unter dessen Kontrolle ein Programm gestartet und während des Programmslaufs untersucht werden kann für gcc (und CodeBlocks) Debugger gdb Kode muss für Debugging instrumentiert werden: gcc g file.c o file dann Debugger aufrufen: gdb file Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 24

25 Laufzeitfehler 5 gdb interaktive Shell mit vielen schönen Features innerhalb CodeBlocks weitgehend durch die grafische Oberfläche angesteuert wichtige Kommandos help help topic run wenn das Programm läuft, alles ok! bei Fehlern??? Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 25

26 Laufzeitfehler 6 Wichtige Mechanismen Breakpoints Unterbrechung an definierten Stellen (z.b. Zeilennummer, Funktion) break file.c:12 break func Watchpoints Unterbrechung bei Änderung des Werts einer Variablen watch varname Anzeigen von Variablenwerten print varname Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 26

27 Laufzeitfehler 7 Breakpoint setzen und starten break func run Unterbrechung bei Breakpoint print varname continue schrittweises Vorgehen step Debugger beenden quit Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 27

28 Profilanalyse oft notwendig: Laufzeitverhalten von Programmen zu überprüfen wo wird die Laufzeit verbraucht? wo ist Optimierung notwendig / möglich? Profilanalyse des Programms Instrumentierung mit -pg bei Neucompilieren gcc -pg prog.c -o prog Starten des Programms gmon.out prog Profilanalyse mit gprof, prog, gmon.out gprof prog Programmieren in C - Peter Klingebiel - HS Fulda - DVZ 28