Martin Lowesl Augustin Paulik Programmieren mit C

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1 Martin Lowesl Augustin Paulik Programmieren mit C

2 Programmieren mit C - Ansi Standard - Von Martin Lowes und Dr. rer. nat. Augustin Paulik Universität Göttingen 3., durchgesehene Auflage EB B. G. Teubner Stuttgart 1995

3 Dipl.-Math. Martin Lowes Studium der Mathematik und Physik an der Universitiit Gottingen, dort seit 1975 als wissenschaftlicher Angestellter mit der DurchfUhrung von Programmmierkursen baauftragt. Priv.-Doz. Dr. rer. nat. Augustin Paulik Studium der Mathematik und Physik an der TU Munchen und der Universitat Bratislava (Pressburg) wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Numerische und Angewandte Mathematik der Universitat Gottingen. 1985/1986 Gastprofessor fur Technomathematik an der TU Berlin Professor fur Angewandte Mathematik und Informatik an der Universitat Gottingen. Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Lowes, Martin: Programmieren mit C : Ansi Standard / von Martin Lowes und Augustin Paulik. - 3., durchges. Aufl. - Stuttgart : Teubner, 1995 ISBN ISBN (ebook) DOI / NE: Paulik, Augustin: Das Werk einschlieblich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschgtzt. Jede Verwertung auberhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne ZustimlŢ,lung des Verlages unzulassig und strafbar. Das gilt besonders for Vervielfaltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. B. G. Teubner Stuttgart 1990

4 Vorwort Die Programmiersprache C wurde Anfang der siebziger Jahre (1972) von Dennis M. Ritchie in den Bell Laboratories entwickelt, im Zusammenhang mit der Implementation des Betriebssystems UNIX auf der Rechenanlage DEC PDP-ll. Viele wichtige, in C verwirklichte Ideen entstammen allerdings der Sprache B, die von Ken Thompson (1970) für das erste UNIX-System auf der DEC PDP-7 geschrieben wurde, die wiederum ihren Ursprung in der von Martin Richards entwickelten Sprache BCPL (1967) hat. Fast das gesamte Betriebssystem UNIX ist in C geschrieben. Mittlerweile wird C nicht nur unter UNIX, sondern auch unter anderen Betriebssystemen eingesetzt. Der Grund für die zunehmende Beliebtheit von C sind Portabilität, d.h. die Lauffähigkeit der Programme ohne Änderungen auf den verschiedensten Rechnern, und breite Anwendungsmöglichkeiten, die wiederum die Folge von mehreren Faktoren sind: C besitzt moderne, hochsprachliche Steuerstrukturen, wie etwa die Sprachen Ada, PL/l und Pascal. In C kann man Bits, Bytes und Zeichenketten manipulieren, wie mit einem Assembler, aber auch Zeiger und strukturierte Datentypen verwenden. C ist vom Umfang her eine kleine, leicht erlernbare Sprache (32 Schlüsselwörter, Basic über iso!). C ermöglicht weitgehend redundanz-freien Quellcode, d.h. C-Programme sind deutlich kürzer als Programme in anderen Sprachen. Dieses alles sind Forderungen, die man an eine Sprache stellt, in der Betriebssysteme, Compiler oder professionelle Anwenderprogramme geschrieben werden sollen. Daher wird C auch als "die Sprache der Programmierer" bezeichnet. Seit der ersten Implementation der Sprache Anfang der siebziger Jahre sind viele Sprachdialekte entstanden. Die meisten Compilerbauer orientierten sich an der Sprachbeschreibung in "The C Programming Language" von Brian W. Kernighan und Dennis M. Ritchie aus dem Jahre Diese Sprachbeschreibung war aber weder vollständig noch exakt. An den Stellen, an denen den Implementatoren diese Sprach beschreibung als erweiterungswürdig erschien, insbesondere bei der Standardbibliothek, gingen sie ihren eigenen Weg, was der Portabilität der Programme keineswegs zuträglich war. Um dieser Entwicklung gegenzusteuern und weiteren Implementatoren eine einheitliche Sprach beschreibung, einschließlich einer einheitlichen Standardbibliothek, in die Hand zu geben, wurde vom American National Standards Institute (ANSI) 1983 ein technisches Komitee (X3Jll) gegründet, in dem über 50 Vertreter von C-Benutzergruppen aus allen Bereichen (Entwicklung industrieller und wissenschaftlicher Hard- und Software, Anwendungsprogrammierung, Ausbildung) über einen Standard für die Sprache C diskutierten. Das Ergebnis, "ANSI-C" oder "Standard-C", wurde im Dezember 1989 vom ANS I als Standard veröffentlicht. Für den Programmierer bedeutet das: In ANSI-C geschriebene Programme sind auf allen Systemen unverändert lauffähig, die den ANSI-Standard verwenden. Zusätzliche Voraussetzung ist, daß die Programme keine speziellen Hardware-Eigenschaften nutzen; der Standard definiert dafür eine Vielzahl benannter Konstanten, die einen Rechner charakterisieren. Eine ANSI-C-Sprachimplementation darf über den Standard hinaus über weitere

