Programmieren in C. Macros, Funktionen und modulare Programmstruktur. Prof. Dr. Nikolaus Wulff

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1 Programmieren in C Macros, Funktionen und modulare Programmstruktur Prof. Dr. Nikolaus Wulff

2 Der C Präprozessor Vor einem Compile Lauf werden alle Präprozessor Kommandos/Makros ausgewertet. Diese sind am # Zeichen erkennbar. Wichtige Kommandos sind: #include: Einfügen einer Definitionsdatei *.h #define und #undef: (Un)Definieren eines Ausdrucks #if, #elif, #else und #endif: Bedingte Übersetzung Zum Ersatz von Symbolen und zur Erzeugung von Zeichenketten dienen die Operatoren # und ##: #: Umwandlung eines Symbol in eine Zeichenkette ##: Verkettung zweier Symbole zu Einem Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 2

3 Präprozessor Beispiele #define TABSIZE 10 int array[tabsize]; #define square(x) (x)*(x) #if OS == WINDOWS #define NL "\n" #elif OS == UNIX #define NL "\n\r" #else #error "Unkown OS" #endif Konstante definieren und verwenden Macrofunktion definieren Bedingte Übersetzung Fehlermeldung double x = square(5); Macrofunktion verwenden Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 3

4 Funktionen deklarieren C kennt das Konzept der Trennung von Deklaration und Implementierung. Methoden werden in *.h Dateien deklariert. Die eigentliche Implementierung erfolgt dann in einer getrennten *.c Datei. So ist z.b. die Funktion printf in stdio.h deklariert, die Implementierung erfolgt jedoch an anderer Stelle. Ebenso ist es möglich eigene Funktionen zu definieren und getrennt zu implementieren. Dies erleichtert eine sauber strukturierte, modulare Programmierung. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 4

5 Funktionen deklarieren Eine Funktion wird deklariert durch Angabe des Namens, des Rückgabewertes und der möglichen Argumente: <returnvalue> <fctname>(<arg 1 >,...,<arg N >); Das Ganze macht die Signatur der Methode aus. Mit dieser obigen Schreibweise ist es möglich eine Funktion abstrakt zu deklarieren, ohne diese an der selben Stelle direkt auszuimplementieren. Es geht darum was die Methode macht und nicht darum wie sie es macht. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 5

6 Modulares Programmieren Eine solche Funktionendeklaration erfolgt i. A. in einer *.h Datei. In einer zugehörigen *.c Datei befindet sich dann die Implementierung der Funktion. Diese muss die selbe Signatur wie die Deklaration besitzen. Funktionen mit Rückgabewert, müssen das Resultat mit return an die aufrufende Methode zurückliefern. Funktionen ohne Rückgabewert werden durch die Bezeichnung void kenntlich gemacht. Es ist möglich Funktionen / Methoden ohne Parameter zu deklarieren. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 6

7 Module Die Fahrenheit-Celsius Konvertierung wird als eigenständiges Modul entwickelt. Die Deklaration erfolgt in einer Datei f2c.h: #ifndef F2C_H_ #define F2C_H_ /** * calulate celsius as fct of fahrenheit */ float f2c(double f); /** * calulate fahrenheit as fct of celsius */ float c2f(double c); #endif /* F2C_H_ defined */ Die #ifndef und #define Anweisungen verhindern, dass f2c.h rekursiv inkludiert werden kann. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 7

8 Eigene Funktionen implementieren Die eigentliche Implementierung geschieht in der Datei f2c.c: /** two constants for f2c and c2f calculus */ #define SHIFT 32.0 #define SCALE (9.0/5.0) /** calulate celsius as fct of fahrenheit */ float f2c(double f) { double c = (f - SHIFT)/SCALE; return (float) c; /** calulate fahrenheit as fct of celsius */ float c2f(double c) { double f = c*scale + SHIFT; return (float) f; Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 8

9 Verwendung von Funktionen Die main Methode in der Datei Main.c ist nun sehr einfach, kurz und aufgeräumt: #include <stdio.h> #include "f2c.h" <xxx.h> im include-pfad des Compilers. "xxx.h" lokale Header Datei des Projekts. int main() { float c; for (c =0; c <= 100; c +=10) { printf("%5.1f C sind %5.1f F\n", c, c2f(c)); return 1; Main.c muss lediglich f2c.h (nicht f2c.c!)inkludieren, damit die Funktion c2f bekannt ist. Der Linker bindet die entsprechenden Methoden. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 9

10 Modularer Aufbau Die in einer xxx.h Datei deklarierten Methoden werden meist in einer xxx.c Datei implementiert. Dies macht im Fehlerfall das Suchen der zugehörigen Implementierung einfacher. f2c.h implement s f2c.c #include Main.c Application f2c.o Main.o Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 10

11 Weitere Beispiele von Funktionen long ggt(long a, long b) { long r; do { r = a % b; a = b; b = r; while( r!= 0); return a; Berechnung des größten gemeinsamen Teilers. Berechnung der Fakultät x! long factorial(int x) { int i; long prod = 1; for(i=2; i<=x; i++) { prod *=i; return prod; Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 11

12 C Aufruf Konvention Die Parameter einer C Funktion werden i.a. als Werte übergeben. Die aufgerufene Funktion erhält eine Kopie der Werte des Aufrufers. Die Funktion kann lokal die Parameterwerte verändern, ohne dass dies die Werte des Aufrufers verändert. Diese Konvention gilt für alle primitiven Basisdatentypen wie char, int, long, double etc. Bei Feldern wird die Adresse des ersten Felds übergeben, d. h. eine Referenz. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 12

13 Verwendung der Parameter long factorial(int x) { int i; long prod = 1; for(i=2; i<=x; i++) { prod *=i; return prod; long factorial(int x) { long prod = x--; for(; x > 1; x--) { prod *=x; return prod; Die Fakultät Funktion darf daher das übergebene Argument x gefahrlos modifizieren, ohne Seiteneffekte für den Aufrufer... Anstatt einer for-schleife funktioniert ebenso die while-schleife. (Zu Hause ausprobieren...!) Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 13

14 Zusammenfassung Makros und Funktionen werden in Header Dateien (*.h) deklariert. Nur diese werden in eigenen Implementierung per #include eingebunden! Durch die Trennung von *.h und *.c Dateien lässt sich die Deklaration der Funktionssignaturen von der Implementierung trennen. Der Quellcode wird dadurch modular und aufgeräumt und ermöglicht die Verwendung von externen Bibliotheken, ohne das deren Implementierung mit ausgeliefert werden muss. Lediglich die *.h Dateien sind im Quelltext notwendig. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 14