L4. Erster Schritt zum Programmieren

Transkript

1 L4. Erster Schritt zum Programmieren 1 Programmierung in Hoch Beispielprogramme in FORTRAN, PASCAL und C Die Programmiersprache C Erstellung und Übersetzung eines C-Programms Das Programm Hello World Eingabe und Ausgabe einer Zeichenkette Klassifikation der Sprachen 2 Sprachen Natürliche Sprachen formale Sprachen Umgangs Fach Programmier math. Symbol maschinen orientierte Sprachen problem orientierte Sprachen Maschinen Assembler Universal Spezial Fortran Pascal C SQL Prolog

2 Stammbaum der Programmier Visual BASIC Visual C++ JAVA Borland C++ DELPHI Internet Komponenten Graphische Bedienoberflächen C++ Borland Pascal ab 5.5 Objektorientierte Programmierung 1980 SMALL TALK80 C Betriebssystem Tauglichkeit 1970 Modularisierung PASCAL PL/1 SIMULA Strukturierte Programmierung 1960 BASIC FORTRAN COBOL ALGO60 LISP Ausdrücke, Prozeduren, Funktionen, E/A 1950 Assembler Sprachen Lambda Kalkül Was heißt Programmieren? Unter Programmieren versteht man die Entwicklung eines Computer-Programms (Software) in einer ausgewählten Programmiersprache 4 Eine typische Softwareentwicklung erfolgt in folgenden Stufen: Stufe Tätigkeit Werkzeug oder Methode 0 Programmplanung Struktogramm und Schreibtischtest 1 Quellprogramm eingeben Editor 2 Programm übersetzen Compiler 3 Programm linken Linker (Komponenten verbinden) 4 Programm testen Kommandointerpreter 5 Evtl. Fehler beseitigen Schreibtischtest, Debugger

3 Softwareentwicklungsverfahren Eine umfangreichere Softwareentwicklung lässt sich wie folgt beschreiben: 5 A. Problem B. Mathematisierung C. Finden eines Lösungsalgorithmus A D. Formulierung von A E. Präzisierung F. Beweis der Korrektheit von A G. Grobprogrammierung H. Auswahl der Programmiersprache und des Rechners I. Feinprogrammierung J. Programmverifikation K. Testen des Programms L. Rechnen M. evtl. Verallgemeinerung N. evtl. Umwandelung in Unterprogramm oder Programmbibliothek Programm in einer Hochsprache Ein einfaches Programm in einer problemorientierten Hochsprache besteht typischerweise aus folgenden Teilen. 6 Überschrift Je nach Sprache besteht sie meistens nur aus einer Zeile oder fällt einfach weg. Vereinbarungsteil Deklaration der benötigen Variablen und Konstanten. Anweisungsteil besteht aus einzelnen Befehlen, die strengen Syntaxregeln der jeweiligen Sprache unterliegen. Bei größeren Programmen werden viele Blöcke aus Vereinbarungsteilen und Anweisungsteilen in einer bestimmten Struktur zusammengesetzt. (Unterprogramme, Funktionen, Bibliotheken, usw.)

4 Beispielprogramm in FORTRAN 7 C PROGRAM POSNEG C C Variablendeklaration INTEGER ZPOS, ZNEG, ZAHL Anweisungsteil ZPOS = 0 ZNEG = WRITE(6, (A) ) Bitte ganze Zahl eingeben > READ(5,*) ZAHL IF(ZAHL.LT. 0) THEN ZNEG = ZNEG +1 GOTO 100 ELSE IF(ZAHL.GT. 0) THEN ZPOS = ZPOS + 1 GOTO 100 ENDIF WRITE(6, (/A, I5) ) Anzahl der positiven Zahlen, ZPOS WRITE(6, (/A, I5) ) Anzahl der negativen Zahlen, ZNEG END NB: 1. Anweisungen groß geschrieben und zeilen- und spaltenorientert 2. C in der 1. Spalte für Kommentare 3. Keine Schleife mit Fußprüfung Beispielprogramm in PASCAL 8 PROGRAM posneg; Variablendeklarationen VAR zpos, zneg, zahl: integer; Anweisungsteil BEGIN zpos := 0; zneg := 0; REPEAT Write( Bitte ganze Zahl eingeben > ); ReadLn (zahl); IF (zahl < 0) THEN zneg = zneg + 1; IF (zahl > 0) THEN zpos := zpos + 1; UNTIL(zahl = 0); WriteLn( Anzahl der positiven Zahlen, zpos:5); WriteLn( Anzahl der negativen Zahlen, zneg:5); END. NB: 1. Groß oder Kleinschreibung für Anweisungen 2. weder zeilen- noch spaltenorientiert 3. Semikolon trennt Anweisungen und Kommentare stehen zwischen und 5. hat Schleife mit Fußprüfung (REPEAT... UNTIL).

