Martin Lowes/Augustin Paulik. Programmieren mit C

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1 Martin Lowes/Augustin Paulik Programmieren mit C

2 Programmieren mit C - Ansi Standard - Von Martin Lowes und Prof. Dr. rer. nat. Augustin Paulik Universität Göttingen 2., durchgesehene Auflage EI3 B. G. Teubner Stuttgart 1992

3 Dipl-Math. Martin Lowes Studium der Mathematik und Physik an der Universität Göttingen, dort seit 1975 als wiss. Angestellter mit der Durchführung von Programmierkursen beauftragt. Prof. Dr. rer. nat. Augustin Paulik Studium der Mathematik und Physik an der TU München und der Universität Bratislava (Pressburg) wiss. Mitarbeiter am Institut für Numerische und Angewandte Mathematik der Unversität Göttingen. 1985/1986 Gastprofessor für Technomathematik an der TU Berlin. Seit 1986 Professor für Angewandte Mathematik und Informatik an der Universität Göttingen. Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Lowes, Martin: Programmieren mit C : Ansi Standard / von Martin Lowes und Augustin Paulik. - 2., durchges. Auf!. - Stuttgart : Teubner, 1992 ISBN ISBN (ebook) DOI / NE: Paulik, Augustin: Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt besonders für Vervielfältigungen, Übersetzungen, 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, P,L/l und Pascal. In C kann man Bits, Bytes und Zeichenketten manipulieren, wie mit einem Assem. bier, aber auch Zeig~ und strukturierte Datentypen verwenden. C ist vom Umfang her eine kleine, leicht erlernbare Sprache (32 Schlüsselwörter, Basic über 150!). 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 Sprachbeschreibung 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 Sprachbeschreibung, 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 ANSI 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

5 6 Standard definiert dafür eine Vielzahl benannter Konstanten, die einen Rechner charakterisieren. Eine ANSI-C-Sprachimplementation darf über den Standard hinaus über weitere 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 Auflage Für die zweite Auflage wurden eine Reihe von Schreibfehlern korrigiert und einige kleinere Korrekturen vorgenommen. Wir danken all denen, die uns die entsprechenden Hinweise gaben. Göttingen, im Dezember 1991 Martin Lowes Augustin Paulik

6 Inhaltsverzeichnis Kapitell Einführung Aufbau von C-Programmen Ein erstes C-Programm Verarbeitung numerischer Daten Lesen bis zum Ende Speicherung von Werten Strukturierung des Programms Die Darstellung von Programmen 29 Kapitel 2 Numerische Datentypen und Ausdrücke Definitionen Standardtypen Konstanten Ganzza.hlige Konstanten Gleitkommakonstanten Zeichenkonstanten Aufzählungskonstanten Stringkonstanten Deklaration von Variablen, Anfangswerte Arithmetische Operatoren Die Grundrechenarten "mixed mode" Kompliziertere Ausdrücke Die Vorzeichenoperatoren Operatoren gleicher Präzedenz Explizite Typumwandlung Zuweisungsoperatoren Inkrementierung und Dekrementierung Nebeneffekte Konstante Ausdrücke Overflow und Underflow 54

7 8 Inhaltsverzeichnis Kapitel 3 Anweisungen 3.1 Ausdruckanweisungen. 3.2 Zusammengesetzte Anweisungen. 3.3 Leere Anweisungen. 3.4 Logische Ausdrücke. 3.5 Schleifen while- und do-anweisung for-anweisung break und continue, Endl08schleifen. 3.6 Auswahl von Alternativen if-anweisung Geschachtelte if-anweisungen Bedingte Ausdrücke swi tch-anweisung 3.7 Sprunge.... '.'.... 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... '5.2 Adressrechnung 5.3 Zeiger

8 Inhal tsverzeichnis Zeigerarithmetik 5.5 Felder a.ls Parameter von Funktionen 5.6 Strings Explizite Anfangswerte. 5.8 Das Attribut eonst. 5.9 Zeiger auf Zeiger Zeiger a.ls Funktionswerte 5.11 Dynamische Speicherzuordnung 5.12 Zeiger auf Funktionen... Kapitel 6 Strukturen und Zeiger 6.1 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) Bä.ume.... Kapitel 7 Der Präprozessor 7.1 Format der Direktiven Zugriff auf (andere) Dateien 7.3 Macros ohne Parameter 7.4 Macros mit Parametern 7.5 Bedingte Compilation. 7.6 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»

9 10 Inhaltsverzeichnis 8.9 Sprünge zwischen Funktionen «setjmp.h» Behandlung von Signalen «signal.h» Funktionen mit variabler Argumentzahl «stdarg.h» Diverse Hilfsroutinen «stdlib.h» Umwandlung von Strings Pseudo-Zufallszahlen Dynamische Speicherverwaltung Beendigung eines Programms Kommunikation mit dem Betriebssystem Sortieren und Suchen Ganzzahlige Arithmetik Verarbeitung erweiterter Zeichensä.tze 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» Darstellungsformate Maschinenzeiten Umcodierung von Zeiten Umwandlung in Klarschrift Zeitdifferenzen Kapitel 9 Ein-/ Ausgabe 9.1 Grundlagen Dateien und Dateien Textdateien und Binärdateien Lesen oder Schreiben? Gepufferte Ein-/ Ausgabe Positionierung Der Typ FILE, die Standarddateien

10 Inhaltsverzeichnis Zuordnung von Dateien Permanente Dateien Temporäre Dateien. 9.3 Verwaltung der Dateipuffer. 9.4 Formatierte Eingabe Formatierte Ausgabe 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 volatile Das Attribut typedef 10.2 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 Anhang E Minimale Maxima E.I 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.I Namen... G.2 Konstanten G.3 Ausdrücke. GA Deklarationen G.5 Anweisungen Syntaxdiagramme G.6 Externdeklarationen Inhaltsverzeichnis Anhang H Unterschiede zwischen "altem" C und ANSI-C 254 Anhang I Erste Schritte mit UNIX Ein- und Ausloggen, Passwort Dateisystem, Pfadnamen, Wechsel von Verzeichnisdateien (directories) Ausgabe des Dateiinhalts Kopieren und Umbenennen von Dateien Erzeugen von Textdateien Aufruf des Compilers I. 7 Umleitung der Standard-Ein-/ Ausgabe Literatur 264 Index 265