5 6 Sprachelemente und eine erweiterte Bibliothek verfügen, deren Verwendung allerdings die Portabilität der Programme einschränkt. In diesem Buch wird ANSI-C beschrieben. Die vollständig angegebenen Beispiele wurden sämtlich, die in Ausschnitten angegebenen Beispiele teilweise auf IBM-kompatiblen PC mit Microsoft-C (Version 5) und Turbo-C getestet. Beide Compiler entsprechen bereits dem ANSI-Standard. Herrn Dr. P. Spuhler und dem Verlag B. G. Teubner gilt unser Dank für die verständnisvolle Zusammenarbeit, durch die dieses Buch erst möglich wurde. Göttingen, im August 1990 Martin Lowes Augustin Paulik Vorwort zur zweiten und dritten Auflage Für die zweite und dritte Auflage wurden jeweils eine Reihe von Schreibfehlern berichtigt und einige kleinere Korrekturen vorgenommen. Wir danken all denen, die uns die entsprechenden Hinweise gaben. Für die dritte Auflage wurde typedef weit nach vorne gezogen, um es in den Beispielen, wo immer angebracht, verwenden zu können. Göttingen, im Januar 1995 Martin Lowes Augustin Paulik

6 Inhaltsverzeichnis Kapitell Einführung 1.1 Aufbau von C-Programmen 1.2 Ein erstes C-Programm Verarbeitung numerischer Daten. 1.4 Lesen bis zum Ende Speicherung von Werten 1.6 Strukturierung des Programms 1. 7 Die Darstellung von Programmen Kapitel 2 Numerische Datentypen und Ausdrücke 2.1 Definitionen Standardtypen 2.3 Konstanten Ganzzahlige Konstanten Gleitkommakonstanten Zeichenkonstanten Aufzählungskonstanten Stringkonstanten Deklaration von Variablen, Anfangswerte 2.5 Benennung von Typen Arithmetische Operatoren Die Grundrechenarten "mixed mode" Kompliziertere Ausdrücke Die Vorzeichenoperatoren Operatoren gleicher Präzedenz Explizite Typumwandlung Zuweisungsoperatoren Inkrementierung und Dekrementierung 2.9 Nebeneffekte Konstante Ausdrücke Overflow und Underflow

7 8 Inhaltsverzeichnis Kapitel 3 Anweisungen 3.1 Ausdruckanweisungen Zusammengesetzte Anweisungen. 3.3 Leere Anweisungen. 3.4 Logische Ausdrücke. 3.5 Schleifen while- und do-anweisung for-anweisung break und continue, Endlosschleifen 3.6 Auswahl von Alternativen if-anweisung Geschachtelte if-anweisungen Bedingte Ausdrücke switch-anweisung 3.7 Sprünge Kapitel 4 Funktionen und Programmstruktur 4.1 Funktionen Vereinbarung von Funktionen Beispiel Prototypen Parameter und Argumente. 4.2 Die Struktur des Programms Gültigkeitsbereiche von Namen Lokale und globale Größen Das Attribut extern 4.3 Verfügbarkeit von Variablen Automatische und statische Variablen Interne Variablen 4.4 Rekursion Synchronisationspunkte. Kapitel 5 Felder und Zeiger 5.1 Felder Adressrechnung 5.3 Zeiger Zeigerarithmetik