5 Beispielprogramm in C 9 #include <stdio.h> int main() /* Variablendeklaration */ int zpos, zneg, zahl; /* Anweisungsteil */ zpos = zneg = 0; do printf("\nbitte ganze Zahl eingeben >"); scanf(" %d", &zahl); if(zahl < 0) zneg++; if(zahl > 0) zpos++; while (zahl!=0); printf("\nanzahl der positiven Zahlen %5d", zpos); printf("\nanzahl der negativen Zahlen %5d", zneg); return 0; NB: 1. Gruppieren durch und statt BEGIN und END. 2. weder zeilen- noch spaltenorientiert. 3. Semikolon schließt eine Anweisung ab und Kommentare stehen zwischen /* und */ 5. hat Schleife mit Fußprüfung (do... while). Ursprung von C Die Programmiersprache C Um das zunächst in Assembler geschriebenen UNIX Betriebssystem auf verschiedenen Rechnertypen portieren zu können, entwarf Thompson (einer der Väter von UNIX) eine Sprache B ohne Datentypen. Ritchie entwickelte 1971/72 B weiter zu C. Erste vollständige Vorstellung erscheint in das Buch von Kernighan und Ritchie (1978). Charakteristische Eigenschaften universell maschinennah portabel getrennte Kompilierbarkeit und strukturierte Programmierung Standardisierung von C K&R C: entspricht dem Buch von Kernighan und Ritchie (1978) C89: ANSI X Programming Language C C90: ISO-Standard ISO/IEC 9899:1990 C99: ISO-Standard ISO/IEC 9899:

6 Erstellung und Übersetzung eines C-Programms 11 Editor Quelldatei xyz.c Header Datei abc.h Compiler Objektdatei Linker Benutzer Bibliotheken Standardbibliotheken ausführbare Datei 1. Schritt: Der Quellcode wird mit einem Texteditor in einer Quelldatei abgelegt. 2. Schritt: Der Compiler übersetzt die Quelldatei in eine Objektdatei (Modul). 3. Schritt: Der Linker bindet die Objektdatei mit anderen Modulen zu einer ausführbaren Datei. Eine Entwicklungsumgebung für Windows LCC-WIN32 (Little C Compiler) ist ein umfangreiches und kostenloses C-Entwicklungsystem mit kompletter integrierter Entwicklungsumgebung (IDE Integrated Development Environment). 12 Information und Download: Die LCC-Entwicklungsumgebung besteht aus folgenden Teilen: Der Compiler (lcc.exe) und dem Linker (lcclnk.exe). Der WEdit: ein Editor mit Syntax-Highlighting, automatischer Einrückung und vielen weiteren Funktionen. Vom UNIX-Prompt aus werden mit cc xyz.c der Compiler und der Linker aktiviert. Es wird as ausführbare Program a.out erzeugt.

7 Aufbau eines C-Programms Ein C-Programm besteht aus den Definition von Funktionen und Variablen. 13 Funktionen haben die Aufgabe, Teile eines Programms unter eigenem Namen zusammenzufassen (Haupt- oder Unterprogramme) Eine Funktion enthält die Definition lokaler Variablen und Anweisungen. Funktionen können andere Funktionen und auch sich selbst aufrufen. Jedes C-Programm hat ein Hauptprogramm die Funktion main(). Hauptprogramm beginnt das Programm seine Ausführung. Mit dem Verschiedene Funktionen in einem Programm können in separaten Dateien gruppiert werden. Eine Funktion darf sich nicht über mehrerer Dateien erstrecken. 1 main 2 Funktion1 Funktion2 Funktion3 5 3 Funktion4 4 Funktion5 Figure 1: Aufruf von Funktionen Das berühmte Programm Hello, World 14 /* hello.c */ #include <stdio.h> void main() printf("hello, World!\n"); Tippe diese Zeilen ein und speichere sie als hello.c Kompiliere durch DOS Befehl: lcc hello.c (eine Datei hello.obj wird erzeugt) Binde durch durch DOS Befehl: lcclnk hello.obj (eine Datei hello.exe wird erzeugt) Ausführen durch DOS Befehl: hello.exe (Der Text Hello, World! wird auf dem Bildschirm ausgegeben.)

8 Erläuterungen 15 1 /* hello.c */ 2 #include <stdio.h> 3 4 void main() // Funktionskopf von main() 5 6 printf("hello, World!\n"); 7 1. Jeder zwischen /* und */ stehende Text wird von C-Compiler ignoriert. Dieser Text gilt als Kommentar. (Auch nach // in einer Zeile bis Zeilenende) 2. Die #include <stdio.h> Anweisung teilt dem Präprozessor (Teil des Compilers) mit, dass eine Header-Datei stdio.h aus Bibliothek geholt werden soll. In dieser Datei befindet sich u.a. die Definition für die Funktion printf. 4. Funktionskopf für die Hauptfunktion main. Diese Funktion hat keinen Rückgabewert (void) und hat auch keine Übergabeparameter (main()) Funktionsrumpf enthält die Anweisungen der Funktion main. Hier haben wir nur einen einzigen Befehl Aufruf der Funktion printf (mit Endezeichen ; ). Der Funktionsrumpf steht innerhalb der geschweiften Klammern und. 7. Die Funktion printf gibt den Text auf dem Bildschirm aus, der sich nach printf in der runden Klammern befindet. (Probiere mit anderem Text, \n für neue Zeile) Bemerkungen Die Schreibweise jedes einzelnen C-Befehls ist genau definiert (Syntax). Achten Sie auf die Groß- und Kleinschreibung z.b. printf Printf printf PRINTF Die Formatierung des Programmtextes soll die Lesbarkeit erhöhen. Das Programm hello.c kann umgeschrieben werden wie folgt 16 /* hello.c */ #include <stdio.h> void main() printf("hello, World!\n"); Es ist syntaktisch korrekt aber schwer zu lesen. Kommentieren Sie das Programm richtig. Was soll kommentiert werden? Dateiname, Datum, Autor, Kontaktadresse und Zweck eines Programms am Beginn Die Bedeutung der verwendeten Variablen Aufgabe einzelner Programmabschnitte und besondere Anweisungen. Anweisungen, deren Zweck ohnehin klar ist, sollten nicht kommentiert werden. printf("hello, World.") // Hello, World ausgeben y= x*y -3/x /* y berechnen */

9 Ein Beispielprogramm mit mehreren Funktionen 17 /* Ein C-Programm mit drei Funktionen: main(), draw_line(), message() */ #include<stdio.h> void draw_line(), message(); //Prototypen int main() printf("das Programm startet in main().\n"); draw_line(); message(); draw_line(); printf("jetzt am Ende von main().\n\n"); return 0; void draw_line() // eine Linie ausgeben printf(" \n"); void message() // Eine Meldung ausgeben printf("in der Funktion message().\n"); Eingabe einer Zeichenkette 18 Um Daten über die Tastatur einzugeben, muss Speicherplatz für die Daten reserviert werden. Dieser Speicherplatzhalter heißt Variable. Je nach ihrem Datentyp umfasst eine Variable unterschiedlich viel Platz. Definition einer Variable: Datentyp Variablenname; z.b. char Buchstabe; int StudentenAnzahl; Für Text oder Zeichenketten gibt es keinen entsprechenden Datentyp in C. Um Text zu speichern benötigt man in C eine Stringvariable wie char txt[30] Diese Stringvariable mit dem Namen txt kann bis 30 Zeichen (characters) speichern. Bei der Definition einer Variablen kann ihr gleichzeitig auch ein Wert zugewiesen werden (Initialisierung). char Buchstabe = B ; int StudentenAnzahl = 4500; char txt[30] = "Hello, World!";

10 #include <stdio.h> void main() char txt[80]; Ein kleiner Dialog 19 printf("bitte ihren Namen eingeben:"); scanf("%s", txt); printf("guten Tag. Herr oder Frau %s\n", txt); printf("willkommen in der C-Welt.\n"); Die scanf-funktion erwartet eine formatierte Eingabe. Das Zeichen %s bedeutet, dass die Eingabe ein String (Zeichenkette) sein soll. Zusammenfassung 20 Programmiersprache und Programmierung in Hoch Softwareentwicklungsverfahren Beispielprogramme in FORTRAN, PASCAL und C Die Programmiersprache C und Aufbau eines Programms in C Erstellung und Übersetzung eines C-Programms Das Programm Hello World Eingabe und Ausgabe einer Zeichenkette