8 Inhaltsverzeichnis Felder als Parameter von Funktionen 5.6 Strings Explizite Anfangswerte 5.8 Das Attribut const 5.9 Zeiger auf Zeiger Zeiger als Funktionswerte 5.11 Dynamische Speicherzuordnung 5.12 Zeiger auf Funktionen Kapitel 6 Strukturen und Zeiger Strukturen Geschachtelte strukturierte Typen. 6.3 Zeiger auf Strukturen. 6.4 Verkettete Listen Partielle und vollständige Deklaration. 6.6 Mehr über verkettete Listen 6.7 (Binäre) Bäume.... Kapitel 7 Der Präprozessor 7.1 Format der Direktiven 7.2 Zugriff auf (andere) Dateien 7.3 Macros ohne Parameter 7.4 Macros mit Parametern 7.5 Bedingte Cornpilation. 7.6 Präprozessor-Operatoren. 7.7 Weitere Direktiven.... Kapitel 8 Die Standard bibliothek 8.1 Übersicht Elementare Typen «stddef.h» 8.3 Testhilfen «assert. h» Klassifizierung von Zeichen «etype. h> ) 8.5 Fehlernummern «errno. h» Interne Datenformate «limits. h> und <float. h». 8.7 Länderspezifische Darstellungen und Zeichen «loeale. h». 8.8 Mathematische Funktionen «math. h» Sprünge zwischen Funktionen «setjmp. h»

9 10 Inhaltsverzeichnis 8.10 Behandlung von Signalen «signaloh» Funktionen mit variabler Argumentzahl «stdarg. h» Diverse Hilfsroutinen «stdli b. h> ) Umwandlung von Strings Pseudo-Zufallszahlen Dynamische Speicherverwaltung Beendigung eines Programms Kommunikation mit dem Betriebssystem Sortieren und Suchen Ganzzahlige Arithmetik Verarbeitung erweiterter Zeichensätze. Stringverarbeitung «string. h> ) Kopieren von Strings (und anderen Objekten) Konkatenation von Strings Vergleiche von Strings Suchfunktionen Längenbestimmung Füllen von Speicherbereichen Umsetzung von Fehlernummern 8.14 Termine und Zeiten «time.h» Kapitel Darstellungsformate Maschinenzeiten Umcodierung von Zeiten Umwandlung in Klarschrift Zeit differenzen Ein-j Ausgabe 9.1 Grundlagen Dateien und Dateien Textdateien und Binärdateien Lesen oder Schreiben? Gepufferte Ein-/ Ausgabe Positionierung Der Typ FILE, die Standarddateien 9.2 Zuordnung von Dateien Permanente Dateien

10 Inhaltsverzeichnis Temporäre Dateien. 9.3 Verwaltung der Dateipuffer. 9.4 Formatierte Eingabe Der Formatierungsstring Formatbeschreiber Beispiele Formatierte Ausgabe Der Formatierungsstring Formatbeschreiber Ein-/ Ausgabe von Zeichen(folgen} Lesen eines einzelnen Zeichens Lesen von Strings Mehrfaches Lesen von Zeichen Schreiben eines einzelnen Zeichens Schreiben von Strings. 9.7 Binäre Ein-/Ausgabe Positionierung von Dateien. 9.9 Behandlung von Fehlern Verwaltung von Betriebssystem-Dateien Kapitel 10 Was es sonst noch gibt 10.1 Weitere Datenattribute Das Attribut register Das Attribut vo1atile Verbunde Verarbeitung von Bits Bitoperatoren Bitfelder Der Komma-Operator Anhang A Anhang B Anhang C Der Zeichensatz von C Schlüsselwörter Operator-Übersicht Anhang D Formatierung D.1 Formatierung der Eingabe D.2 Formatierung der Ausgabe

11 12 Inhaltsverzeichnis Anhang E Minimale Maxima E.l Schranken für das Quellprogramm. E.2 Schranken für die Wertebereiche. Anhang F F.l Namen... F.2 Konstanten F.3 Ausdrücke. FA Deklarationen F.5 Anweisungen Die Syntax von C F.6 Externdeklarationen F.7 Syntax des Präprozessors. Anhang G G.l Namen... G.2 Konstanten G.3 Ausdrücke. GA Deklarationen G.5 Anweisungen Syntaxdiagramme G.6 Externdeklarationen Anhang H Unterschiede zwischen "altem" C und ANSI-C 244 Anhang I Erste Schritte mit UNIX 1.1 Ein- und Ausloggen, Passwort 1.2 Das Dateisystem '". 1.3 Verwaltung von Dateien 1.4 Bearbeitung von Textdateien. 1.5 Übersetzen von C-Programmen 1.6 Das Programm rnake Umleitung der Standard-Ein-jAusgabe. Literatur Index